第0章 微电子初识

第0章微电子初识 二 软件 一 硬件 三 数字资源 前言 微电子 微电子学是研究在固体 主要是半导体 材料上构成的微小型化电路 电路及微电子系统的电子学分支 它主要研究电子或离子在固体材料中的运动规律及其应用 并利用它实现信号处理功能的科学 以实现电路的系统和集成为目的 实用性强 微电子学又是信息领域的重要基础学科 在这一领域上 微电子学是研究并实现信息获取 传输 存储 处理和输出的科学 是研究信息获取的科学 构成了信息科学的基石 其发展直接影响着整个信息技术的发展 微电子科学技术的发展水平和产业规模是一个国家经济实力的重要标志 微电子学是一门综合性很强的边缘学科 其中包括了半导体器件物理 集成电路工艺和集成电路及系统的设计 测试等多方面的内容 涉及了固体物理学 量子力学 热力学与统计物理学 材料科学 电子线路 信号处理 计算机辅助设计 测试和加工 图论 化学等多个领域 一 硬件 电阻 1 基础元器件 电阻 薄膜电阻 碳膜电阻器 常用 讲解 金属膜电阻器 金属氧化膜电阻器 合成膜电阻 绕线电阻 方形线绕电阻 实芯碳质电阻 金属玻璃铀电阻 贴片电阻SMT 无感电阻 按材料 1 基础元器件 2 电感3 电容 电容 独石电容 讲解 固态电容陶瓷电容 讲解 钽电解电容云母电容玻璃釉电容聚苯乙烯电容玻璃膜电容合金电解电容绦纶电容聚丙烯电容泥电解有极性有机薄膜电容铝电解电容 讲解 电容按照功能分类的特点 1 名称 聚酯 涤纶 电容符号 CL 电容量 40p 4 额定电压 63 630V主要特点 小体积 大容量 耐热耐湿 稳定性差应用 对稳定性和损耗要求不高的低频电路2 名称 聚苯乙烯电容符号 CB 电容量 10p 1 额定电压 100V 30KV主要特点 稳定 低损耗 体积较大应用 对稳定性和损耗要求较高的电路3 名称 聚丙烯电容符号 CBB 电容量 1000p 10 额定电压 63 2000V主要特点 性能与聚苯相似但体积小 稳定性略差应用 代替大部分聚苯或云母电容 用于要求较高的电路 4 名称 云母电容符号 CY 电容量 10p 0 1 额定电压 100V 7kV主要特点 高稳定性 高可靠性 温度系数小应用 高频振荡 脉冲等要求较高的电路5 名称 高频瓷介电容符号 CC 电容量 1 6800p额定电压 63 500V主要特点 高频损耗小 稳定性好应用 高频电路6 名称 低频瓷介电容符号 CT 电容量 10p 4 7 额定电压 50V 100V主要特点 体积小 价廉 损耗大 稳定性差应用 要求不高的低频电路 7 名称 玻璃釉电容符号 CI 电容量 10p 0 1 额定电压 63 400V主要特点 稳定性较好 损耗小 耐高温 200度 应用 脉冲 耦合 旁路等电路8 名称 铝电解电容符号 CD 电容量 0 47 10000 额定电压 6 3 450V主要特点 体积小 容量大 损耗大 漏电大应用 电源滤波 低频耦合 去耦 旁路等9 名称 钽电解电容符号 CA 电容量 0 1 1000 额定电压 6 3 125V主要特点 损耗 漏电小于铝电解电容应用 在要求高的电路中代替铝电解电容 10 名称 空气介质可变电容器符号 可变电容量 100 1500p主要特点 损耗小 效率高 可根据要求制成直线式 直线波长式 直线频率式及对数式等应用 电子仪器 广播电视设备等11 名称 薄膜介质可变电容器符号 可变电容量 15 550p主要特点 体积小 重量轻 损耗比空气介质的大应用 通讯 广播接收机等12 名称 薄膜介质微调电容器符号 可变电容量 1 29p主要特点 损耗较大 体积小应用 收录机 电子仪器等电路作电路补偿 13 名称 陶瓷介质微调电容器符号 可变电容量 0 3 22p主要特点 损耗较小 体积较小应用 精密调谐的高频振荡回路14 名称 独石电容容量范围 0 5PF 10 F耐压 二倍额定电压 特点 电容量大 体积小 可靠性高 电容量稳定 耐高温耐湿性好等 缺点是温度系数很高 独石和CBB用适当比例并联使用 可使温漂降到很小 应用范围 广泛应用于电子精密仪器 各种小型电子设备作谐振 耦合 滤波 旁路 1 基础元器件 4 二极管 二极管 点接触型二极管 键型二极管 合金型二极管 扩散型二极管 台面型二极管 平面型二极管 合金扩散型二极管 外延型二极管 肖特基二极管 构造分类 二极管构造分类的特点 点接触型二极管点接触型二极管是在锗或硅材料的单晶片上压触一根金属针后 再通过电流法而形成的 因此 其PN结的静电容量小 适用于高频电路 但是 与面结型相比较 点接触型二极管正向特性和反向特性都差 因此 不能使用于大电流和整流 因为构造简单 所以价格便宜 对于小信号的检波 整流 调制 混频和限幅等一般用途而言 它是应用范围较广的类型 键型二极管键型二极管是在锗或硅的单晶片上熔接或银的细丝而形成的 其特性介于点接触型二极管和合金型二极管之间 与点接触型相比较 虽然键型二极管的PN结电容量稍有增加 但正向特性特别优良 多作开关用 有时也被应用于检波和电源整流 不大于50mA 在键型二极管中 熔接金丝的二极管有时被称金键型 熔接银丝的二极管有时被称为银键型 合金型二极管在N型锗或硅的单晶片上 通过合金铟 铝等金属的方法制作PN结而形成的 正向电压降小 适于大电流整流 因其PN结反向时静电容量大 所以不适于高频检波和高频整流 扩散型二极管在高温的P型杂质气体中 加热N型锗或硅的单晶片 使单晶片表面的一部变成P型 以此法PN结 因PN结正向电压降小 适用于大电流整流 最近 使用大电流整流器的主流已由硅合金型转移到硅扩散型 台面型二极管PN结的制作方法虽然与扩散型相同 但是 只保留PN结及其必要的部分 把不必要的部分用药品腐蚀掉 其剩余的部分便呈现出台面形 因而得名 初期生产的台面型 是对半导体材料使用扩散法而制成的 