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半導体デバイス。半導体の性質とその応用。物理学の授業（10 年生）のプレゼンテーション「半導体デバイスのプレゼンテーション」電気工学

はじめに半導体デバイスを電子機器に使用する場合、その名称を統一したり、パラメータを標準化するためにシンボル体系が使用されます。このシステムは、半導体デバイスを、その目的、基本的な物理的および電気的パラメータ、設計および技術的特性、および半導体材料の種類に従って分類します。国内の半導体デバイスのシンボルシステムは、州および業界の標準に基づいています。半導体デバイスの GOST 指定システムの最初の GOST は 1964 年に導入されました。その後、デバイスの新しい分類グループが出現したため、1972 年、1977 年、1981 年にそれぞれ GOST に変更され、さらに業界標準の OST および OST に変更されました。この変更により、シンボルシステムの英数字コードの基本要素が保存されました。この表記システムは論理的に構造化されており、要素ベースのさらなる開発に応じて拡張できます。半導体デバイスの主要パラメータと参照パラメータの基本的な用語、定義、および文字指定は、次の GOST に記載されています。 – 半導体ダイオード。パラメータの用語、定義、および文字指定。 – 電界効果トランジスタ。パラメータの用語、定義、および文字指定。 – バイポーラトランジスタ。パラメータの用語、定義、および文字指定。 - サイリスタ。パラメータの用語、定義、および文字指定。

国内半導体デバイスの規約と分類最新の半導体ダイオード、サイリスタ、および光電子デバイスの指定システムは、OST 業界標準によって確立されており、これらのデバイスの多くの分類特性に基づいています。指定システムは、5 つの要素で構成される英数字コードに基づいています。

最初の要素最初の要素 (文字または数字) は、半導体デバイスの作成に基づいてソース半導体材料を指定します。一般民生用の機器の場合は、半導体または半導体化合物の名前の頭文字を使用します。特殊な目的のデバイスでは、これらの文字の代わりに数字が使用されます。原料物質記号ゲルマニウムまたはその化合物 G または 1 シリコンまたはその化合物 K または 2 ガリウム化合物（例：ガリウムヒ素） A または 3 インジウム化合物（例：リン化インジウム） I または 4

2 番目の要素は、半導体デバイスのサブクラスです。通常、文字はデバイス名から名前の最初の文字として選択されますデバイスのサブクラスシンボルデバイスのサブクラスシンボル整流器、ユニバーサル、パルスダイオード D ツェナーダイオード C バイポーラトランジスタ T 整流器列 C フィールドトランジスタ P ガンダイオード B バリキャップV 電流安定化装置 K ダイオードサイリスタ N マイクロ波ダイオード A トライオードサイリスタ U 放射 OE デバイス L トンネルダイオード I オプトカプラ O

3 番目の要素。半導体デバイスの指定の 3 番目の要素 (番号) によって、デバイスの主な機能が決まります。デバイスのサブクラスが異なると、最も特徴的な動作パラメータ (機能) が異なります。トランジスタの場合 - 動作周波数と電力損失、整流ダイオードの場合 - 順電流の最大値、ツェナーダイオードの場合 - 安定化電圧と電力損失、サイリスタの場合 - 開放状態での電流の値。

第五の要素。シンボルシステムの英数字コードの 5 番目の要素 (文字) は、単一の技術を使用して製造されたデバイスの個々のパラメータに従った等級を示します。指定には、数字と同様に表記される Z、O、CH、Y、Sh、Shch、Z を除く、A から Z までのロシア語アルファベットの大文字が使用されます。

