中红外半导体光源和探测器件及其应用
第40卷第10期红外与激光工程2011年10月Vol.40No.10Infrared and Laser Engineering Oct.2011
中红外半导体光源和探测器件及其应用
张永刚，顾溢，李耀耀，李爱珍，王凯，李成，李好斯白音，张晓钧
(中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室，上海200050)
摘要：中红外波段(2~25μm)的光电子器件在气体检测、红外遥感和红外对抗等领域都有重要应用。介绍了笔者近年来在中红外波段的半导体光源和光电探测器方面的工作进展，包括InP基量子级联激光器、2μm波段锑化物量子阱激光器和波长扩展InGaAs光伏型探测器的研制以及器件应用方面的工作。这些光电子器件所用高性能材料都是笔者采用分子束外延方法生长的，中红外分布反馈量子级联激光器可在高于室温下脉冲工作，2μm波段锑化物量子阱激光器可在80℃下连续波工作，室温工作InGaAs探测器的截止波长扩展已至2.9μm。这些器件已在气体检测等方面获得应用。
关键词：中红外；半导体激光器；光电探测器；化合物半导体；分子束外延
中图分类号：TN24文献标志码：A文章编号：1007-2276(2011)10-1846-05
Mid-infrared semiconductor light sources,detectors and
its applications
Zhang Yonggang,Gu Yi,Li Yaoyao,Li Aizhen,Wang Kai,
Li Cheng,Li Haosibaiyin,Zhang Xiaojun
(State Key Laboratory of Functional Materials for Informatics,Shanghai Institute of Microsystem
and Information Technology,Chinese Academy of Sciences,Shanghai200050,China)
Abstract:The optoelectronic devices in mid-infrared(2-25μm)band have important applications in gas detection,infrared remote sensing,infrared countermeasure,etc.Our efforts on the development of mid-infrared semiconductor light sources and photodetectors,including InP-base quantum cascade lasers,2μm band antimonide quantum well lasers and InGaAs photovoltaic detectors with expansion length were reviewed.The high performance materials for those devices were based on our molecular beam epitaxy grown wafers.Pulse operation of mid-infrared distribution feedback quantum cascade lasers was achieved, and continuous wave operation of2μm band antimonide multi quantum well lasers at80℃was reached.
The cut off wavelength of room temperature operation InGaAs photodetector was extended to2.9μm.
Those devices had been used for gas detection,etc.
Key words:mid-infrared;semiconductor laser;photodetector;compound semiconductors;
molecular beam epitaxy
收稿日期：2011-02-13；修订日期：2011-03-15
基金项目：国家973计划(2006CB604903)；863计划(2006AA03Z0406)；国家自然科学基金(60136010，60876034，60406008，60676026)作者简介：张永刚(1957－)，男，研究员，博士，主要从事化合物半导体光电材料、器件及应用研究。Email:ygzhang@https://www.360docs.net/doc/7d9377279.html,
第10期
0引言
波长在2~25μm范围的中红外(MIR)波段具有一系列独特的光谱特性，包括大气窗口、气体特征吸收、光谱或热成像、医疗、夜视以及红外对抗等，已引起了人们的广泛关注，和这些特性密切相关的各种应用使得这个波段的光源和探测器日显重要。与其他基于热学特征的器件相比，基于量子特征的半导体光电子器件具有高速、高效率以及独特的光谱特征等一系列优点，使人们对这个波段的半导体光源和光探测器的需求与日俱增。
在各种类型的应用中，随着不同类型的半导体激光器进入中红外波段,量子级联激光器(QCL)和带间级联激光器(ICL)、中红外短波段的锑化物量子阱激光器(MQWLD)以及InGaAs光电探测器都有了长足发展，基于可调二极管激光吸收光谱(TDLAS)的中红外波段气体传感已引了广泛关注，这些器件的进步已大大加速了MIR-TDLAS的研究进程，其目的是发展小型化、坚固可靠，具有合适性能特别是特异选择性的气体传感器，同时，InGaAs探测器也在航天遥感和激光雷达探测等领域获得重要应用。面对这些背景，笔者在研发中红外波段的半导体激光器和探测器以及推动其应用方面做了持续的努力，以下着重介绍近年来的一些进展。
1InP基量子级联激光器
InP基的InAlAs／InGaAs QCL特别适合工作于4～10μm波长范围，笔者在此方面的研究工作已持续了十余年，具体工作包括：含数百上千层薄至1nm量级的微结构半导体薄膜材料的气态源分子束外延生长、各种结构的激光器芯片研制以及器件性能的测试分析和优化等，近年来侧重发展单模DFB结构器件、分析和改进器件的热特性以及开发实用化的器件模块等方面[1-7]。目前，QCL模块已可在高于室温下脉冲驱动稳定工作，图1为分布反馈DFB-QCL模块的典型特性，其激射波长约为7.7μm，适合应用于温室效应气体N2O的TDLAS探测。22μm波段量子阱激光器
GaSb基A lGaAsSb/InGaAsSb多量子阱(MQW)激光器特别适合于2～3μm的激射波长，但由于其在材料生长和器件工艺方面的困难因而发展较慢。笔者在此方面的研究工作也已持续了十余年，目前，所研制的2.1μm波长锑化物量子阱激光器已可在超过80℃下连续波工作[8]，并在一定驱动范围内获得稳定的单模输出，图2为其典型特性。笔者在不含锑的InP基波长延伸激光器方面进行了探索[9-13]，希
图2AlGaAsSb/InGaAsSb MQW激光器的典型特性
