半导体的特性(6篇)

半导体的特性篇1

关键词半导体制冷珀尔贴效应恒温箱制冷片驱动电路

中图分类号：TN37文献标识码：A

0引言

便携式样品恒温箱是卫生防疫、医学、农林畜牧、生物实验、工业化工等行业和大专院校、科研机构、部门实验室或生产单位的重要的实验设备。由于便携式样品恒温箱具有特定的使用范围和专业性强的特点，因此对该产品有着特别的要求。在各种制冷技术中，半导体制冷由于具有体积小、重量轻、作用速度快、可靠性高等特点，近年来在国内外得到广泛的重视，因此，半导体制冷技术在研发便携式样品恒温箱产品方面具有不可替代的优势。

1半导体制冷技术原理及其优、缺点

1.1半导体制冷原理

半导体制冷是建立在温差电效应基础上的，所以半导体制冷也称温差电制冷。如果把两种不同的金属导线的一端连在一起，另一端接上直流电源，则一端将会产生吸热（制冷）效应，另一端产生放热效应（图1），这就是著名的珀尔贴效应。

事实上，组成温差电制冷器的材料不是任意两种不同金属就能达到理想效果的。一般是取N型和P型两种半导体组件组成热电堆。图2为半导体制冷器工作原理图。

直流电流沿回路依次从N型半导体流向P型半导体，然后又从P型半导体流向N型半导体，电流这样连续流过去，半导体的A、B两端便产生吸、放热现象。如果不断地把放热端B的热量移走，那么A端就不断地向周围吸取热量，从而达到制冷之目的。

1.2半导体制冷的优、缺点

半导体制冷，它的优点十分明显：制冷迅速，操作简单，可靠性强，容易实现高精度的温度控制，无噪音污染和有害物质排放，寿命长，稳定性好等。但同时，也有其缺点：主要表现在制冷系数低，制冷量小而且电流大。半导体制冷效果主要取决于半导体材料的选择和热端散热冷却的程度。由于当今科技，特别是电子技术的飞速发展，世界各国的科技人员从改进半导体材料和开发新工艺两方面，做了大量工作，来不断提高半导体制冷的制冷系数。在一些制冷量要求小，热流量大，传统蒸气压缩制冷不方便或不经济的场合，半导体制冷得到了很多的应用。

2半导体制冷技术在便携式样品恒温箱的应用

由于半导体制冷便携式样品恒温箱采用箱体底部固定连接半导体控温元件，半导体控温元件与可充电电池固定连接，箱体的正面左上端固定连接电子温度控制及显示装置，箱体上盖和箱体内壁固定连接保温层的结构形式，箱体的背后右下端固定连接电源插孔，插入家庭交流电直接使用，也可插接到汽车点烟器上，另外，在没有交流电的情况下，还可以使用充电电池内的电能来控制温度。

2.3.2半导体制冷便携式样品恒温箱的驱动电路设计

半导体制冷便携式样品恒温箱的最核心部件是半导体制冷片的控制及驱动电路，因为半导体制冷片根据流过半导体的电流方向和大小来决定其工作状态的（电流的方向决定制冷或者制热，电流的大小决定制冷或者制热的程度和效果）。为了使半导体制冷片能够自动进行恒温控制，就必须设计好其驱动电路和控制电路。PID控制系统是目前精度较高的技术，可以用来对半导体制冷片的电流进行控制，以实现高精度的控温效果。

A、总体框图：见图5。B、基于H桥的驱动电路：见图6

当设置OUT3为高、OUT4为低电平，OUT2为低、OUT1为高电平时，Q3和Q4断开，Q1和Q2导通，电流由TEC（半导体制冷片）左至右；反之OUT3为低、OUT4为高电平，OUT2为高、OUT1为低电平时，Q3和Q4导通，Q1和Q2断开，电流由右至左。通过单片机PID控制设置OUT1或者OUT4的PWM（脉冲宽度调制）波占空比，控制Q1或者Q4的导通时间来控制TEC的工作时间，从而达到控温的效果。

2.3.3半导体制冷便携式样品恒温箱半导体制冷器的散热装置

热端散热冷却的程度是影响半导体制冷效果的重要因素，所以解决好散热问题对制冷效率的提高起到至关重要的作用。

半导体制冷的几种散热方式：（1）自然散热，采用导热较好的材料，做成各种散热器，利用空气的自然对流来带走热量，优点是使用方便，缺点是体积较大；（2）充液散热，它是用较好的材料做成水箱，用通液体或通水的方法降温，缺点是用水不方便，浪费太大，优点是体积小，散热效果好；（3）强迫风冷散热，散热器采用的材料和自然散热器相同，使用方便，体积比自然散热小，缺点是增加一个风机，出现噪音和耗用功率；（4）“热管”散热器，是最常用的一种形式，它利用蒸发潜热快速传递热量。因此本半导体制冷便携式样品恒温箱的半导体制冷散热采用热管散热。结构设计要点：热管散热热管采用铜铝复合管制成，冷凝段很长，而蒸发段很短，工质为戊烷，自然对流散热。

