电子器件发展简史
电子元器件的发展历程及未来趋势【精选】
电子元器件的发展历程及未来趋势每种事物都有其自身的发展历史和发展规律，电子元器件也不例外，它历经了经典电子元器件、小型化电子元器件、一般微电子元器件、智能微电子元器件时代，未来正在迈向量子电子元器件时代。
电子元器件的发展离不开电子信息技术和整机的发展，二者是相互促进，相互牵制的关系。
微电子元器件包括集成电路、混合集成电路、片式和扁平式元件和机电组件、片式半导体分立器件等。
微电子指采用微细工艺的集成电路，随集成电路集成度和复杂度的大幅度提高、线宽越来越细和采用铜导线，其基频和处理速度也大幅度提高，在电子线路中其周边的其他元器件必然要有相应速率的处理速度，才能完成所承担的功能。
因此，需要通过整个设备及系统来分析元器件的发展。
表1电子元器件的发展阶段及特点上述电子元器件的发展阶段的划分是2001年提出来的，但近年来电子技术和电子产业的发展很快，新技术，新产品不断涌现，尤其是智能化产品和系统越来越普及，智能化已经到来，同时，量子技术有了突破，信息技术有可能进入“量子化时代”。
智能化已经到来观察一下我们周围，可以发现，智能化家用电子及电器，如智能电视机、电灶具、电热水器等；智能化终端如手机、手表式终端等，智能化汽车电子及智能化公交系统等，其发展的总趋势是以智能化为核心的信息化，系统化和网络化。
这些变化也可以从智能化设备和系统框图构成来分析对电子元器件的新要求：1）指挥控制系统--嵌入式处理器芯片，高速，大容量的集成电路，计算芯片已经渗入到各种系统和产品中。
整机采用双核、四核，八核以至更多的芯片并行，以加速运算速率的智能化处理。
2）信息采集系统--以传感器为代表将各种信息转化为电信号，并进行处理。
传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱。
如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸，当集成电路、计算机技术飞速发展时，人们才逐步认识信息摄取装置--传感器没有跟上信息技术的发展而惊呼“大脑发达、五官不灵”.但是目前传感器的发展已成为一个瓶颈，对其品质、稳定性、一致性与可靠性等程度要求越来越高。
电子元件的发展历史
电子元件的发展历史第一阶段：早期电子元件（18世纪-19世纪）在18世纪末和19世纪初，随着电学的诞生，早期电子元件开始出现。
最早的电子元件是电子管，它是由一个或多个电子真空管构成的。
电子管的发明推动了无线电通信和电子技术的发展。
此后，电阻器、电和电感器等简单的元件也被开发出来，用于控制和调节电流和电压。
第二阶段：晶体管时代（20世纪40年代-50年代）20世纪40年代，晶体管的发明改变了电子元件的面貌。
与电子管相比，晶体管更小、更节能，且寿命更长。
它还比电子管更容易制造和操作。
这些特性使晶体管成为计算机和通信系统等领域的关键元件。
这一时期的电子元件技术成为信息时代的基石。
第三阶段：集成电路的出现（20世纪60年代-70年代）20世纪60年代，集成电路的出现引领了电子元件的又一次飞跃。
集成电路是一种将许多晶体管、电和电阻器等元件集成在一小块半导体芯片上的技术。
它使得电子元件的集成度提高，功耗降低，速度提高，体积更小。
集成电路的问世加速了电子产品的革命，推动了计算机、通信、娱乐等领域的发展。
第四阶段：微纳电子元件（21世纪至今）21世纪以来，随着纳米技术的发展，微纳电子元件开始崭露头角。
微纳电子元件以纳米技术为基础，能够在纳米尺度上实现更高的性能和更小的尺寸。
纳米级材料、纳米电路和纳米加工技术的应用使得电子元件的功能更加多样化和高效化。
微纳电子元件的出现为可穿戴设备、人工智能、物联网等领域带来了新的机遇和挑战。
结论电子元件的发展历史见证了科技的进步和人类智慧的结晶。
从早期的电子管到现代的微纳电子元件，每一次技术的突破都推动了电子产品的发展和人类社会的进步。
随着科技的不断创新，我们可以期待未来电子元件技术的更大突破和应用。