Fig.2Performances of fabricated AlGaAsSb/InGaAsSb MQW laser 图1InAlAs/InGaAs DFB-QCL在不同温度下的激射光谱Fig.1Lasing spectra of fabricated InAlAs/InGaAs DFB-QCL at different temperatures
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望把其激射波长拓展到2μm以上。
3短波红外InGaAs探测器
对于InP基的三元系InGaAs材料，由于其具有很好的材料稳定性及良好的抗辐照性能，并且有较成熟的材料生长和器件工艺，因此，可以期望得到性能良好的探测器，特别是在高速、室温工作和强辐照等环境下。采用与InP晶格匹配的In0.53Ga0.47As材料制作的探测器，其截止波长约为1.7μm，为使InGaAs探测器的截止波长向长波方向拓展，就需要增加其中In 的组分从而使材料的禁带宽度相应减小。例如，要将In x Ga1-x As探测器的截止波长从1.7μm扩展至2.9μm,就需要使In的组分x从0.53增加至约0.9，这会使InGaAs和InP衬底间产生约2.6%的晶格失配。在此大失配情况下，为保证良好的材料质量，从而防止探测器的性能劣化，就必须引入合适的缓冲层结构。笔者采用气态源分子束外延(GSMBE)方法,应用不同的缓冲结构及器件构型研制了系列化的波长延伸InGaAs/InP 光伏探测器，并对其性能进行了具体表征(见图3)，其室温下的截止波长已可覆盖1.7~2.9μm[14-24]。
图3波长扩展InGaAs探测器的探测率和R0A温度特性测量结果及其与Judson InAs探测器的比较
Fig.3Measured detectivity and R0A data of wavelength extended InGaAs photovoltaic detectors cut-off at2.4μm and
2.9μm and that of Judson InAs detector 4器件应用
在航天遥感方面InGaAs探测器的优异性能已得到了公认，成为短波红外波段的优选器件。采用GSMBE方法生长的原位掺杂成结外延材料研制的焦平面器件已在此波段获得良好的性能[25-28]，可望得到广泛应用。
在MIR-TDLAS方面，笔者已采用自制的中红外光电子器件进行了一系列气体检测实验。首先，用温室效应气体N2O作为目标气体，采用7.7μm波长的自制DFB-QCL及自建系统进行了气体探测演示，图4为测量系统及其检测结果[29]。其后，又采用自制2.1μm 波长的AlGaAsSb/InGaAsSb MQW-LD和InGaAs探测器进行了一系列TDLAS实验[30-32]，在此实验中采用的光程为10m的气体池已达到了亚ppm的检测
(a)检测系统示意图
(a)Schematic diagram of detection system
(b)采用脉冲波长扫描方案测得的N2O吸收谱
(b)Absorption spectrum of N2O using wavelength scan scheme
图4采用InAlAs/InGaAs DFB-QCL在7.7μm波长上进行的气体TDLAS检测实验
Fig.4TDLAS experiment adopting InAlAs/InGaAs DFB-QCL at7.7μm
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灵敏度，图5为实验系统及测量结果。这些实验都充分证明了在中红外波段采用半导体光电器件进行TDLAS气体检测的可行性和优越性。
(a)检测系统示意图
(a)Schematic diagram of detection system
(b)采用脉冲波长扫描方案测得的吸收谱
(b)Absorption spectra of N2O with pulse wavelength scan
图5采用AlGaAsSb/InGaAsSb MQW-LD和InGaAs PD在
2.1μm波长上进行的N2O气体TDLAS检测实验
Fig.5TDLAS experiment adopting AlGaAsSb/InGaAsSb
MQW-LD and InGaAs PD at2.1μm
5结束语
通过十余年的发展，笔者在中红外波段光电材料和器件的研究上已有了长足的进步，达到了实际应用的要求。随着航天遥感和环保健康气体检测等领域需求的不断增加，预期此方面的器件需求将会有更大的增长，所研产品有广阔的应用前景。
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功率半导体器件在我国的发展现状
功率半导体器件在我国的发展现状 MOSFET是由P极、N极、G栅极、S源极和D漏级组成。它的导通跟阻断都由电压控制，电流可以双向流过，其优点是开关速度很高，通常在几十纳秒到几百纳秒，开关损耗小，适用于各类开关电源。但它也有缺点，那就是在高压环境下压降很高，随着电压的上升，电阻变大，传导损耗很高。 随着电子电力领域的发展，IGBT出现了。它是由BJT和MOS组成的复合式半导体，兼具二者的优点，都是通过电压驱动进行导通的。IGBT克服了MOS的缺点，拥有高输入阻抗和低导通压降的特点。因此，其广泛应用于开关电源、电车、交流电机等领域。 如今，各个行业的发展几乎电子化，对功率半导体器件的需求越来越大，不过现在功率半导体器件主要由欧美国家和地区提供。我国又是全球需求量最大的国家，自给率仅有10%，严重依赖进口。功率半导体器件的生产制造要求特别严格，需要具备完整的晶圆厂、芯片制造厂、封装厂等产业链环节。国内企业的技术跟资金条件暂时还无法满足。 从市场格局来看，全球功率半导体市场中，海外龙头企业占据主导地位。我国功率半导体器件的生产制造还需要付出很大的努力。制造功率半导体器件有着严格的要求，每一道工序都需要精心控制。最后的成品仍需要经过专业仪器的测试才能上市。这也是为半导体器件生产厂家降低生产成本，提高经济效益的体现。没有经过测试的半导体器件一旦哪方面不及格，则需要重新返工制造，将会增加了企业的生产成本。
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常用半导体器件复习题
第1章常用半导体器件 一、判断题（正确打“√”，错误打“×”，每题1分） 1．在N型半导体中，如果掺入足够量的三价元素，可将其改型成为P型半导体。（）2．在N型半导体中，由于多数载流子是自由电子，所以N型半导体带负电。（）3．本征半导体就是纯净的晶体结构的半导体。（） 4．PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（） 5．使晶体管工作在放大状态的外部条件是发射结正偏，且集电结也是正偏。（）6．晶体三极管的β值，在任何电路中都是越大越好。( ) 7．模拟电路是对模拟信号进行处理的电路。( ) 8．稳压二极管正常工作时,应为正向导体状态。( ) 9．发光二极管不论外加正向电压或反向电压均可发光。( ) 10．光电二极管外加合适的正向电压时，可以正常发光。( ) 一、判断题答案：（每题1分） 1．√； 2．×； 3．√； 4．√； 5．×； 6．×； 7．√； 8．×； 9．×； 10．×。