海外の半導体デバイスの表記規則と分類海外では、半導体デバイスに対してさまざまな呼称体系が存在します。最も一般的な指定システムは、米国合同電子デバイス技術評議会によって採用された JEDEC です。このシステムによれば、デバイスはインデックス (コード、マーキング) によって指定され、最初の桁は p-n 接合の数に対応します: 1 – ダイオード、2 – トランジスタ、3 – 四極管 (サイリスタ)。番号の後には文字 N とシリアル番号が続きます。シリアル番号は電子工業会 (EIA) によって登録されています。数字の後には、さまざまなパラメータまたは特性に応じた同じタイプのデバイスの標準定格への内訳を示す 1 つ以上の文字が続く場合があります。ただし、シリアル番号の桁は、原料の種類、周波数範囲、消費電力、または用途を識別するものではありません。欧州では、国際プロエレクトロン協会が半導体デバイスの名称を割り当てる制度が採用されている。このシステムによれば、広く使用されている家庭用機器のデバイスは 2 つの文字と 3 つの数字で指定されます。したがって、広く使用されているデバイスの場合、2 文字の後に 100 から 999 までの 3 桁のシリアル番号が続きます。産業用および特殊機器で使用されるデバイスの場合、3 番目の文字は文字です (文字はアルファベットの逆順で使用されます: Z、 Y、X など ) の後に 10 ～ 99 のシーケンス番号が続きます。

最初の要素。最初の要素（文字）は、半導体デバイスの作成に基づいてソース半導体材料を示します。半導体または半導体化合物の種類に応じて、A、B、C、Dの4つのラテン文字が使用されます。原料物質バンドギャップ、eV 記号ゲルマニウム 0.6...1 A シリコン 1...1.3 V 1.3 C 以上のガリウムヒ素 1.6 D 未満のインジウムアンチモン

2 番目の要素 (文字) は、半導体デバイスのサブクラスを示します。 3 番目の要素 (数字または文字) は、一般民生用の機器 (数字) または特殊用途の機器 (文字) を対象とした半導体デバイスを英数字コードで指定します。後者の場合、ラテン大文字が文字として使用され、Z、Y、X などの逆の順序で使用されます。 4 番目の要素 (2 桁) は技術開発のシリアル番号を意味し、範囲は 01 から 99 です。たとえば、VTX は登録番号 10、電圧 200 V の特殊用途のシリコン制御整流器 (サイリスタ) です。

規格 JIS-C-7012 日本で開発された規格指定システム (EIAJ 電子工業会が採用した規格 JIS-C-7012) により、半導体デバイス (ダイオードまたはトランジスタ) のクラスとその目的を決定できます。、および半導体の導電性の種類。半導体材料の種類は日本の制度には反映されていません。 JIS-C-7012規格による半導体デバイスの記号は5つの要素で構成されています。最初の要素。最初の要素（番号）は半導体デバイスの種類を示します。デバイスの種類に応じて 3 桁 (0、1、2、3) が使用されます。 2 番目の要素。 2 番目の要素は文字 S で指定され、このデバイスが半導体であることを示します。 S という文字は、Semiconductor という単語の頭文字として使用されます。 3 番目の要素。 3 番目の要素 (文字) は、半導体デバイスのサブクラスを示します。以下の表は、第 4 要素のサブクラスを指定するために使用される文字を示しています。 4 番目の要素は技術開発の登録番号を示し、11 から始まります。 5 番目の要素。 5 番目の要素は、開発の変更を反映しています (A と B – 1 番目と 2 番目の変更)。

JEDEC JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council) 指定システムは、米国の Joint Electron Device Engineering Council によって採用されています。このシステムによれば、デバイスはインデックス (コード、マーキング) によって指定されます。そのインデックスの内容は次のとおりです。最初の要素。最初の要素 (数値) は、p-n 接合の数を示します。デバイスのタイプに応じて 4 つの数字 (1、2、3、4) が使用されます: 1 – ダイオード、2 – トランジスタ、3 – サイリスタ、4 – フォトカプラ。 2 番目の要素。 2 番目の要素は、文字 N と電子工業会 (EIA) によって登録されたシリアル番号で構成されます。シリアル番号は、ソース素材の種類、周波数範囲、消費電力、または用途を決定するものではありません。 3 番目の要素。 3 番目の要素 (1 つ以上の文字) は、さまざまな特性に応じた、同じタイプのデバイスの標準定格への内訳を示します。 EIA によって登録されたデバイスとパラメータが類似しているデバイスを製造するメーカーは、自社のデバイスに JEDEC 指定を与えることができます。例: 2N2221A、2N904。