电子器件简介2011
*************************电 阻 器*************************
二、基本特性参数
1。阻值及精度 由于电阻器已标准化，其精度等级分为005、 01 （00 ）、 02 （0）、I、II、III级，下表是各精度等级 所对应的偏差。
允许偏差（％） 精度等级 ±0.5 005 ±1 01或00 ±2 02或0 ±5 I ±10 II ±20 III
************************* 概 *** 述 ***********************
2。无源器件（电子元件）： 电阻R、电感L、电容C 3。开关、接插件 工作方式：开合式、触压式等 功 能： 功率器件、信号器件等 形 状：单排、双排、弯针等 4。 电磁器件 继电器、接触器、螺线管、电磁阀等
*************************电 阻 器*************************
5。贴片电阻（薄膜） 随着电子产品的小型化趋势，使用贴片元件越来越 常见了，特别是采用双列直插元件和贴片元件混合的单 面电路板设计，不但电路板的体积减小了，而且生产成 本也很低。 常用的贴片封装：0603、0805、1206、1210 0805具体尺寸：2x1.25x0.5毫米（8mil*5mil） 1206具体尺寸：3x1.5x0.5毫米（12mil*6mil）
*************************电 阻 器*************************
4。电位器（可变电阻器） 1）合成碳膜电位器：碳膜喷涂，是目前使用最多的一 种电位器。 优点：分辨率高、阻值范围宽； 缺点：滑动噪声大、耐热耐湿性不好。 2）金属膜电位器：通过真空技术使导电金属膜沉积 在陶瓷基体上制成的。 优点：分辨率高、滑动噪声较合成碳膜电位器小； 缺点：阻值范围小、耐磨性不好。
电子元器件发展史
电子元器件发展史电子元器件发展史其实就是一部浓缩的电子发展史。
电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。
第一代电子产品以电子管为核心。
四十年代末世界上诞生了第一只半导体三极管，它以小巧、轻便、省电、寿命长等特点，很快地被各国应用起来，在很大范围内取代了电子管。
五十年代末期，世界上出现了第一块集成电路，它把许多晶体管等电子元件集成在一块硅芯片上，使电子产品向更小型化发展。
集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成电路和超大规模集成电路，从而使电子产品向着高效能低消耗、高精度、高稳定、智能化的方向发展。
由于，电子计算机发展经历的四个阶段恰好能够充分说明电子技术发展的四个阶段的特性，所以下面就从电子计算机发展的四个时代来说明电子技术发展的四个阶段的特点。
在20世纪出现并得到飞速发展的电子元器件工业使整个世界和人们的工作、生活习惯发生了翻天覆地的变化。
电子元器件的发展历史实际上就是电子工业的发展历史。
190年6 ，李·德福雷斯特发明了真空三极管，用来放大电话的声音电流。
此后，人们强烈地期待着能够诞生一种固体器件，用来作为质量轻、价廉和寿命长的放大器和电子开关。
194年7 ，点接触型锗晶体管的诞生，在电子器件的发展史上翻开了新的一页。
但是，这种点接触型晶体管在构造上存在着接触点不稳定的致命弱点。
在点接触型晶体管开发成功的同时，结型晶体管论就已经提出，但是直至人们能够制备超高纯度的单晶以及能够任意控制晶体的导电类型以后，结型晶体管材真正得以出现。
195年0 ，具有使用价值的最早的锗合金型晶体管诞生。
195年4 ，结型硅晶体管诞生。
此后，人们提出了场效应晶体管的构想。
随着无缺陷结晶和缺陷控制等材料技术、晶体外诞生长技术和扩散掺杂技术、耐压氧化膜的制备技术、腐蚀和光刻技术的出现和发展，各种性能优良的电子器件相继出现，电子元器件逐步从真空管时代进入晶体管时代和大规模、超大规模集成电路时代。