二、填空题（每题1分） 1．N型半导体中的多数载流子是电子，P型半导体中的多数载流子是。2．由于浓度不同而产生的电荷运动称为。 3．晶体二极管的核心部件是一个，它具有单向导电性。 4．二极管的单向导电性表现为：外加正向电压时，外加反向电压时截止。5．三极管具有放大作用的外部条件是发射结正向偏置，集电结偏置。6．场效应管与晶体三极管各电极的对应关系是：场效应管的栅极G对应晶体三极管的基极b，源极S对应晶体三极管，漏极D对应晶体三极管的集电极c。7．PN结加正向电压时，空间电荷区将。 8．稳压二极管正常工作时，在稳压管两端加上一定的电压，并且在其电路中串联一支限流电阻，在一定电流围表现出稳压特性，且能保证其正常可靠地工作。 9．晶体三极管三个电极的电流I E 、I B 、I C 的关系为：。 10．发光二极管的发光颜色决定于所用的，目前有红、绿、蓝、黄、橙等颜色。 二、填空题答案：（每题1分） 1．空穴 2．扩散运动 3．PN结 4．导通 5．反向 6．发射机e 7．变薄 8．反向 9．I E ＝I B ＋I C 10．材料 三、单项选择题（将正确的答案题号及容一起填入横线上，每题1分）
半导体材料的发展现状与趋势
半导体材料与器件发展趋势总结 材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。材料已成为人类发晨的里程碑。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功，导致了电子工业大革命。使微电子技术和计算机技术得到飞速发展。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。我们知道，每一束光纤，可以传输成千上万甚至上百万路电话，这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先进生长技术发展和完善以及超品格量子阱材料包括一维量子线、零维量子点材料的研制成功。彻底改变了光电器件的设计思想。使半导体器件的设计与制造从过去的杂质工程发展到能带工程。出现了以“电学特性和光学特性的剪裁”为特征的新范畴，使人类跨入到以量子效应为基础和低维结构为特征的固态量子器件和电路的新时代，并极有可能触发新的技术革命。半导体微电子和光电子材料已成为21世纪信息社会的二大支柱高技术产业的基础材料。它的发展对高速计算、大容量信息通信、存储、处理、电子对抗、武器装备的微型化与智能化和国民经济的发展以及国家的安全等都具有非常重要的意义。 一、几种重要的半导体材料的发展现状与趋势 1.硅单晶材料 硅单晶材料是现代半导体器件、集成电路和微电子工业的基础。目前微电子的器件和电路，其中有90％到95％都是用硅材料来制作的。那么随着硅单晶材料的进一步发展，还存在着一些问题亟待解决。硅单晶材料是从石英的坩埚里面拉出来的，它用石墨作为加热器。所以，来自石英里的二氧化硅中氧以及加热器的碳的污染，使硅材料里面包含着大量的过饱和氧和碳杂质。过饱和氧的污染，随着硅单晶直径的增大，长度的加长，它的分布也变得不均匀；这就是说材料的均匀性就会遇到问题。杂质和缺陷分布的不均匀，会使硅材料在进一步提高电路集成度应用的时候遇到困难。特别是过饱和的氧，在器件和电路的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂的办法，制成N或P型材料，用于大功率器件及电路的研制，特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面，它有着很好的应用前景。当然还有以硅材料为基础的SOI材料，也就是半导体/氧化物/绝缘体之意，这种材料在空间得到了广泛的应用。总之，从提高集成电路的成品率，降低成本来看的话，增大硅单晶的直径，仍然是一个大趋势；因为，只有材料的直径增大，电路的成本才会下降。我们知道硅技术有个摩尔定律，每隔18个月它的集成度就翻一番，它的价格就掉一半，价格下降是同硅的直径的增大密切相关的。在一个大圆片上跟一个小圆片上，工艺加工条件相同，但出的芯片数量则不同；所以说，增大硅的直径，仍然是硅单晶材料发展的一个大趋势。那我们从提高硅的
红外探测技术的应用
红外探测技术的应用 摘要：红外探测技术广泛应用于生活与科技的方方面面，不过红外技术的发展也经历了一个比较漫长的过程，从发现到应用，都是一点一丁的积累的。在这个过程中，红外技术也慢慢改变，极大方便人们的生活。 关键词：红外探测技术；应用；发展趋势 一、引言 红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波辐射，人眼察觉不到。要察觉这种辐射的存在并测量其强弱，必须把它转变成可以察觉和测量的其他物理量。一般说来，红外辐射照射物体所引起的任何效应，只要效果可以测量而且足够灵敏，均可用来度量红外辐射的强弱。现代红外探测器所利用的主要是红外热效应和光电效应。这些效应的输出大都是电量，或者可用适当的方法转变成电量。红外探测技术是利用目标辐射的红外线来搜索、探测和跟踪目标的一门高技术。 由于红外探测器环境适应性好、隐蔽性好、抗干扰能力强、能在一定程度上识别伪装目标，且具有设备体积小、重量轻、功耗低等特点，所以在军事，医疗，工程等领域都得到广泛的应用。 二、红外探测的发展历史 发展过程： 1800 年, 英国人赫婿尔用水银温度计发现红外辐射。 1821 年, 塞贝克发现温差电效应, 之后把热电偶、热电堆用于红外探测器。 1859 年, 基尔霍夫提出有关物体热辐射吸收与发射关系的定律。 1879～1884年, 斯特番?玻尔兹曼提出了有关绝对黑体总辐射能量与其绝对温度之间关系的定律。 1893 年, 维恩推出黑体分布的峰值与其温度之间关系的位移定律。
1900 年, 普朗克发表能量子模型和黑体辐射定律, 导出黑体光谱辐射出射度随温度和波长变化的关系式。上述这些工作为红外技术的发展奠定了坚实的理论基础。 在1910～1920 年的10 年中, 出现了探测舰船、飞机、炮兵阵地和冰山等目标的红外装置, 发展了通信、保安、红外测温等设备。二战期间, 出现了红外变像管、光子探测器等, 开创了夜视技术。1952～1953 年, 美国研制出世界上最早的热像仪,1956 年长波热像仪问世, 随后, 1964 年美国TI 公司研制的热像仪成功地用在越南战场上。 近20 年来, 红外技术得到了迅猛发展, 不仅用于机载前视红外, 而且也出现了大量的红外侦查搜索跟踪系统( IRST) ; 在天基红外方面, 天基红外相机蓬勃发展, 如哈勃太空望远镜, 其中的WFC3 型红外相机是一种比较新的星载相机; 又如我国发射的风云系列气象卫星, 正在发挥着重要作用。[1] 三、红外探测技术的原理 任何物体在常规环境下都会由于自身分子原子运动不停地辐射出红外能量，分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大，反之，辐射的能量愈些。温度在绝对零度以上的物体，都会因自身的分子运动而辐射出红外线。物体的温度越高，辐射出的红外线越多。物体在辐射红外线的同时，也在吸收红外线，物体吸收了红外线后自身温度就升高。红外线其实是无处不在的。光辉的太阳、燃烧的蜡烛、炽热的火炉固然会发出我们肉眼看不到的红外线；任何物体，只要它的温度比零下273度高，就无一例外地发射出红外线。[2] 红外探测器是将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件。红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波，人眼察觉不到。要察觉这种辐射的存在并测量其强弱，必须把它转变成可以察觉和测量的其他物理量。一般说来，红外辐射照射物体所引起的任何效应，只要效果可以测量而且足够灵敏，均可用来度量红外辐射的强弱。现代红外探测器所利用的主要是红外热效应和光电效应。这些效应的输出大都是电量，或者可用适当的方法转变成电量。[3] 四、红外探测技术的应用 1、生活上的应用 在日常生活中，我们经常会看到感应灯，感应水龙头，感应开关等等，这些