3结束语

随着目前半导体制冷片已经规模化生产、大功率可充式锂电池组工艺的成熟、汽车的普及、光伏电池的普及以及高精度半导体制冷式温度控制系统技术的成熟和塑料工业的发展，为生产出轻便、节能、环保、高效的便携式样品恒温箱提供了有利条件。便携式样品恒温箱具有特定的使用环境和条件的要求，而这些要求与半导体制冷技术的特点又相符，因此半导体制冷技术在便携式样品恒温箱及其类似产品的开发必将得到广泛的应用。

参考文献

半导体的特性篇2

【关键词】半导体激光；波长；穿透力；照射时间；治疗时间；适应症；治疗特点；临床应用；穴位照射

半导体激光，以其独有的性能优势及临床特征，已被众多激光医学专家肯定。

不同激光波长对人体组织有不同的穿透力，从而导致临床疗效的差异性。半导体激光波长为650/830nm。该波长的穿透力比Nd-YAG约深1.3倍，比He-Ne激光约深2倍，比氩激光约深5倍，照射时可深入皮下50-70mm。能有效作用于人体深部病变组织及经络穴位，迅速产生止痛、消炎、修复及脱敏作用。在临床上，除眼睛、甲状腺、恶性肿瘤、孕妇腹部及腰骶部等禁用外，在各科均有广泛的适应症，如：感染性皮肤病（丹毒、甲沟炎、足癣感染、痔疮感染期等），闭塞性脉管炎（老烂腿）、浅层静脉炎、慢性溃疡（糖尿病、下肢静脉曲张等），带状疱疹及后遗痛、瘘管、褥疮、斑秃（圆形斑秃、脱发），酒糟鼻（丘疹脓疱期），肛周术后组织水肿，渗出及感染性创面，性病、神经性皮炎、冻疮、促进疤痕组织软化吸收。突出的疗效表现在强有力的消炎镇痛作用，尤其对于急性软组织损伤，关节部位的炎症及疼痛等，照射产生“光封闭”效应。作用快速，彻底。超过任何其他理疗设备及药物止痛，可迅速减轻病人痛苦，对皮肤及粘膜的创面，感染、溃疡等具有促进愈合，快速修复之功效；口腔科治疗牙本质过敏，具有即可止痛的效果，优于药物脱敏。2周后巩固治疗可获得持久性疗效；充分应用经络穴位的治病原理进行激光穴位照射治疗，只可用于针灸能治疗的所有疾病。在照射部件上，可进行穴位照射，痛点照射（阿是穴），肌肉附着点照射。腔内病变处（为口腔，鼻腔直接照射，创面照射，星状神经结照射等。在照射的方式上。有接触性照射，适用于穴位，痛点，肌肉附着点，星状神经结以及腔内病变处直接照射。非接触性照射，适用于创面照射，探头离创面2-3cm，等，在照明功率和时间上，有头颈部照射功率一般为200-350mw；躯干及四肢部位照射一般为300-450mw；腔内照射一般为200-350mw（因导光棒传输≧80%，故实际输出功率为160-280mw）。接触照射，每点3-5分钟，需要可延长至6-8分钟。非接触性照射，时间可适当延长至8-10分钟，具体操作时可根据病情，病人反应及医生经验灵活掌握。一般每天照射一次，5-10天为一疗程。

半导体激光血疗法能引起外周血淋巴细胞凋亡，加速血液细胞成分的新陈代谢。在进行内关等穴位照射，有即刻改善心功能的疗效，对人体外周血T淋巴细胞亚群及NK细胞有免疫双向调节作用。半导体激光治疗能促进脑损伤后记忆功能的快速修复，SOD活性有不同程度提高。MDA有不同程度降低，可减低脑损伤后氧自由基反应。

半导体激光应用到临床以后，很快受到病人的欢迎。主要治疗包括几个方面：在镇痛方面，各种神经痛是由于神经炎症引起，如枕大神经痛，椎上神经痛，三叉神经痛，肋间神经痛（特别是带状疱疹后引起的神经痛）坐骨神经痛，肩周炎，急慢性腰疼，落枕、腱鞘炎，风湿性关节炎等。都具有惊奇的疗效。在皮肤病方面，皮炎，银屑病，扁平疣，皮肤溃疡，创面愈合不良，灰指甲等，也具有良好的疗效。对糖尿病，结核病，骨髓炎和X线照射引起的顽固性溃疡及瘘道最大的溃疡面可达2×3cm大小，经照射两周后即完全痊愈。褥疮溃疡面达5×8cm经10次照射治疗也完全痊愈。在口腔科方面的应用为：治疗牙本质过敏，阿弗它口疮，剥脱性唇炎，三叉神经痛，牙髓炎，颞颌关节炎，根充后反应等等。特别是牙本质过敏，照射1-5次，其有效率达100%，显效率可达66.7%，而且安全可靠。

对于大多数慢性疼痛，结合经济穴位的照射，适当延长疗程，便能取得满意的疗效。半导体激光治疗颈背痛，照射部位为颈背臂痛点，痛区，肌肉附着点相关穴位，激光头贴紧垂直于皮肤作接触照射，输出功率120-150mw，每点3分钟，每日一次，3-5次为一疗程。能获得显著的疗效。治疗次数明显少于短波治疗。突出了照射时间短，疗程短，奏效快的特点。对于病程短的急性疼痛及痛点明确的病变，半导体激光的疗效更好，穴位照射更佳。肌张力增高的疼痛，照射该肌的附着点，对肌痉挛的缓解较满意。