因此 又把这种台面型称为扩散台面型 对于这一类型来说 似乎大电流整流用的产品型号很少 而小电流开关用的产品型号却很多 平面型二极管在半导体单晶片 主要地是N型硅单晶片 上 扩散P型杂质 利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用 在N型硅单晶片上仅选择性地扩散一部分而形成的PN结 因此 不需要为调整PN结面积的药品腐蚀作用 由于半导体表面被制作得平整 故而得名 并且 PN结合的表面 因被氧化膜覆盖 所以公认为是稳定性好和寿命长的类型 最初 对于被使用的半导体材料是采用外延法形成的 故又把平面型称为外延平面型 对平面型二极管而言 似乎使用于大电流整流用的型号很少 而作小电流开关用的型号则很多 合金扩散型二极管它是合金型的一种 合金材料是容易被扩散的材料 把难以制作的材料通过巧妙地掺配杂质 就能与合金一起过扩散 以便在已经形成的PN结中获得杂质的恰当的浓度分布 此法适用于制造高灵敏度的变容二极管 外延型二极管用外延面长的过程制造PN结而形成的二极管 制造时需要非常高超的技术 因能随意地控制杂质的不同浓度的分布 故适宜于制造高灵敏度的变容二极管 肖特基二极管基本原理是 在金属 例如铅 和半导体 N型硅片 的接触面上 用已形成的肖特基来阻挡反向电压 肖特基与PN结的整流作用原理有根本性的差异 其耐压程度只有40V左右 其特长是 开关速度非常快 反向恢复时间trr特别地短 因此 能制作开关二极和低压大电流整流二极管 1 基础元器件 5 三极管 三极管 材料和极性 硅材料 锗材料 NPN PNP NPN PNP 1 基础元器件 6 MOS管和晶振a MOS管b 晶振 MOS管是金属 metal 氧化物 oxid 半导体 semiconductor 场效应晶体管 或者称是金属 绝缘体 insulator 半导体 晶振全称为晶体振荡器 其作用在于产生原始的时钟频率 这个频率晶振经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率 2 芯片及外围块 列出一些常见的 51系列单片机 c8051f 89c51等 ARM系列LCD液晶显示屏继电器NE555 内有3个5k电阻 TDA2030A 运算放大器 点阵步进电机AD DA 某些单片机芯片中有 3 仪器设备 1 实验室直流电源 电压源 电流源 提供恒定电压或电流的 3 仪器设备 2 毫伏表 毫伏表是一种用来测量正弦电压的交流电压表 3 仪器设备 3 万用表 一种多功能 多量程的测量仪表 一般万用表可测量直流电流 直流电压 交流电流 交流电压 电阻和音频电平等 3 仪器设备 4 示波器 利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线 还可以用它测试各种不同的电量 如电压 电流 频率 相位差 调幅度等等 3 仪器设备 5 频谱仪 一种较昂贵的 主要用于射频和微波信号的频域分析 更先进的频谱仪可以对射频和微波信号进行解调分析 3 仪器设备 6 函数发生器 一种能产生多波形的信号源 3 仪器设备 7 数字电桥 简称电桥 用比较法测量各种量 如电阻 电容 电感等 的仪器 常用的有惠登斯电桥和凯尔文电桥 4 常用工具 1 电烙铁 4 常用工具 2 热风枪3 热熔枪4 斜嘴钳5 镊子6 吸锡器 二 软件 与微电子相关软件 一 Multisim 虚拟电子实验室 使用Multisim交互式地搭建电路原理图 并对电路进行仿真 Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容 这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获 仿真和分析新的设计 这也使其更适合电子学教育 通过Multisim和虚拟仪器技术 PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程 常用于由基本元器件构成的的电路 与微电子相关软件 二 AltiumDesignerAltiumDesigner提供了唯一一款统一的应用方案 其综合电子产品一体化开发所需的所有必须技术和功能 AltiumDesigner在单一设计环境中集成板级和FPGA系统设计 基于FPGA和分立处理器的嵌入式软件开发以及PCB版图设计 编辑和制造 并集成了现代设计数据管理功能 使得AltiumDesigner成为电子产品开发的完整解决方案 一个既满足当前 也满足未来开发需求的解决方案 常用来设计PCB版图 即电路板 与微电子相关软件 三 软件工具KeilKeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统 与汇编相比 C语言在功能上 结构性 可读性 可维护性上有明显的优势 因而易学易用 Keil提供了包括C编译器 宏汇编 连接器 库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案 通过一个集成开发环境 uVision 将这些部分组合在一起 与微电子相关软件 Protues软件Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件 该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司 它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能 还能仿真单片机及外围器件 它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具 常用于单片机的模拟 推荐书目