常用半导体器件
第4章常用半导体器件 本章要求了解PN结及其单向导电性，熟悉半导体二极管的伏安特性及其主要参数。理解稳压二极管的稳压特性。了解发光二极管、光电二极管、变容二极管。掌握半导体三极管的伏安特性及其主要参数。了解绝缘栅场效应晶体管的伏安特性及其主要参数。 本章内容目前使用得最广泛的是半导体器件——半导体二极管、稳压管、半导体三极管、绝缘栅场效应管等。本章介绍常用半导体器件的结构、工作原理、伏安特性、主要参数及简单应用。 本章学时6学时 4.1 PN结和半导体二极管 本节学时2学时 本节重点1、PN结的单向导电性； 2、半导体二极管的伏安特性； 3、半导体二极管的应用。 教学方法结合理论与实验，讲解PN结的单向导电性和半导体二极管的伏安特性，通过例题让学生掌握二半导体极管的应用。 4.1.1 PN结的单向导电性 1. N型半导体和Ｐ型半导体 在纯净的四价半导体晶体材料（主要是硅和锗）中掺入微量三价（例如硼）或五价（例如磷）元素，半导体的导电能力就会大大增强。掺入五价元素的半导体中的多数载流子是自由电子，称为电子半导体或N型半导体。而掺入三价元素的半导体中的多数载流子是空穴，称为空穴半导体或Ｐ型半导体。在掺杂半导体中多数载流子（称多子）数目由掺杂浓度确定，而少数载流子（称少子）数目与温度有关，并且温度升高时，少数载流子数目会增加。 2.PN结的单向导电性 当PN结加正向电压时，Ｐ端电位高于N端，PN结变窄,而当PN结加反向电压时，Ｎ端电位高于Ｐ端，PN结变宽,视为截止(不导通)。 4.1.2 半导体二极管 1.结构 半导体二极管就是由一个PN结加上相应的电极引线及管壳封装而成的。由Ｐ区引出的电极称为阳极，Ｎ区引出的电极称为阴极。因为PN结的单向导电性，二极管导通时电流方向是由阳极通过管子内部流向阴极。 2. 二极管的种类 按材料来分，最常用的有硅管和锗管两种；按用途来分，有普通二极管、整流二极管、稳压二极管等多种；按结构来分，有点接触型，面接触型和硅平面型几种，点接触型二极管（一般为锗管）其特点是结面积小，因此结电容小，允许通过的电流也小，适用高频电路的检波或小电流的整流，也可用作数字电路里的开关元件；面接触型二极管（一般为硅管）其特点是结面积大，结电容大，允许通过的电流较大，适用于低频整流；硅平面型二极管，结面积大的可用于大功率整流，结面积小的，适用于脉冲数字电路作开关管。
红外探测技术及红外探测器发展现状
红外探测技术及红外探测器发展现状 中国安防行业网2014/7/25 14:10:00 关键字：红外,探测技术,发展现状浏 览量：6731 一、技术现状 红外探测技术目前主要分为近红外、中红外和远红外三种研究领域。 其中，中红外探测技术由于中红外线的高强度和高穿透性，应用最为广泛，研究也最为成熟，甚至可以分析物质的分子组成； 远红外的主要优点就是其穿透性，可用于探测、加热等，应用也比较广泛。 只有近红外，由于其强度小，穿透力一般，故长期以来没有引起重视，只是近些年来才成为研究热点，因为用近红外技术可以做某些成分的定量检测，最关键的是还不必破坏试样。 （一）技术优势 红外技术有四大优点：环境适应性好，在夜间和恶劣天候下的工作能力优于可见光；隐蔽性好，不易被干扰；由于是靠目标和背景之间、目标各部分的温度和发射率差形成的红外辐射差进行探测，因而识别伪装目标的能力优于可见光；红外系统的体积小，重量轻，功耗低。 （二）制约因素 目标的光谱特性；探测系统的性能；目标和探测口之间的环境和距离——这三大因素是红外技术发展过程中需要解决的主要问题。例如：为充分利用大气窗口，探测器光谱响应从短波红外扩展到长波红外，实现了对室温目标的探测；探测器从单元发展到多元，从多元发展到焦平面，上了两大台阶，相应的系统实现了从点源探测到目标热成象的飞跃；系统从单波段向多波段发展；发展了种类繁多的探测器，为系统应用提供了充分的选择余地。 （三）国内领先技术 红外探测器芯片一直受制于西方政府和供应商。为打破国外技术垄断，2012年4月，高德红外用2.4亿元超募资金实施“红外焦平面探测器产业化项目”。2014年2月25日，高德红外公告，公司“基于非晶硅的非制冷红外探测器”项目成果已获湖北省科技厅鉴定通
半导体器件物理及工艺
?平时成绩30% + 考试成绩70% ?名词解释（2x5=10）+ 简答与画图（8x10=80）+ 计算（1x10=10） 名词解释 p型和n型半导体 漂移和扩散 简并半导体 异质结 量子隧穿 耗尽区 阈值电压 CMOS 欧姆接触 肖特基势垒接触 简答与画图 1.从能带的角度分析金属、半导体和绝缘体之间的区别。 2.分析pn结电流及耗尽区宽度与偏压的关系。 3.什么是pn结的整流（单向导电）特性？画出理想pn结电流-电压曲线示意图。 4.BJT各区的结构有何特点？为什么？ 5.BJT有哪几种工作模式，各模式的偏置情况怎样？ 6.画出p-n-p BJT工作在放大模式下的空穴电流分布。 7.MOS二极管的金属偏压对半导体的影响有哪些？ 8.MOSFET中的沟道是多子积累、弱反型还是强反型？强反型的判据是什么？ 9.当VG大于VT且保持不变时，画出MOSFET的I-V曲线，并画出在线性区、非线 性区和饱和区时的沟道形状。 10.MOSFET的阈值电压与哪些因素有关？ 11.半导体存储器的详细分类是怎样的？日常使用的U盘属于哪种类型的存储器，画出 其基本单元的结构示意图，并简要说明其工作原理。 12.画出不同偏压下，金属与n型半导体接触的能带图。 13.金属与半导体可以形成哪两种类型的接触？MESFET中的三个金属-半导体接触分 别是哪种类型？ 14.对于一耗尽型MESFET，画出VG=0, -0.5, -1V（均大于阈值电压）时的I-V曲线示 意图。 15.画出隧道二极管的I-V曲线，并画出电流为谷值时对应的能带图。 16.两能级间的基本跃迁过程有哪些，发光二极管及激光器的主要跃迁机制分别是哪 种？ 计算 Pn结的内建电势及耗尽区宽度
半导体材料的发展现状与趋势
半导体材料的发展现状与趋势
半导体材料与器件发展趋势总结 材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。材料已成为人类发晨的里程碑。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功，导致了电子工业大革命。使微电子技术和计算机技术得到飞速发展。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs 等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。我们知道，每一束光纤，可以传输成千上万甚至上百万路电话，这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先进生长技术发展和完善以及超品格量子阱材料包括一维量子线、零维量子点材料的研制成功。彻底改变了光电器件的设计思想。使半导体器件的设计与制造从过去的杂质工程发展到能带工程。出现了以“电学特性和光学特性的剪裁”为特征的新范畴，使人类跨入到以量子效应为基础和低维结构