半导体的特性篇3

半导体物理学是以半导体中原子状态和电子状态以及各种半导体器件内部电子运动过程为研究对象的学科，是固体物理的一个重要组成部分，凝聚态物理的一个活跃分支[1]。半导体物理学是一门公认的难教、难学的课程，为了提高半导体物理学的教学质量，相关院校的教师们提出了许多有益的建议和有效的方法，如类比学习法[2]、多媒体教学法、市场导向法[3]等。基于提高课堂效率、改善半导体物理学课程的教学效果的目标，作者在乐山师范学院材料科学工程专业（光伏方向）的半导体物理学的教学中，对传统的课堂教学模式进行改革，在半导体物理学的课堂教学中采用“学案导学”教学模式，该文就“学案导学”教学模式在乐山师范学院材料科学工程专业（光伏方向）的半导体物理学课程教学实践作一简述，供同行参考。

1半导体物理学课程教学模式改革的必要性和迫切性

传统半导体物理学的主要内容包含半导体的晶格结构、半导体中的电子状态、杂质和缺陷能级、载流子的统计分布、非平衡载流子及载流子的运动规律、p―n结、异质结、金属半导体接触、表面及MIS结构等半导体表面和界面问题以及半导体的光、热、磁、压阻等物理现象[4]。但是近年来半导体物理发展迅猛，新现象、新理论、新的研究领域不断涌现。上世纪50～60年代，属于以固体能带理论、晶格动力学理论、金属―半导体接触理论、p-n结理论和隧道效应理论为主的晶态半导体物理时代；70～80年代则形成半导体超晶格物理、半导体表面物理和非晶态半导体物理三足鼎立的格局；90年代以后，随着多孔硅、C60以及碳纳米管、纳米团簇、量子线与量子点微结构的兴起，纳米半导体物理的研究开始出现并深化；现在，以GaN为主的第三代半导体、有机聚合物半导体、光子带隙晶体以及自旋电子学的研究，使半导体物理研究进入一个新的里程[5]。

半导体物理学是材料科学工程专业（光伏方向）的核心专业课程，是太阳能电池原理等后续专业课程的基础。它是一门理论性较强同时又和实践密切结合的课程。要透彻学习半导体物理学，既要求有较强的数学功底，熟悉微积分和数理方程；又要求有深厚的物理理论基础，需要原子物理、统计物理、量子力学、固体物理等前置课程作为理论基础。由于材料科学工程（光伏方向）培养目标侧重于培养光伏工程专业技术人才，而不是学术型的研究人才，在课程设置方面有自己的独特要求，学生在学习半导体物理之前，没有系统学习过数学物理方程、量子力学、固体物体、统计物理等专业课程，所以理论基础极其薄弱，这给该门课程的教学带来极大的困难和挑战。而且半导体物理的理论深奥，概念多，公式多，涉及知识范围广，理论推导复杂，沿用“教师讲学生听”的传统课堂教学模式，学生学习兴趣不高，直接的结果就是课程教学质量较低，教学效果不好，学生学习普遍被动。面对发展迅猛的半导体物理和目前教学现状，如果不对“教师讲、学生听”的半导体物理学的课堂教学模式进行改革，难以跟上形势的发展。为此教师要在半导体物理学教学中采用了“学案导学”教学模式。

2“学案导学”导学教学模式在半导体物理课程教学中的实施过程

“学案导学”教学模式由“学、教、练、评”四个模块构成。“学”，就是学生根据教师出示的教学目标、教学重点、教学难点，通过自学掌握所学内容。“教”，就是教师讲重点、难点、讲思路等。“练”，就是通过课堂训练和课后练习相结合，检验学习效果。“评”，就是通过教师点评方式矫正错误，总结方法，揭示规律。“学案导学”教学模式相对于传统教学模式的改革绝不是一蹴而就的课堂教学形式的简单改变，而是一项复杂的系统工程，包括教学模式的总体目标确定、教学内容的重新构建、导学案的编写、课堂教学过程的实施。

2.1半导体物理学“学案导学”教学模式总体目标的确定

半导体物理学课堂教学模式创新的总体目标是：以材料科学工程专业（光伏方向）人才培养方案和半导体物理学课程教学大纲依据，以学生为主体，以训练为主线，以培养学生的思维方式、创新精神和实践能力为根本宗旨，倡导自主、合作、探究的新型学习方式，构建自主高效的课堂教学模式；注重学生的主体参与，体现课堂的师生互动和生生互动，关注学生的兴趣、动机、情感和态度，突出学生的思维开发和能力培养；针对学生的不同需求，实行差异化教学，面向全体，分层实施。