电子产品的发展史从电子管到集成电路
电子产品的发展史从电子管到集成电路电子产品的发展史：从电子管到集成电路电子产品的发展已经成为现代科技领域中的一项重要成就，影响并改变了人们的生活方式。
从最早的电子管发展到如今的集成电路，这一进程经历了多年的探索、发展和创新。
1. 电子管时代电子管作为最早的电子元件，是电子产品发展的起点。
20世纪早期，电子管被广泛应用于通信、广播和计算机等领域。
电子管的工作原理是通过控制电子的流动来转换、放大和处理电信号。
然而，电子管体积庞大、功耗高、易损坏等缺点限制了电子产品的进一步发展。
2. 晶体管的诞生20世纪40年代，晶体管的发明成为电子技术发展的重大突破。
晶体管的尺寸远小于电子管，具有更高的工作效率和可靠性。
由于晶体管的出现，电子产品开始迈向小型化、高性能和可靠性更强的方向。
晶体管广泛应用于收音机、电视机、计算机等消费电子产品，并为科技领域的进一步发展奠定了基础。
3. 集成电路的兴起集成电路的发明极大地推动了电子产品的发展。
集成电路将数百个晶体管以及其他元件集成在一块硅片上，实现了更高的集成化程度。
与晶体管相比，集成电路具有更小的体积、更低的功耗和更高的性能。
1961年，第一块集成电路问世，开启了新的电子产品时代。
从此以后，集成电路广泛应用于计算机、手机、摄影器材等领域，给人们的生活带来了巨大的变革。
4. 近年的发展和前景展望随着科技的不断进步，电子产品的发展也在持续迭代升级。
如今，我们已经进入了纳米级集成电路时代，芯片的集成度不断提高，性能越来越强大。
同时，新的材料、技术和设计理念也不断涌现，为电子产品的发展提供了更多的可能性。
未来，电子产品有望实现更高的人工智能智能化、更高的能效和更舒适的交互体验。
例如，可穿戴设备、智能家居和无人机等产品正在迅速发展。
同时，人们对虚拟现实、增强现实和物联网等领域的期望也越来越高。
总结起来，电子产品的发展从电子管到集成电路经历了漫长的历史进程。
通过不断的创新和技术突破，电子产品实现了小型化、高性能和智能化等方面的提升，极大地改变了我们的生活和工作方式。
半导体的发展历程
半导体的发展历程
半导体的发展历程可以概括为以下几个阶段：
1. 1947年：第一个晶体管问世。
这是使用固态材料制造的第一种电子器件，并被认为是现代电子技术的里程碑之一。
2. 1950年代：半导体材料的研究和发展进入快速发展期。
砷化镓（GaAs）和硅（Si）成为主要的半导体材料，同时晶体管逐渐取代真空管成为主流电子器件。
3. 1960年代：单片集成电路的问世。
这种技术可以将成千上万的晶体管等元件集成到一块芯片上，大大提高了集成度，实现了电子器件的微型化。
4. 1970年代：大规模集成电路的问世。
这种技术可以将数十万甚至数百万的晶体管等元件集成到一块芯片上，进一步提高了集成度和性能，让电子器件的功能更加丰富。
5. 1980年代至今：半导体材料、制造工艺和设计技术不断进步，使集成电路的性能愈发出色。
同时，出现了很多新的应用领域，如数字化、通信、计算机、消费电子、医疗设备等，这些领域对集成电路的需求也不断增加。
北邮电路与信号第2章-1电子器件的发展史
电子器件的发展历程概述
19世纪末至20世纪初
20世纪中期
电子器件的萌芽期，如真空管、电子管的 发明，为电子技术的发展奠定了基础。
晶体管的发明，标志着半导体技术的兴起 ，为电子器件的小型化、集成化创造了条 件。
20世纪末至21世纪初
当前
集成电路的出现，使得电子器件实现了大 规模集成，推动了计算机、移动通信等领 域的飞速发展。
改进方向
为了进一步提高集成电路的性能和降低成本，研究者们在不断探索新的工艺技术、新型材料和设计方法。例如， 三维集成技术、纳米工艺、柔性电子器件等新型技术正在不断发展，为集成电路的发展开辟了新的道路。
05
未来电子器件Biblioteka 望新型电子器件的研究与开发
新型电子器件的研究与开发是当前和未来电子科技领域的重要方向，旨 在满足不断增长的计算和通信需求。
北邮电路与信号第2章-1电 子器件的发展史