的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂的办法，制成N或P型材料，用于大功率器件及电路的研制，特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面，
常用半导体器件
《模拟电子技术基础》 （教案与讲稿） 任课教师：谭华 院系：桂林电子科技大学信息科技学院电子工程系 授课班级：2008电子信息专业本科1、2班 授课时间：2009年9月21日------2009年12月23日每周学时：4学时 授课教材：《模拟电子技术基础》（第4版） 清华大学电子学教研组童诗白华成英主编 高教出版社 2009
第一章常用半导体器件 本章内容简介 半导体二极管是由一个PN结构成的半导体器件,在电子电路有广泛的应用。本章在简要地介绍半导体的基本知识后，主要讨论了半导体器件的核心环节——PN 结。在此基础上，还将介绍半导体二极管的结构、工作原理,特性曲线、主要参数以及二极管基本电路及其分析方法与应用。最后对齐纳二极管、变容二极管和光电子器件的特性与应用也给予简要的介绍。 （一）主要内容: ?半导体的基本知识 ?PN结的形成及特点，半导体二极管的结构、特性、参数、模型及应用电 路 （二）基本要求: ?了解半导体材料的基本结构及PN结的形成 ?掌握PN结的单向导电工作原理 ?了解二极管（包括稳压管）的V-I特性及主要性能指标 （三）教学要点： ?从半导体材料的基本结构及PN结的形成入手，重点介绍PN结的单向导 电工作原理、 ?二极管的V-I特性及主要性能指标 1.1 半导体的基本知识 1.1.1 半导体材料 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。导电性能介于导体与绝缘体之间材料，我们称之为半导体。在电子器件中，常用的半导体材料有：元素半导体，如硅（Si）、锗（Ge）等；化合物半导体，如砷化镓（GaAs）等；以及掺杂或制成其它化合物半导体材料，如硼（B）、磷（P）、锢（In）和锑（Sb）等。其中硅是最常用的一种半导体材料。 半导体有以下特点： 1．半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间 2．半导体受外界光和热的刺激时，其导电能力将会有显著变化。 3．在纯净半导体中，加入微量的杂质，其导电能力会急剧增强。
电气设备状态检修中红外检测技术的应用研究
电气设备状态检修中红外检测技术的应用研究 摘要：本文首先对红外检测技术的基本原理进行简单介绍，了解红外检测技术 的基本情况，重点研究红外诊断方法和影响诊断准确性的因素及对策，在此基础 上深入研究红外检测技术在电气设备状态检修中的应用，希望通过本文的研究能 够对红外检测技术的原理、应用方法以及影响因素形成全面的认识，同时也为后 期更好的应用红外检测技术对电气设备进行状态检修提供参考。 关键词:电气设备；状态检修；红外检测技术 1引言 在电气设备的使用过程中，合理的状态检测是保障电气设备正常使用的重要 手段。红外检测技术就是对电气设备进行状态检测的重要方法，能够实现在不接触、远距离情况下的状态检测，检测过程安全快速，结果相对可靠。但是在红外 诊断费方法的使用过程中也存在诸多因素对其准确性造成影响。因此在现阶段加 强对于电气设备状态检修中红外检测技术的应用研究具有重要的现实意义，能够 更加全面的掌握关于红外检测技术的原理方法，针对影响诊断准确性的因素进行 有效的控制，从而更好的发挥红外检测技术在电气设备状态检修中的作用，更好 的保障电气设备的正常运行。 2红外检测技术的基本原理 在电气设备使用过程中，往往会出现各种不同类型的故障，虽然发展形式比 较复杂，但是基本都会以设备热状态的异常为主要表现形式。红外检测技术最根 本的原理就是对电气设备的辐射信号进行探测，得到相应的热像特征图谱，然后 利用分析软件对得到的图谱进行专业的分析，通过与设备正常运行时的图谱进行 对比分析，判断设备的运行状态，进而分析可能存在故障的位置及其类型。 不同的物体之间存在宏观或者微观的热量传递，主要有传导、辐射和对流三 种形式，往往是三种形式同时进行。当电气设备出现故障时，也会出现不同类型 的发热以及热量传递，比如接触电阻发热、介质发热、涡流发热等。设备故障引 起的发热还会对设备的内部介质性能以及外部的表面性能造成破坏，甚至会影响 到整体的热平衡，而热量也会以各种形式传递到表面，使得表面的温度发生明显 的变化。利用红外检测技术能够检测到表面红外辐射信息的情况，进而得到设备 在不同状况、不同故障下的温度情况，结合设备结构等就能分析判断电气设备具 体的故障类型以及严重程度。 3红外诊断方法和影响诊断准确性的因素及对策 3.1红外诊断方法 红外检测诊断会遇到复杂的故障状况，针对不同的情况需要选择合适的方法 进行分析。目前常用的红外诊断方法主要包括以下几种：设备表面温度分析法是 对设备的表面发热情况进行分析，测得表面温度后结合设备温度及温升极限的相 关标准分析具体的故障，这种方法适用于电流致热和电磁效应造成的设备故障； 横纵向比较法是对同组、同相以及相同类型的设备之间的温度进行对比，对比的 数据包括某些部位的温升、温度值等，具体数值的选择要参照设备发热的具体情况；一些电压致热※的电气设备，其温度升高变化比较小，利用上述方法分析效 果不明显，可以利用热像图进行分析，对比设备在正常状态和故障状态下的热像 图的差异来分析设备的故障，需要注意的是在使用热像图分析法进行红外检测时 要使三相设备同时充满成像视场，这样能够有效避免其他因素的干扰，提升检测 准确性；除此之外还有相对温差判断法、历史数据分析判断法和连续分析判断法。
2019年半导体分立器件行业发展研究
2019年半导体分立器件行业发展研究 （一）半导体行业基本情况 1、半导体概况 （1）半导体的概念 半导体是一种导电性可受控制，常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体的导电性受控制的范围为从绝缘体到几个欧姆之间。半导体具有五大特性：掺杂性（在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性）、热敏性、光敏性（在光照和热辐射条件下，其导电性有明显 的变化）、负电阻率温度特性，整流特性。半导体产业为电子元器件产业中最重 要的组成部分，在电子、能源行业的众多细分领域均都有广泛的应用。 （2）半导体行业分类 按照制造技术的不同，半导体产业可划分为集成电路、分立器件、其他器件等多类产品，其中集成电路是把基本的电路元件如晶体管、二极管、电阻、电容、电感等制作在一个小型晶片上然后封装起来形成具有多功能的单元，主要实现对
信息的处理、存储和转换；分立器件是指具有单一功能的电路基本元件，主要实现电能的处理与变换，而半导体功率器件是分立器件的重要部分。 分立器件主要包括功率二极管、功率三极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等半导体功率器件产品；其中，MOSFET和IGBT属于电压控制型开关器件，相比于功率三极管、晶闸管等电流控制型开关器件，具有易于驱动、开关速度快、损耗低等特点。公司生产的MOSFET系列产品和IGBT系列产品属于国内技术水平领先的半导体分立器件产品。半导体器件的分类示意图和公司产品所处的领域如下图所示：