2.2根据人才培养方案构建合理有效的教学内容

半导体物理学的教材种类较多，经典教材包括：黄昆、谢希德主编的《半导体物理》（科学出版社出版）；叶修良主编《半导体物理学》（高等教育出版社出版）；刘恩科、朱秉生主编《半导体物理学》（电子工业出版社出版）。该校教研组经过认真分析，选择刘恩科主编的《半导体物理学》第7版作为教材，该书内容极其丰富，全书共分13章，前五章主要讲解晶体半导体的结构、电子的能带、载流子的统计分布、半导体的导电性、非平衡载流子理论等基础知识，第6章讲PN结理论，第7章讲金属和半导体的接触性能、第8章讲半导体的表面理论、第9章讲半导体的异质结构，第10、11、12章讲解半导体的光学性质、热电性质、磁和压电效应，第13章讲解非晶态半导体的结构和性质；该教材理论性很强，有很多繁杂的数学推导，要真正掌握教材所讲内容，需要深厚的数学功底和物理理论功底。该校材料科学工程专业（光伏方向）立足于培养光伏工程的应用型人才，学生理论功底较为薄弱，故我们对理论推导不做过高的要求，但对推导的结果要形成定性的理解。具体要求学生掌握半导体物理学的基本理论、晶体半导体材料的基本结构、半导体材料基本参数的测定方法。根据人才培养方案的要求，我们确定的主要理论教学内容有：（1）半导体中的电子状态；（2）半导体中的杂质和缺陷能级；（3）半导体中载流子的统计分布；（4）半导体的导电性；（5）非平衡载流子理论；（6）PN节；（7）金属和半导体接触；（8）半导体表面理论。对半导体的光学性质、热电性质、磁和压电效应以及非晶态半导体不做要求。在课程实践方面我们开设四个实验：（1）半导体载流子浓度的测定；（2）少数载流子寿命的测量；（3）多晶硅和单晶硅电阻率的测量；（4）PN节正向特性的研究和应用。

2.3立足学生实际精心编写导学案

“导学案”是我们指导学生自主学习的纲领性文件，对每个教学内容都精心编写了“导学案”。“导学案”主要包括每章节的主要内容、课程重点、课程难点、基本概念、基本要求、思考题等六个方面的内容。以“半导体中的电子状态”为例，我们编写的导学案如下：

2.3.1本节主要内容

原子中的电子状态：

（1）玻耳的氢原子理论；（2）玻耳氢原子理论的意义；（3）氢原子能级公式及玻耳氢原子轨道半径；（4）索末菲对玻耳理论的发展；（5）量子力学对半经典理论的修正；（6）原子能级的简并度。

晶体中的电子状态：

（1）电子共有化运动；（2）电子共有化运动使能级分裂为能带。

半导体硅、锗晶体的能带：

（1）硅、锗原子的电子结构；（2）硅、锗晶体能带的形成；（3）半导体（硅、锗）的能带特点

2.3.2课程重点

（1）氢原子能级公式，氢原子第一玻耳轨道半径，这两个公式还可用于类氢原子。（今后用到）

（2）量子力学认为微观粒子（如电子）的运动须用波函数来描述，经典意义上的轨道实质上是电子出现几率最大的地方。电子的状态可用四个量子数表示。

（3）晶体形成能带的原因是由于电子共有化运动。

（4）半导体（硅、锗）能带的特点：

①存在轨道杂化，失去能级与能带的对应关系。杂化后能带重新分开为上能带和下能带，上能带称为导带，下能带称为价带。

②低温下，价带填满电子，导带全空，高温下价带中的一部分电子跃迁到导带，使晶体呈现弱导电性。

③导带与价带间的能隙（Energygap）称为禁带（forbiddenband），禁带宽度取决于晶体种类、晶体结构及温度。

④当原子数很大时，导带、价带内能级密度很大，可以认为能级准连续。

课程难点：原子能级的简并度为（2l+1），若记入自旋，简并度为2（2l+1）；注意一点，原子是不能简并的。

基本概念：电子共有化运动是指原子组成晶体后，由于原子壳层的交叠，电子不再局限在某一个原子上，可以由一个原子转移到另一个原子上去。因而，电子将可以在整个晶体中运动，这种运动称为电子的共有化运动。但须注意，因为各原子中相似壳层上的电子才有相同的能量，电子只能在相似壳层中转移。

基本要求：掌握氢原子能级公式和氢原子轨道半径公式；掌握能带形成的原因及电子共有化运动的特点；掌握硅、锗能带的特点。

思考题：（1）原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同，原子中内层电子和外层电子参与共有化运动有何不同。（2）晶体体积的大小对能级和能带有什么影响。

2.4以学生为主体组织课堂教学

在每次上课的前一周，我们将下周要学习的内容的导学案印发给学生，人手一份，让学生按照导学案的要求先在课余时间提前预习，对一些基本概念要有初步的理解，对该课内容要形成基本的认识。比如，我们在学习“半导体中的电子状态”这一内容时，要求学生通过预习要清楚：孤立原子中的电子所处的状态是怎样的；晶体中的原子状态又是怎样的；半导体硅、锗的能带有何特点。在课堂教学中我们的教学组织程序是一问、二讨论、三讲解、四总结。一问，是指通过提问，抽取个别同学回答问题，了解学生的自主学习情况。二讨论是指让同学们就教师提出的问题开展自主深入的讨论。例如就晶体中电子的状态这一问题，让学生讨论什么是共有化运动；电子的共有化远动是如何产生的；电子的共有化运动有何特征；电子的共有化运动如何使能级分裂为能带。让学生畅所欲言，充分发表自己的意见，教师认真聆听，发现学生的错误认识，为下一步的讲解做好准备。三讲解是指就三个方面的知识进行讲解，其一是就学生讨论过程中的错误认识和错误观点及时的纠正；其二是对学生不具备的理论知识进行补充讲解，例如学生不具备量子力学基础，就要给学生补充讲解量子力学认为微观粒子（如电子）的运动须用波函数来描述，经典意义上的轨道实质上是电子出现几率最大的地方，电子的状态可用四个量子数表示；其三是就难点进行讲解，比如原子能级的简并度，学生理解起来较为困难，就需要教师深入细致地讲解；四总结就是归纳本堂课要掌握的重点知识，那些基本概念必须掌握，那些基本公式必须会应用。