図記号と規格技術文書や専門文献では、半導体デバイスの従来の図記号が GOST「図における従来の図記号」に従って使用されています。半導体デバイス。」

半導体デバイスの電気的パラメータの記号と比較参考データ半導体デバイスでは、参考書に記載されている主要な電気的パラメータと最大動作特性の値が定められ、規格化されています。これらのパラメータには、電圧 (たとえば、Upr - ダイオードの一定の順方向電圧)、電流 (たとえば、Ist、max - ツェナーダイオードの安定化における最大許容電流)、電力 (たとえば、Pout - バイポーラトランジスタの出力電力) が含まれます。 )、抵抗 (例: rdiff - ダイオードの微分抵抗)、静電容量 (例: Ck - コレクタ接合の静電容量)、時間と周波数 (例: trev、rev - サイリスタ、ダイオードの逆回復時間) 、温度 (たとえば、Tmax - 最大周囲温度) パラメータは数百あり、半導体デバイスのサブクラスごとにこれらのパラメータは異なります。主要な電気パラメータの値と最大動作特性が記載されています。以下に、例として、これらのデータはさまざまな種類のデバイスの代表的なものとして示されています。

一部のトランジスタの指定例: KT604A - シリコンバイポーラ、中出力、低周波、開発番号 04、グループ A 2T920 - シリコンバイポーラ、高出力、高周波、開発番号 37、グループ A 2PS202A-2 - 低周波のセット-中周波のパワーシリコン電界効果トランジスタ、開発番号02、グループA、パッケージなし、クリスタルホルダー上のフレキシブルリード付き。 2D921A - 少数電荷キャリアの実効寿命が 1 ns 未満のシリコンパルスダイオード、開発番号 21、グループ A 3I203G - ガリウムヒ素トンネル発生ダイオード、開発番号 3、グループ G AD103B - 赤外線ヒ素ガリウム発光ダイオード、開発番号 3、グループB。

主な GOST: GOST 半導体デバイス。用語と定義 OST、半導体デバイス。シンボルのシステム。 GOST 2、図における従来のグラフィックシンボル。半導体デバイス GOST 半導体デバイス。主な寸法 GOST バイポーラトランジスタ。パラメータの用語、定義、および文字指定。 GOST 電界効果トランジスタ。パラメータの用語、定義、および文字指定。 GOST Semiconductor の赤外線放射デバイス。基本的な寸法。 GOST半導体ダイオード。パラメータの用語、定義、および文字指定。

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テーマに関するプレゼンテーション:半導体デバイス

スライド番号 1

スライドの説明:

スライド番号 2

スライドの説明:

電子デバイスの応用分野の急速な発展と拡大は、その基礎となる半導体デバイスの抵抗率 (ρ = 10-6 ÷ 1010 Ohm m) の改良によるものです。導体と誘電体の間に置きます。電子デバイスの応用分野の急速な発展と拡大は、その基礎となる半導体デバイスの抵抗率 (ρ = 10-6 ÷ 1010 Ohm m) の改良によるものです。導体と誘電体の間に置きます。

スライド番号 3

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電子デバイスの製造には、結晶構造を有する固体半導体が使用されます。電子デバイスの製造には、結晶構造を有する固体半導体が使用されます。半導体デバイスは、その動作が半導体材料の特性の使用に基づいているデバイスです。

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半導体ダイオードこれは、1 つの p-n 接合と 2 つの端子を備えた半導体デバイスであり、その動作は p-n 接合の特性に基づいています。 p-n 接合の主な特性は一方向導電性であり、電流は一方向にのみ流れます。ダイオードの従来のグラフィック表示 (UGO) は矢印の形をしており、デバイスを流れる電流の方向を示します。構造的には、ダイオードはハウジングに囲まれた p-n 接合 (マイクロモジュールのパッケージ化されていないものを除く) と 2 つの端子 (p 領域からのアノード、n 領域からのカソード) で構成されます。それらの。ダイオードは、アノードからカソードへの一方向にのみ電流を流す半導体デバイスです。デバイスを流れる電流の印加電圧への依存性は、デバイスの電流-電圧特性 (電圧-電流特性) I=f(U) と呼ばれます。