在分立器件发展过程中，20 世纪50 年代，功率二极管、功率三极管面世并应用于工业和电力系统。20 世纪60 至70 年代，晶闸管等半导体功率器件快速发展。20世纪70年代末，平面型功率MOSFET 发展起来；20 世纪80 年代后期，沟槽型功率MOSFET 和IGBT 逐步面世，半导体功率器件正式进入电子应用时
【免费下载】常用半导体器件及应用单元测验附答案
项目六 常用半导体器件及应用 班级 姓名 成绩 一、填空题：（35分） 1.制作半导体器件时，使用最多的半导体材料是 硅 和 锗 。 2.根据载流子数目的不同，可以将半导体分为 本征半导体 、 P 型半导体 和 N 型半导体 三种。 3.PN 结的单向导电性是指：加正向电压 导通 ，加反向电压 截止 。PN 结正偏是指P 区接电源 正 极，N 区接电源 负 极。 4.半导体二极管由一个 PN 结构成，它具有 单向导电 特性。 5.硅二极管的门坎电压是 0.5V ，正向导通压降是 0.7V ；锗二极管的门坎电压是 0.2V ，正向导通压降是 0.3V 。 6.半导体稳压二极管都是 硅 材料制成的。它工作在 反向击穿 状态时，才呈现稳压状态。 7.晶体三极管是由三层半导体、两个PN 结构成的一种半导体器件，两个PN 结分别为 发射结 和 集电结 ；对应的三个极分别是 发射极e 、 基极b 、 集电极c 。 8.半导体三极管中，PNP 的符号是 ，NPN 的符号是 。9.若晶体三极管集电极输出电流I C =9 mA ，该管的电流放大系数为β=50，则其输入电流I B =_0.18_mA 。10.三极管具有电流放大作用的实际是：利用 基极 电流实现对 集电极 电流的控制。因此三极管是 电流 控制型器件。11.三极管的输出特性曲线可分为三个区域，即_放大_区，__饱和_区和_截止_区。12.放大电路静态工作点随 温度 变化而变化， 分压式 偏置电路可较好解决此问题。13.对于一个晶体管放大器来说，一般希望其输入电阻要 大 些，以减轻信号源的负担，提高抗干扰能力；输出电阻要 小 些，以增大带动负载的能力。二、判断题：（10分，将答案填在下面的表格内） 题号12345678910答案××√××√√×√× 1.P 型半导体带正电，N 型半导体带负电。（ ） 2.半导体器件一经击穿便即失效，因为击穿是不可逆的。（ ） 3.桥式整流电路中，若有一只二极管开路，则输出电压为原先的一半。（ ） 4.用两个PN 结就能构成三极管，它就具有放大作用。（ ） 5.β越大的三极管，放大电流的能力越强，管子的性能越好。 6.三极管和二极管都是非线性器件。（ ） 7.三极管每一个基极电流都有一条输出特性曲线与之对应。（ ）等多项对全系统启备高中免不
常用半导体器件习题考答案
第7章 常用半导体器件 习题参考答案 7-1 计算图所示电路的电位U Y （设D 为理想二极管）。 （1）U A ＝U B ＝0时； （2）U A ＝E ，U B ＝0时； （3）U A ＝U B ＝E 时。 解：此题所考查的是电位的概念以及二极管应用的有关知识。从图中可以看出A 、B 两点电位的相对高低影响了D A 和D B 两个二极管的导通与关断。 当A 、B 两点的电位同时为0时，D A 和D B 两个二极管的阳极和阴极（U Y ）两端电位同时为0，因此均不能导通；当U A ＝E ，U B ＝0时，D A 的阳极电位为E ，阴极电位为0（接地），根据二极管的导通条件，D A 此时承受正压而导通，一旦D A 导通，则U Y ＞0，从而使D B 承受反压（U B ＝0）而截止；当U A ＝U B ＝E 时，即D A 和D B 的阳极电位为大小相同的高电位，所以两管同时导通，两个1k Ω的电阻为并联关系。本题解答如下： （1）由于U A ＝U B ＝0，D A 和D B 均处于截止状态，所以U Y ＝0； （2）由U A ＝E ，U B ＝0可知，D A 导通，D B 截止，所以U Y ＝E ? +9 19＝109E ； （3）由于U A ＝U B ＝E ，D A 和D B 同时导通，因此U Y ＝E ?+5.099＝1918E 。 7-2 在图所示电路中，设D 为理想二极管，已知输入电压u i 的波形。试画出输出电压u o 的波形图。 解：此题的考查点为二极管的伏安特性以及电路的基本知识。 首先从（b ）图可以看出，当二极管D 导通时，电阻为零，所以u o ＝u i ；当D 截止时，电阻为无穷大，相当 于断路，因此u o ＝5V ，即是说，只要判断出D 导通与否， 就可以判断出输出电压的波形。要判断D 是否导通，可 以以接地为参考点（电位零点），判断出D 两端电位的高 低，从而得知是否导通。 u o 与u i 的波形对比如右图所示： 7-3 试比较硅稳压管与普通二极管在结构和运用上有 何异同 （参考答案：见教材） 7-4 某人检修电子设备时，用测电位的办法，测出管脚①对地电位为－；管脚②对地电位
红外探测技术的应用相关
红外技术的应用及前景（红外探测技术）
红外技术的应用及前景 (1) 摘要 (2) 第1章绪论 (2) 第2章红外探测技术 (4) 摘要 本文在第一章中主要介绍了红外线的基础、红外线的特性以及红外技术的发展历史，在第二章中，重点介绍了红外线在探测方向的应用，以及不同的红外探测器的分类和特性，并且通过对探测原理的推导，了解探测器工作的方法，最后介绍了红外探测器的发展前景。 关键字：红外线、探测器 第1章绪论 1.1引言 目前红外技术作为一种高技术，它与激光技术并驾齐驱，在军事上占有举足轻重的地位。红外成像、红外侦察、红外跟踪、红外制导、红外预警、红外对抗等在现代和未来战争中都是很重要的战术和战略手段。在70年代以后，军事红外技术又逐步向民用部门转化。红外加热和干燥技术广泛应用于工业、农业、医学、交通等各个行业和部门。红外测温、红外测湿、红外理疗、红外检测、红外报警、红外遥感、红外防伪更是各行业争相选用的先进技术。标志红外技术最新成就的红外热成像技术，它与雷达、电视一起构成当代三大传感系统，尤其是焦平面列阵技术的采用，将使它发展成可与眼睛相媲美的凝视系统。 1.2 红外简介 1.2.1红外线概述 1672年，牛顿使用分光棱镜把太阳光（白光）分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色单色光，证实了太阳光（白光）是由各种颜色的光复合而成。1800年，英国物理学家 F. W. 赫胥尔从热的观点来研究各种色光时，偶然发现放在光带红光外的一支温度计，比其他色光温度的指示数值高。经过反复试验，这个所谓热量最多的高温区，总是位于光带最边缘处红光的外面。于是他宣布:太阳发出的辐射中除可见光线外，还有一种人眼看不见的“热线”，这种看不见的“热线”位于红色光外侧，叫做红外线。这种红外线，又称红外辐射，是指波长为0.78～1000μm的电磁波。其中波长为0.78 ～1.5μm 的部分称为近红外，波长为1.5 ～10μm的部分称为中红外，波长为10～1000μm的部分称为远红外线。而波长为
常用半导体元件习题及答案