半导体的特性篇4

关键词：半导体激光器；驱动电路；慢启动

中图分类号：TM1文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）04-0045-010引言

随着半导体在通信、测控、医疗、集成光学等技术领域的广泛应用，它越来越受到人们的关注，为其设计一款精度较高、性能可靠、经济、耐用的驱动电源成了我们当前最为紧要的问题，由于半导体激光器“娇贵”的特点，所使用的电源必须要在性能与质量上严格把关。

1半导体激光器转移特性

在一定温度下，当驱动电流低于阈值电流时，激光器输出光功率P近似为零，半导体激光器只能发荧光。驱动电流高于阈值时输出激光，并且光输出功率随着驱动电流的增大而迅速增加并呈线性关系。在实际应用中必须对激光二极管提出两个要求，一是较低的门限电流，二是稳定的P-I曲线。从原理上来讲，在工作物质一定的情况下，半导体激光器输出的激光频率应当由谐振腔长度和激励源的强度有关，换句话说，半导体激光器的输出频率取决于：PN结的温度和注入电流的大小。另外，由于半导体PN结相当脆弱，稍有电流冲击就会造成损害。所以在具体使用半导体激光器时，我们对其供电电路和调制电路的要求相当严格。

我们用异质结来代替同质结就可以将门限电流降低两个数量级，而对于稳定性问题目前只有通过外加恒温和光反馈等来加以改善。对一般的半导体激光器来说，激光二极管是正向结法，光电二极管是反向结法。受光后转换的光电流在电阻上以电压形式反映出射光功率的大小，添加控制电路就可以达到控制发光功率的目的。

2电路设计

试验中所用激光二极管型号为HT670T5，该管波长为650nm，额定功率为30mW。

2.1电流源电路线性电源具有精度高、稳定度高但是效率较低的特点，但考虑到半导体激光器对电源精度的苛刻要求，而且我们设计的电源是一种小功率电源，效率低的缺点就显得不是特别重要，所以我们设计方案选择线性电源。

为了实现精度和稳定度的要求，实现抑制纹波和降低噪声的要求。设计了两级调整模块，前一级使用稳压芯片，通过扩流，输送到后一级调整模块。

市电通过电网滤波器进入变压器，降至21V（峰值），经过整流滤波（具体电路省略）后通过由稳压集成块与扩流电路组成的一级调整电路；之后，通过后级的串联—取样—反馈—调整，最后输出。

在具体恒流源电路设计中，负载不是加在它的输出端，而是加在调压器LM317T的输入端。对于实际负载来说，调压器LM317T的输入起恒流源作用。因为调压器输出端接的是虚假负载R1，所以不论实际负载两端电压的真实值是多少，它都消耗一个恒定不变的电流。调压器和虚假负载R1上的电压使电路总允许电压下降。负载电流由R1设定，其值等于1.25A/Ω×R1。

2.2纹波调零电路为了减小稳流电源的纹波电压，需要为电路增设纹波调零电路，在正常工作中，调节纹波调零电位器可使输出纹波电压非常小。纹波成分通过电容耦合至运放的反相输入端，在具体的纹波调零电路中，它经放大后加至调整管的基极。因此，可达到上述的效果。

2.3保护电路实际应用中，激光器很容易受到同电路其它电器干扰产生的浪涌电流的伤害，为保护激光器不受到浪涌电流的冲击，我们可以在电路中加入慢启动电路。此外，为更好的保护激光器，我们可选用2SA1015和2SC1815等类型的吸流管，在电压源的制作过程中基本可保护激光器的安全运行。加上电压源中电网滤波器的作用，将电路制作成简单的限流型保护电路。