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トランジスタトランジスタは、電気信号を増幅、生成、変換し、電気回路を切り替えるように設計された半導体デバイスです。トランジスタの特徴は、電圧と電流を増幅する機能です。トランジスタの入力に作用する電圧と電流により、出力には大幅に高い電圧と電流が現れます。トランジスタの名前は、tran(sfer) (re)sistor (制御された抵抗器) という 2 つの英語の単語の略語から来ています。トランジスタを使用すると、回路内の電流をゼロから最大値まで調整できます。

スライド番号 7

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トランジスタの分類: トランジスタの分類: - 動作原理による: 電界効果 (ユニポーラ)、バイポーラ、複合。 - 消費電力の値に応じて、低、中、高。 - 制限周波数値に応じて、低、中、高、超高周波。 - 動作電圧に応じて: 低電圧と高電圧。 - 機能目的別: ユニバーサル、アンプ、キーなど - デザイン別: フレームなし、ケース入り、リジッドおよびフレキシブルリード付き。

スライド番号 8

スライドの説明:

実行される機能に応じて、トランジスタは 3 つのモードで動作できます。実行される機能に応じて、トランジスタは 3 つのモードで動作できます。 1) アクティブモード - アナログデバイスの電気信号の増幅に使用されます。トランジスタの抵抗はゼロから最大値まで変化します。トランジスタは「わずかに開く」または「わずかに閉じる」と言われます。 2) 飽和モード - トランジスタの抵抗がゼロになる傾向があります。この場合、トランジスタは閉じたリレー接点と等価です。 3) カットオフモード - トランジスタは閉じており、抵抗が高くなります。これはオープンリレー接点と同等です。飽和モードとカットオフモードは、デジタル、パルス、スイッチング回路で使用されます。

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インジケーター電子インジケーターは、イベント、プロセス、信号を視覚的に監視するために設計された電子指示装置です。電子インジケータは、電圧、電流、温度、バッテリ充電などのさまざまなパラメータのレベルまたは値を人に知らせるために、さまざまな家庭用および産業用機器に取り付けられています。電子インジケータは、電子スケールを備えた機械式インジケータと誤って呼ばれることがよくあります。

非接触温度センサー（パイロメーター）

これらは、測定対象の部品へのアクセスが困難な場合や、測定の可動性と低慣性が必要な場合に使用されます。さらに、1500℃から3000℃の高温を測定する必要がある場合には、非接触温度センサーが不可欠です。

測定対象物からの波長 3 ～ 14 ミクロンの赤外線放射は、非接触温度センサーの感応素子に当たり、電気信号に変換され、増幅、正規化され、新しいセンサーモデルではデジタル化されて送信されます。ネットワーク。

高温高温計 S-700.1 STANDARD の主な応用分野:

冶金学: 熱および機械加工中の溶融鉄金属、部品の温度を測定します。

ガラス産業：ガラス成形機の調整、ガラス炉の温度条件管理。

建設業: 建築材料 (セメント、レンガ、建築混合物など) の製造プロセス中の温度管理。

サーマルイメージャー

熱電対

熱電対は、一端で溶接された異なる金属の 2 本のワイヤです。

熱電効果は、19 世紀前半にドイツの物理学者ゼーベックによって発見されました。閉回路を形成し、導体の接触点が異なる温度に維持されるように、異なる金属で作られた 2 つの導体を接続すると、回路内に直流電流が流れます。温度測定に最適で、高感度、一時的安定性、および環境の影響に対する耐性を備えた金属のペアが実験的に選択されました。これらは、例えば、クロメル-アルメル、銅-コンスタンタン、鉄-コンスタンタン、白金-白金/ロジウム、レニウム-タングステンなどの金属ペアです。それぞれのタイプは、独自の問題の解決に適しています。クロメルアルメル熱電対 (タイプ K) は高い感度と安定性を備え、酸化雰囲気または中性雰囲気において最大 1300 C の温度で動作します。これは最も一般的なタイプの熱電対の 1 つです。鉄-コンスタンタン熱電対 (タイプ J) は、真空、還元雰囲気または不活性雰囲気中で最高 500 C の温度で動作します。セラミック保護ケースに入った白金-白金/ロジウム熱電対 (タイプ S または R) は、最大 1500 C の高温で動作します。使用済み。酸化環境、中性環境、真空環境の温度を完璧に測定します。

測温抵抗体

これらは白金、銅、またはニッケルで作られた抵抗器です。これらは巻線抵抗器である場合もあれば、金属層が絶縁基板 (通常はセラミックまたはガラス) 上にスパッタリングされる場合もあります。プラチナは、安定性が高く、温度に応じて抵抗が線形に変化するため、測温抵抗体に最もよく使用されます。銅は主に低温の測定に使用され、ニッケルは室温範囲での測定用の安価なセンサーに使用されます。外部環境から保護するために、白金測温抵抗体は金属製の保護ケースに入れられ、酸化アルミニウムや酸化マグネシウムなどのセラミック材料で絶縁されています。この絶縁により、センサーへの振動や衝撃の影響も軽減されます。ただし、断熱材を追加すると、急激な温度変化に対するセンサーの応答時間も長くなります。白金測温抵抗体は、最も正確な温度センサーの 1 つです。さらに、標準化されているため、使用が大幅に簡素化されています。抵抗値 100 および 1000 オームのセンサーが標準で製造されています。温度によるこのようなセンサーの抵抗の変化は、表または式の形式でテーマ別の参考書に記載されています。白金抵抗温度計の測定範囲は -180℃ +600℃です。絶縁にもかかわらず、測温抵抗体を強い衝撃や振動から保護する価値があります。

サーミスタ。

このクラスのセンサーは、温度の影響下で材料の電気抵抗が変化する効果を利用します。通常、半導体材料、通常はさまざまな金属の酸化物がサーミスタとして使用されます。その結果、高感度のセンサーが実現します。ただし、非直線性が大きいため、サーミスタは狭い温度範囲でのみ使用できます。サーミスタは安価であり、小型パッケージで製造できるため、性能が向上します。サーミスタには 2 つのタイプがあります。1 つは正の温度係数を使用するもの (温度の上昇とともに電気抵抗が増加する)、もう 1 つは負の温度係数を使用するもの (温度の上昇とともに電気抵抗が低下する) です。サーミスタには特定の温度特性はありません。それはデバイスの特定のモデルとその適用範囲によって異なります。サーミスタの主な利点は、高感度、小型、軽量であるため、たとえば気温の測定などに重要な応答時間の短いセンサーを作成できることです。もちろん、低コストであることも利点であり、さまざまな機器に温度センサーを組み込むことができます。短所としては、サーミスタの非直線性が高いため、狭い温度範囲での使用が可能になることが挙げられます。サーミスタの使用は低温域でも制限されます。特性の異なる多数のモデルが存在し、統一された規格がないため、機器メーカーは交換の可能性がなく、特定の 1 つのモデルのサーミスタのみを使用することを余儀なくされています。

半導体センサー温度は、半導体シリコン抵抗の温度依存性を利用します。このようなセンサーの測定温度範囲は次のとおりです。-50 C ～ +150 C。この範囲内では、シリコン温度センサーは良好な直線性と精度を示します。このようなセンサーの 1 つのハウジング内に最も感度の高い素子だけでなく、増幅および信号処理回路も製造できるため、温度範囲内でセンサーに優れた精度と直線性が提供されます。このようなセンサーに組み込まれた不揮発性メモリにより、各デバイスを個別に校正できます。大きな利点は、出力インターフェイスの種類が豊富であることです。電圧、電流、抵抗、またはデジタル出力など、センサーをデータネットワークに接続できます。シリコン温度センサーの弱点には、他のタイプの同様のセンサー、特に熱電対と比較して、温度範囲が狭く、サイズが比較的大きいことが挙げられます。シリコン温度センサーは、主に表面温度、気温、特にさまざまな電子機器内部の温度を測定するために使用されます。