第5章常用半导体元件习题 5.1晶体二极管 一、填空题： 1．半导体材料的导电能力介于和之间，二极管是将 封装起来，并分别引出和两个极。 2．二极管按半导体材料可分为和，按内部结构可分为＿和，按用途分类有、、四种。3．二极管有、、、四种状态，PN 结具有性，即。4．用万用表（R×1K档）测量二极管正向电阻时，指针偏转角度，测量反向电阻时，指针偏转角度。 5．使用二极管时，主要考虑的参数为和二极管的反向击穿是指。 6．二极管按PN结的结构特点可分为是型和型。 7．硅二极管的正向压降约为 V，锗二极管的正向压降约为 V；硅二极管的死区电压约为 V，锗二极管的死区电压约为 V。 8．当加到二极管上反向电压增大到一定数值时，反向电流会突然增大，此现象称为现象。 9．利用万用表测量二极管PN结的电阻值，可以大致判别二极管的、和PN结的材料。 二、选择题： 1. 硅管和锗管正常工作时，两端的电压几乎恒定，分别分为( )。 A.0.2-0.3V 0.6-0.7V B. 0.2-0.7V 0.3-0.6V C.0.6-0.7V 0.2-0.3V D. 0.1-0.2V 0.6-0.7V 的大小为( )。 2.判断右面两图中，U AB A. 0.6V 0.3V B. 0.3V 0.6V C. 0.3V 0.3V D. 0.6V 0.6V 3.用万用表检测小功率二极管的好坏时，应将万用表欧姆档拨到（） Ω档。 A.1×10 B. 1×1000 C. 1×102或1×103 D. 1×105 4. 如果二极管的正反向电阻都很大，说明 ( ) 。 A. 内部短路 B. 内部断路 C. 正常 D. 无法确定 5. 当硅二极管加0.3V正向电压时，该二极管相当于( ) 。 A. 很小电阻 B. 很大电阻 C.短路 D. 开路 6．二极管的正极电位是-20V，负极电位是-10V，则该二极管处于（）。 A．反偏 B．正偏 C．不变D. 断路 7．当环境温度升高时，二极管的反向电流将（） A．增大 B．减小 C．不变D. 不确定 8．PN结的P区接电源负极，N区接电源正极，称为（）偏置接法。
2章 常用半导体器件及应用题解
第二章常用半导体器件及应用 一、习题 2.1填空 1. 半导材料有三个特性，它们是、、。 2. 在本征半导体中加入元素可形成N型半导体，加入元素可形成P型半导体。 3. 二极管的主要特性是。 4．在常温下，硅二极管的门限电压约为V，导通后的正向压降约为V；锗二极管的门限电压约为V，导通后的正向压降约为V。 5．在常温下，发光二极管的正向导通电压约为V，考虑发光二极管的发光亮度和寿命，其工作电流一般控制在mA。 6. 晶体管(BJT)是一种控制器件；场效应管是一种控制器件。 7. 晶体管按结构分有和两种类型。 8. 晶体管按材料分有和两种类型。 9. NPN和PNP晶体管的主要区别是电压和电流的不同。 10. 晶体管实现放大作用的外部条件是发射结、集电结。 11. 从晶体管的输出特性曲线来看，它的三个工作区域分别是、、。 12. 晶体管放大电路有三种组态、、。 13. 有两个放大倍数相同，输入电阻和输出电阻不同的放大电路A和B，对同一个具有内阻的信号源电压进行放大。在负载开路的条件下，测得A放大器的输出电压小，这说明A 的输入电阻。 14．三极管的交流等效输入电阻随变化。 15．共集电极放大电路的输入电阻很，输出电阻很。 16．射极跟随器的三个主要特点是、、。 17．放大器的静态工作点由它的决定，而放大器的增益、输入电阻、输出电阻等由它的决定。 18．图解法适合于，而等效电路法则适合于。 19．在单级共射极放大电路中，如果输入为正弦波，用示波器观察u o和u i的波形的相位关系为；当为共集电极电路时，则u o和u i的相位关系为。 20. 在NPN共射极放大电路中，其输出电压的波形底部被削掉，称为失真，原因是Q点(太高或太低)，若输出电压的波形顶部被削掉，称为失真，原因是Q 点(太高或太低)。如果其输出电压的波形顶部底都被削掉，原因是。 21．某三极管处于放大状态，三个电极A、B、C的电位分别为9V、2V和1.4V，则该三极管属于型，由半导体材料制成。 22．在题图P2.1电路中，某一元件参数变化时，将U CEQ的变化情况(增加；减小；不变)填入相应的空格内。 (1) R b增加时，U CEQ将。 (2) R c减小时，U CEQ将。 (3) R c增加时，U CEQ将。 (4) R s增加时，U CEQ将。 (5) β增加时(换管子)，U CEQ将。
半导体器件工艺与物理期末必考题材料汇总综述
半导体期末复习补充材料 一、名词解释 １、准费米能级 费米能级和统计分布函数都是指的热平衡状态，而当半导体的平衡态遭到破坏而存在非平衡载流子时，可以认为分就导带和价带中的电子来讲，它们各自处于平衡态，而导带和价带之间处于不平衡态，因而费米能级和统计分布函数对导带和价带各自仍然是适用的，可以分别引入导带费米能级和价带费米能级，它们都是局部的能级，称为“准费米能级”，分别用E F n、E F p表示。 ２、直接复合、间接复合 直接复合—电子在导带和价带之间直接跃迁而引起电子和空穴的直接复合。 间接复合—电子和空穴通过禁带中的能级（复合中心）进行复合。 ３、扩散电容 PN结正向偏压时，有空穴从P区注入N区。当正向偏压增加时，由P区注入到N区的空穴增加，注入的空穴一部分扩散走了，一部分则增加了N区的空穴积累，增加了载流子的浓度梯度。在外加电压变化时，N扩散区内积累的非平衡空穴也增加，与它保持电中性的电子也相应增加。这种由于扩散区积累的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应，称为P-N结的扩散电容。用CD表示。 4、雪崩击穿 随着PN外加反向电压不断增大，空间电荷区的电场不断增强，当超过某临界值时，载流子受电场加速获得很高的动能，与晶格点阵原子发生碰撞使之电离，产生新的电子—空穴对，再被电场加速，再产生更多的电子—空穴对，载流子数目在空间电荷区发生倍增，犹如雪崩一般，反向电流迅速增大，这种现象称之为雪崩击穿。 1、PN结电容可分为扩散电容和过渡区电容两种，它们之间的主要区别在于 扩散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内，其机理为少子的充放 电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。 2、当MOSFET器件尺寸缩小时会对其阈值电压V T产生影响，具体地，对 于短沟道器件对V T的影响为下降，对于窄沟道器件对V T的影响为上升。 3、在NPN型BJT中其集电极电流I C受V BE电压控制，其基极电流I B受V BE 电压控制。 4、硅-绝缘体SOI器件可用标准的MOS工艺制备，该类器件显著的优点是 寄生参数小，响应速度快等。 5、PN结击穿的机制主要有雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿等等几种，其中发
1章 常用半导体器件 习题