3实验结果

本文所设计的驱动电源，通过慢启动、纹波调零等电路，在实验室中的应用效果良好，较好的解决了半导体二极管在使用中输出功率不稳定的问题，测量结果如下：

考虑示波器的带宽限制，修正为：

电流源：

电流纹波及噪声：?燮0.1uA

电压源：

纹波：?燮0.01mV

电流纹波及噪声：?燮0.5uA

调整范围：0－500mA

参考文献：

半导体的特性篇5

功率模块焊接和连接的最新技术水平是空白的使用一一半导体底面与顶层基材和铝（A）粗线互连的无铅焊接工艺。由于设计灵活性大、实现自动化的程序简单，铝线绑定现在己成为顶层互连的首选。遗憾的是，由于众所周知的生命周期局限的原因，铝粗线焊接成了众多设计的瓶颈。过去，利用烧结带或编织带提出了一些关于芯片顶层触点的解决方案对于1C或存储产品而言，作为粗金（Au）线的替代品，铜（Cu）线绑定具有较高的适配率。还强烈希望采用较大直径的电线作为铝线的替代品，并提出了此课题的有关事项PM。铜线绑定保持了当前铝线绑定法的设计灵活性和工艺灵活性，但是粗铜线要求顶层金属化整体更加牢固，以防止功率半导体在粘合焊盘的作用下出现芯片裂纹和结构损坏。很多功率半导体制造厂正在着手解决这一问题。本文提出的连接方法的主要优势之一是这种方法可使用粗铜线绑定，无需改变半导体顶层金属化。因此，半导体制造厂可依靠现有的工艺技术和既定的金属化，在前端和后端／封装材料之间留出分隔线。于是，高可靠性功率模块完全有可能实现较快的上市时间。银烧结是一种成熟的功率半导体焊接和连接技术，｜｜J靠性很高，要求使用常见的金属化表面。例如NiAu、Pd或Ag，这些表面都很常用，大多数制造厂有售。

2绑定和焊接技术

2．1低压烧结。低压烧结接受用于生产整流器功率模块，采用这种技术，功率模块质量更好，热工特性、机械特性和电气特性优良。烧结时需要在焊接件之间涂银膏。烧结过程中，施加压力产生一层密实的银层，连接可靠。烧结过程中，当银膏中的银颗粒和有机物促使扩散力增加时，可减小施加的压力。据报道，当前的烧结工艺可在40MPa以下的压力水平完成｜6im。减小压力可生产不同规格的模块，从而增加设计灵活性，便于利用批量生产技术。2．2粗铜线绑定。铜线绑定是电力电子产品总成的大电流互连最看好的技术之一。与铝线绑定相比，铜线绑定布局灵活性高、质量过程成熟，正因为这两条原因，加快了铜线绑定的研发。与铝材相比，电线粘合互连采用铜质材料，有两大好处：（1）电流能力增加37％：（2）铜的热传导率好（比铝的热传导率高达80％）。2．3丹佛斯粘合缓冲板技术（DBB）。丹佛斯粘合缓冲板技术（DBB）由烧结在金属半导体顶层金属化表面上的薄铜箔组成，如图1所示。此外，替换半导体底面接口与DBC基体的凸点瓦连时，也可采用相同的烧结技术。图1烧结DBB银和铜线綁定热堆栈的横截面设计DBB吋，其尺寸要保证热机械优化，以减小由于CTE不匹配而引起的机械应力。除了铜线绑定期间可吸收能量和保护晶片的特性外，DBB还具有很多热特性和电气特性优势。采用DBB后，半导体内出现均匀的电流密度分配。由于竖向电流流动得到改善，无需在半导体上采用针脚式粘合。此部分将进一步介绍标准整流器模块和第2部分所述方法制成的相同模块之间的直接比较结果。

3结果

3．1热模拟。为了证明新封装技术的性能，我们使用热模拟软件FlowEFD，对不同的设计方案进行了研宄。为了便于对结果进行比较，所有方案都采用相同的条件。图2显示的是FEM模拟的边界条件。图2第一糢拟部分和第二糢拟部分的边界条件DBB的附加热能力对Zth曲线有积极影响，W为它能储存短热能脉冲。图3所示的是不同变型（VI？V5）不同时间（l〇ms、100ms、1000ms）的热阻抗。在烧结的DBB变型（V5）中，10ms的Zth比标准焊机技术（VI）低大于22％。另外，DBB的热能力对Rth没有负面影响，因为它未在热源（晶片）和热沉之间的传热路径上。3．2可靠性。从以前的标准焊接模块、烧结模块和编织带模块试验中得出比较数据W。功申循环结果如阁4所示。丹佛斯标准整流器模块约有40000个循环，而采川铝线的烧结模块约有70000个循环。DBB模块至少有600000个循环，比丹佛斯标准模块好约15倍，比行业标准好约60倍mi。

4结论

引入丹佛斯焊接缓冲板（DBB）技术，可采用粗铜线绑定，完全与可靠性高的银烧结工艺兼容。结果是功率模块整体十分牢固，耐久性是同类标准模块的至少15倍，是行业标准的60倍。使用丹佛斯焊接缓冲板，半导体采用粗铜线绑定后，现在可制作出新一代功率模块，其主要益处如下：（1）芯片上可绑定粗铜线。（2）增加Zth的附加热能力，而不增加Rth。（3）铜线采用特别的冷却方式，生命周期更长或电流密度更大。（4）硅片和DBC基体之间采用烧结技术，可延长使用寿命。（5）适用于所有常见的芯片顶层金属化。采用新技术，还可缩短上市时间，最大好处是对现有已成熟并值得信赖的制造方式的影响很小。

半导体的特性篇6

关键词：半导体器件；物理；教学改革

半导体器件物理是微电子学、电子科学与技术等专业的重要专业基础课程，也是应用型本科院校培养新兴光电产业所需的应用技术人才必备的理论与实践基础课程。该课程是连接半导体材料性质和器件应用的桥梁学科，在新兴产业应用技术人才的知识结构中具有重要的基础地位。因此，探讨教学中存在的问题，改革教学的方式方法具有重要意义。