「物理」を題材とした授業やレポートに使用できる作品です。

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スライド 2

電子デバイスの応用分野の急速な発展と拡大は、抵抗率 (ρ = 10-6 ÷ 1010 Ohm.m) が占める半導体デバイスの基礎となる素子の改良によるものです。導体と誘電体の中間的な場所。

スライド 3

半導体デバイスの製造に使用される主な材料は、シリコン (Si)、炭化ケイ素 (SiC)、ガリウムおよびインジウム化合物です。

スライド 4

電子デバイスの製造には、結晶構造を有する固体半導体が使用されます。半導体デバイスは、その動作が半導体材料の特性の使用に基づいているデバイスです。

スライド 5

半導体ダイオード

これは、1 つの p-n 接合と 2 つの端子を備えた半導体デバイスであり、その動作は p-n 接合の特性に基づいています。 pn 接合の主な特性は一方向導電性であり、電流は一方向にのみ流れます。ダイオードの従来のグラフィック表示 (UGO) は矢印の形をしており、デバイスを流れる電流の方向を示します。構造的には、ダイオードはハウジングに囲まれた p-n 接合 (マイクロモジュールのパッケージ化されていないものを除く) と 2 つの端子 (p 領域からのアノード、n 領域からのカソード) で構成されます。それらの。ダイオードは、アノードからカソードへの一方向にのみ電流を流す半導体デバイスです。デバイスを流れる電流の印加電圧への依存性は、デバイスの電流-電圧特性 (電圧-電流特性) I=f(U) と呼ばれます。

スライド 6

トランジスタ

トランジスタは、電気信号を増幅、生成、変換し、電気回路を切り替えるように設計された半導体デバイスです。トランジスタの特徴は、電圧と電流を増幅する機能です。トランジスタの入力に作用する電圧と電流により、出力には大幅に高い電圧と電流が現れます。トランジスタの名前は、tran(sfer) (re)sistor (制御された抵抗器) という 2 つの英語の単語の略語から来ています。トランジスタを使用すると、回路内の電流をゼロから最大値まで調整できます。

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トランジスタの分類: - 動作原理による: 電界効果 (ユニポーラ)、バイポーラ、複合。 - 消費電力の値に応じて、低、中、高。 - 制限周波数値に応じて、低、中、高、超高周波。 - 動作電圧に応じて: 低電圧と高電圧。 - 機能目的別: ユニバーサル、アンプ、キーなど - デザイン別: フレームなし、ケース入り、リジッドおよびフレキシブルリード付き。

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実行する機能に応じて、トランジスタは 3 つのモードで動作できます。 1) アクティブモード - アナログデバイスの電気信号を増幅するために使用されます。トランジスタの抵抗はゼロから最大値まで変化します。トランジスタは「わずかに開く」または「わずかに閉じる」と言われます。 2) 飽和モード - トランジスタの抵抗がゼロになる傾向があります。この場合、トランジスタは閉じたリレー接点と等価です。 3) カットオフモード - トランジスタは閉じており、抵抗が高くなります。これはオープンリレー接点と同等です。飽和モードとカットオフモードは、デジタル、パルス、スイッチング回路で使用されます。

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インジケータ

電子インジケータは、イベント、プロセス、信号を視覚的に監視するために設計された電子指示装置です。電子インジケータは、電圧、電流、温度、バッテリ充電などのさまざまなパラメータのレベルまたは値を人に知らせるために、さまざまな家庭用および産業用機器に取り付けられています。電子インジケータは、電子スケールを備えた機械式インジケータと誤って呼ばれることがよくあります。

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