第一章题解－1 第一章 常用半导体器件 习 题 1.1 选择合适答案填入空内。 （1）在本征半导体中加入 元素可形成N 型半导体，加入 元素可形成P 型半导体。 A. 五价 B. 四价 C. 三价 （2）当温度升高时，二极管的反向饱和电流将 。 A. 增大 B. 不变 C. 减小 （3）工作在放大区的某三极管，如果当I B 从12μA 增大到22μA 时，I C 从1m A 变为2m A ，那么它的β约为 。 A. 83 B. 91 C. 100 （4）当场效应管的漏极直流电流I D 从2m A 变为4m A 时，它的低频跨导g m 将 。 A.增大 B.不变 C.减小 解：（1）A ，C （2）A （3）C （4）A 1.2 能否将1.5V 的干电池以正向接法接到二极管两端？为什么？ 解：不能。因为二极管的正向电流与其端电压成指数关系，当端电压为1.5V 时，管子会因电流过大而烧坏。 1.3 电路如图P1.3所示，已知u i ＝10s in ωt (v)，试画出u i 与u O 的波形。设二极管正向导通电压可忽略不计。 图P1.3
第一章题解－2 解图P1.3 解：u i 和u o 的波形如解图P1.3所示。 1.4 电路如图P1.4所示，已知u i ＝5s in ωt (V)，二极管导通电压U D ＝0.7V 。试画出u i 与u O 的波形，并标出幅值。 图P1.4 解图P1.4 解：波形如解图P1.4所示。 1.5 电路如图P1.5（a ）所示，其输入电压u I1和u I2的波形如图（b ）所示，二极管导通电压U D ＝0.7V 。试画出输出电压u O 的波形，并标出幅值。 图P1.5 解：u O 的波形如解图P1.5所示。
红外探测技术的应用及发展
电子技术 ? Electronic Technology 88 ?电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering 【关键词】红外探测技术 应用 发展 1 引言 红外探测技术通过对目标与背景之间的红外辐射不同的信息来取得目标与背景信息，包含光学系统与探测器、显示设备、信息处理器、信息输出接口、扫描与伺服控制、中央计算机等设施。红外接收光学系统的作用是取得目标或者目标区域之内的红外辐射。红外探测器的结构与接收光学系统相似。传统的接收光学必须在红外范围内工作，其光学材料和涂层需要和工作波长兼容。红外探测器把目标与背景的红外辐射转换成电信号。红外探测器经非均匀性校正放大后，红外辐射以视频的状态输出到信息处理器。信息处理器由软件与硬件构成。在合成过程中，对视频进行加快处理，获取目标。显示装置可以通过数据接口的输出实时显示视频信号与状态信息。中央计算机的作用是向系统提供时间、状态、接口还有内部与外部命令。扫描伺服控制器控制光学扫描器或伺服平台以与光学扫描器或伺服平台。服务平台的角度位置信息发送给中央计算机。 2 红外探测技术的原理 假如无论什么样的物体的温度高于绝对零度，它就会释放红外辐射。由于物理对象不同部分的温度相异，辐射率会区别，呈现出不同的辐射特性。红外检测设备通过大气传输接收图像，然后通过光电转换，可以用肉眼观察图像。红外探测技术使用目标和背景。由红外辐射差异形成的热点或图像用于获取目标和背景信息。检测系统包括：中央计算机和激光测距，光学系统和检测器，信息处理器，扫描和伺服控制，显示设备，信息输出接口等。 红外接收光学系统的构成类似于传统的接收光学系统。由于它在红外波段工作，红外接收光学系统的光学材料和涂层需要与其他波长兼容。红外探测器将最终目标和背景的红外辐射转换成电信号，并在非均匀性校正和扩大后以动态影像形式输出到信息处理器。信息处 红外探测技术的应用及发展 文/吴安茂 骆定辉 理器由硬件和软件构成。在迅速处理视频之后，可以获得目标信息。通过数据接口输出，显示设备可以实时显示视频信号和状态信息。 3 红外探测技术的应用与发展趋势 3.1 几种红外探测技术的应用 红外探测技术拥有特别的优点：无形的红外辐射，保密性好; 良好的环境适应性; 无源接收系统，抗干扰能力强; 体积小，重量轻，功耗低; 可以揭示伪装的目标; 分辨率优于微波，因此广泛应用于红外夜视，红外探测，红外引导等领域。 3.1.1 红外侦查、监视 红外侦察监视主要包括空间、空中、地面的红外侦查与监视,按工作方式来分可划分为主动装置和被动装置。IDRS(红外探测装置)的应用范围非常广:负有监视任务的监视卫星,负有警戒任务的警戒装置,负有救援任务的救援直升机等,舰艇配备的监视系统等等,都需要安装红外探测装备。3.1.2 红外制导 通过目标本身的红外辐射引导导弹自动接近目标，提高命中率。红外制导的常用工作方式有空对空、空对地、地对空、反坦克导弹等，红外焦平面显示制导技术具有较高的识别诱饵能力。而有非常高的命中率。3.1.3 红外对抗 为保护大型飞机和直升机免遭红外制导导弹的威胁,红外对抗系统得到迅猛发展。基于激光的多波段对抗系统用来躲避热寻导弹的威胁,保护直升机和攻击机;定向红外对抗系统保护作战平台免受热寻导弹威胁。3.1.4 探测和预报 （1）红外技术在隧道岩溶探测与预测中的应用，对于隧道的岩溶探测，特别是在隧道的工作面，目前还没有有效的方法。传统的探地雷达方法耗时长，而且探测距离又短，精度又低。考虑到地质灾害的主要来源是水，在隧道中引入了红外探测技术。红外波段的电磁波向外发射时，红外辐射场具有密度、能量、动量、方向等信息。岩层会向外辐射红外线。同时，岩层内部的地质信息以红外辐射场强度变化的形式传递。 （2）在安防领域，红外探测技术得到了深化发展。一旦入侵人进入探测区域内，红外探测器中的热电元件就能检测感知人体的存在或移动，并把热电元件的输入信号转换成电压信号，再通过微处理器处理并发现报警信息。红外探测器可用在需要防护的围墙，草坪，室内和其他空间区域。 它使用和安装方便，能够和其他探测器结合使用。 它安全性好，可 靠性好，经济性好，是目前民防产品的主要选择。 （3）在森林防火领域，红外探测技术得到了长足进步。我国普遍采用加强警示和处罚等“人防”手段，这种做法成本不低，且需耗费大量人力物力。因而，如何在“人防”手段之外，辅以较为高效、安全的“技防”手段，便成为了一个不得不思考的问题。在国内景区、森林火灾报警装置中，火灾探测器是火灾报警系统的重要部件和传感机构。倘若发生火灾，火灾的特征物理量，例如温度、烟雾、气体和辐射强度，被转换成电信号，并且报警信号被立即发送到火灾报警控制器。 3.2 红外探测技术发展趋势的预测发展分析随着红外技术的高速发展,红外仪器在使用方面有更高需求:由于探测目标、最小可探测辐照度、噪声等,要求高探测灵敏度;随着定位跟踪精度、抗干扰能力和智能化能力的提高，对红外仪器的运行机理、结构方面和信号方面处理提出了提升的要求。探测器从单元进展到多个线性阵列，再进展到区域阵列，单元面积越来越小；由信号调制机制进展到扫描机制；从单视场发展到可变视场，从简单信息进展到多信息的收购和处理，这些都将成为今后红外探测技术趋势的发展。 4 总结 因多波段运作、数据的融合、复杂的检测与各种各样高科技应用的扩展，红外预警探测系统的灵敏度、成率和定位精度都越来越高，探测的距离也越来越长，误差率也明显变低。所以，红外探测技术会在以后发挥更大的作用。 参考文献 [1]李创业.基于GPRS 和红外探测技术的家 庭安防系统的研究与设计[D].湖南大学,2014. [2]赵庆珍.红外探测技术用于预测煤与瓦 斯突出的试验[J].采矿与安全工程学报,2009,26(04):529-533. [3]刘琦.256×320阵列多功能红外读出电路 的设计[D].南京邮电大学,2016. 作者简介 吴安茂（1984-），男，浙江省台州市人。台州市环科环保设备运营维护有限公司工程师。研究方向为环保工程。 作者单位 台州市环科环保设备运营维护有限公司 浙江省台州市 318000