一、课堂教学中产生的问题及原因分析

1.学生听课效率低，学习兴趣淡薄，考试成绩低

以某大学光电行业方向工科专业近三年半导体器件物理考试成绩分布情况为例，表1中近三年学生成绩均显示出60分左右的人数最多，以60分为原点，其高分和低分两侧的人数呈现出逐渐降低的正态分布。从表1中还可以看出，成绩低分人数逐年增多，成绩偏离理想状况较多。

2.针对问题分析原因

导致表1结果的原因有以下三方面：

（1）学生的物理基础参差不齐，知识结构存在断层

近年来，由于高考制度的改革，部分学生参加高考时未选报物理，物理仅作为会考科目使得相当一部分高中学生轻视物理的学习。当学生进入大学，有些专业大学物理成为必修课，由于学生高中物理基础差别很大，因此，同一班级的学生物理学习能力就表现得参差不齐。

对于一般工科专业的学生（包括面向新兴光电产业的工科专业）来说，他们大二或大三开始学习半导体器件物理课程（或半导体物理课程）时，他们的物理基础只有在高中学过的普通物理和大学学过大学物理，其内容也仅涉及经典物理学中的力学、热学、电学和光学的基本规律，而近代物理中的实物粒子的波粒二象性、原子中电子分布和原子跃迁的基本规律、微观粒子的薛定谔方程和固体物理的基本理论均未涉及。半导体器件物理课程的接受对象，不仅在物理基础上参差不齐，而且在物理知识结构上还存在断层，这给该课程的教和学增加了难度。

另外，即使增加学习该门课程所必需的近代物理、量子物理初步知识和固体物理的基础内容，但由于课程课时的限制，也决定了该课程在学习时存在较大的知识跨度，很多学生难以跟上进度。

（2）课程理论性强，较难理解的知识点集中

半导体器件物理课程以半导体材料的基本性质和应用为基本内容，内容编排上从理想本征半导体的性质和半导体的掺杂改性，到P型半导体和N型半导体结合形成半导体器件的核心单元，再到各种PN结的设计和控制，采取层层推进的方式，逻辑严密，理论性强，对学生的要求也高，每一部分的核心内容都要扎实掌握才能跟上学习的进度。同时，在各章内容讲解过程中几乎都有若干较难的知识点，如本征半导体性质部分的有效质量、空穴的概念、能带的形成、导带和价带的概念等；半导体掺杂改性部分的施主、受主、施主能级、受主能级、半导体中的载流子分布规律、平衡载流子和非平衡载流子以及载流子的漂移和扩散运动；简单PN结部分的平衡PN结、非平衡PN结、PN结的能带和工作原理；不同专业在PN结的设计和控制这部分会根据所设专业选取不同的章节进行学习，面向光电行业的本科专业则通常选取半导体的光学性质和发光这部分来讲授，该部分包含半导体的跃迁类型，以及半导体光生伏特效应和发光二极管等的工作原理。这些知识点分布集中，环环相套，步步递进，因此理解难度较大。

（3）学习态度不端正的现象普遍存在

近几年，在社会大环境的影响下，学习态度不端正现象在本科各专业学生中普遍存在。无故迟到旷课情况经常发生，作业抄袭现象严重，学生独立思考积极性差。电子产品的普及也严重影响到了学生上课的积极性，很多学生成了手机控，即使坐在课堂上也频频看手机、上网。有些学生上课连课本都不带，更谈不上用记录本记录重点、难点。特别是半导体器件物理这门课程涉及的知识点密集，重点、难点较多，知识连贯性要求高，如果一些知识点漏掉了，前后可能就连贯不起来，容易使疑难问题堆积起来，对于不认真听讲的部分学生来说，很快就跟不上进度了。另外，学生畏难情绪较严重，课下也不注意复习答疑，迎难而上的精神十分少见。俗话说，“师傅领进门，修行在个人。”在课时紧张、学生积极性差、课程理论性强等多重因素影响下，教师的单方面努力很难提高课堂教学效率。

二、改进方法的探讨

针对教学过程中发现的问题，本文从教学方法和教学手段两个方面入手来探讨该课程教学的改进。

1.教学方法的改革

半导体器件物理课程教学改革以建设完整的半导体理论体系和实践应用体系为目标，一方面，着重在教学观念、教学内容、教学方法、教师队伍、教学管理和教材方面进行建设和改革，形成适合应用型本科专业学生的课程体系。另一方面，我国本科院校正处于教育的转型发展时期，围绕应用型人才培养目标，按照“专业设置与产业需求相对接、课程内容与职业标准相对接、教学过程与生产过程相对接”的原则，半导体器件物理课程改革重视基础知识和基本技能教学，力争构建以能力为本的课程体系，做到与时俱进。本课程改革具体体现在以下六个方面：

（1）转变教学观念

改变传统向学生灌输理论知识的教学观念，以学习与新兴行业相关的基础知识和关键应用技术为导向，确定该课程在整个专业课程体系中承上启下的基础性地位，在教学观念上采取不求深，但求透的理念。

（2）组织教学内容

为构建以能力为本的课程体系，本课程改革在重视基础知识和基本技能的教学、合理构建应用型人才的知识体系的同时，力争使学生了解半导体器件制作和应用的职业标准及其发展的热点问题，并积极实现“产学研”一体化的教学模式，故此本课程改革分几个层次组织教学内容。

第一层次为基础知识铺垫。为解决学生知识结构不完整的问题，在讲授半导体器件物理之前要进行固体物理学课程知识的铺垫，还要增加近论物理学知识，如原子物理和量子力学的知识，为学生构建完整的知识框架，降低认知落差。

第二层次为半导体物理基本理论，也是本课程的主体部分。包括单一半导体材料的基本性质、半导体PN结的工作原理、常见半导体结构的工作原理和半导体的光电及发光现象和应用。

第三层次为课内开放性实验。在理工科学生必修的基础物理实验项目（如“电阻应变传感器”、“太阳电池伏安特性测量”、“光电传感器基本特性测量”、“霍尔效应及其应用”等）的基础上，结合专业方向设置若干实验让学生了解半导体电子和光电器件的类型、结构、工作原理及制作的工艺流程以及职业要求和标准，还有行业热点问题，激发其学习兴趣，提高动手能力和实践能力。

第四层次为开展课题式实践教育，实现“产学研”一体化。为解决传统教学理论和实践脱节问题，以基础物理实验项目和针对各专业方向设置的与半导体器件应用相关的实验项目为实践基础，开展大学生科技创新活动，鼓励学生利用课余时间进入实验室和工厂企业，利用已学理论对行业热点问题进行思考和探究，加强实践教学。

（3）调整教学方法

一方面，要正确处理物理模型和数学分析的关系，不追求公式推导的严密性，强调对物理结论的正确理解和应用。另一方面，充分利用现代化的教学设施和手段，变抽象为具体，化枯燥为生动，采用讨论式、启发式和探究式教学，调动学生积极性和主动性。

（4）建设教学队伍

对国内知名院校的相关专业进行考察和调研，学习先进教学理念和教学方法，邀请国内外相关专业的专家进行讲座，邀请企业高级技术人才和管理人才作为兼职教授来为学生讲授当前最前沿、最先进的技术及产品，并参与教学大纲及教学内容的修订。另外，鼓励教师团队充分利用产学研践习的机会深入企业，提高教师队伍的实践经验和综合素质，为培养双师型教师打下基础。

（5）完善教材体系

教材是保证教学质量的重要环节，也是提高专业教学水平的有效方法。针对理工科专业特色方向及学生培养的目标，除选用经典的部级规划教材――《半导体物理学》以外，还组织精干力量编写专业特色方向的相关教材，以形成完善的半导体理论和实践相结合的教材体系，在教材中融入学校及专业特色，注重理论和实践相结合，增加案例分析，体现学以致用。

（6）加强教学管理

良好的教学管理是提高教学质量的必要手段。首先根据学生特点以及本课程的教学目标合理制订教学大纲及教学计划。在授课过程中充分发挥学生主体作用，积极与学生交流，了解学生现状，建立学生评价体系，改进教学方法、教学手段及教学内容等，提高教学质量。

2.教学手段改革

（1）采用类比的教学方法

课堂上将深奥理论知识与现实中可比事物进行类比，让学生易于理解基本理论。例如，在讲半导体能带中电子浓度计算时，将教室中一排排桌椅类比为能带中的能级，将不规则就座的学生类比为占据能级的电子，计算导带中电子的浓度类比为计算教室中各排上学生数量总和再除以教室体积。让学生从现实生活中找出例子与抽象的半导体理论进行形象化类比，帮助学生理解半导体的基本概念和理论。

（2）采用理论实践相结合的方法

在教学中时刻注意理论联系实际的教学方法，例如，根据学生专业方向，在讲述宽带隙半导体材料的发光性能时，给学生总结介绍了LED芯片材料的类型和对应的发光波长，让学生体会到材料性质是器件应用的基础。

（3）构建网上学习系统

建立纸质、网络教学资源的一体化体系，及时更新、充实课程资源与信息，通过网络平台建设，实现课程的网络辅助教学和优秀资源共享。这些资源包括与本课程相关的教学大纲、教材、多媒体课件、教学示范、习题、习题答案、参考文献、学生作业及半导体行业发展前沿技术讲座等。

（4）开展综合创新的实践

充分利用现有的实验条件，为学生提供实践条件。同时积极开拓校外实践基地，加强校企合作，为学生实习、实践提供良好的平台，使课程教学和实践紧密结合。鼓励学生根据所学内容，与教师科研结合，申请大学生创新项目，以提高学生实践创新能力及应用能力。

（5）改革考核体制

改变传统以闭卷考试为主的考核方式，在考核体制上采取闭卷、讨论、答辩和小论文等多种评价方式，多角度衡量、综合评定教学效果。

参考文献：

[1]刘秋香，王银海，赵韦人，等.“半导体物理学”课程教学实践与探索[J].广东工业大学学报（社会科学版），2010（10）：87-88，94.

[2]徐炜炜，黄静.从半导体物理课程教学谈高素质人才培养[J].南通航运职业技术学院学报，2009，8（4）：97-99.

[3]王印月，赵猛.改革半导体课程教学融入研究性学习思想[J].高等理科教育，2003，47（1）：69-71.