目录
• 引言 • 电子管时代 • 晶体管时代 • 集成电路时代 • 未来电子器件展望
01
引言
电子器件的定义与重要性
01
电子器件是电子技术中的基本组 成部分，用于实现电子信号的放 大、传输、处理等功能。
02
电子器件在信息时代扮演着至关 重要的角色，对通信、计算机、 医疗、航空航天等领域的发展具 有深远影响。
新型电子器件的研究与开发涉及多个领域，包括材料科学、纳米技术、 光子学等，这些领域的发展将为新型电子器件的研发提供有力支持。
目前，新型电子器件的研究与开发主要集中在柔性电子器件、生物电子 器件、量子电子器件等领域，这些领域具有巨大的市场潜力和应用前景。
电子器件的发展趋势与挑战
随着技术的不断进步和应用需求的不断增长，电子器件的发展趋势是向着更小尺寸、更高性 能、更低功耗和更低成本的方向发展。
电子技术发展史
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教学基本要求
分析与思考
练习题
(1-14)
8.1半导体的基础知识
半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间。
如：硅、锗、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。
（一） 本征半导体 定义：纯净的具有晶体结构的半导体 结构特点：最外层电子（价电子）都是四个。 含有两种载流子——带负电的电子、带正电的空穴 载流子的数量少且成对出现 当受外界热和光的作用时，导电能力明显变化。 往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变。
2. 正向电压降UF IF所对应的电压。 3. 最高反向工作电压UR 指不被击穿所允许的最大反向电压，手册上给出的最高 反向工作电压 U = 1 (or 2 )U
R
4. 反向电流 IRm 指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大， 说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电 流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流 较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。
－ －
+ + + +
内电场被被加强，多子 的扩散受抑制。少子漂 移加强，但少子数量有 限，只能形成较小的反 向电流。 + + + +
扩散运动〈 漂移运动
_
I≈0
－ －
P
+
－ － － －
N
内电场 外电场
R
E
(1-22)
通过分析可知
◆ PN结具有单向导电性
正向偏置时，PN结处于导通状态
呈现正向电阻很小，电流较大 反向偏置时，PN结处于截止状态 呈现反向电阻很大，电流较小
12V
R1
6k
12V R2
6k
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半导体器件大部分都是采用半导体单晶材料。
（a）无定型 （b）多晶
（c）单晶
绝缘体的禁带宽度很大，激发电子需要很大能量，在 通常温度下，能激发到导带去的电子很少，所以导电性很 差。半导体禁带宽度比较小，在通常温度下已有不少电子 被激发到导带中去，所以具有一定的导电能力。
• (a)导体 (b)绝缘体 (c)半导体
1.3平衡状态下载流子浓度
热平衡状态下，非简并半导体的导带电子浓度为
考虑到半导体中原子势场和其他电子势场对电子的作
用力非常复杂，这部分势场的作用就由有效质量加以概括。
外力F与晶体中电子的加速度就通过有效质量联系起 来而不必再涉及内部势场。这样，半导体中电子运动满足 牛顿第二定律：
F mm* a
对于被电子部分占满的能带，在外电场作用下，电子 可从外电场中吸收能量跃迁到未被电子占据的能级去，形 成了电流导电，常称这种能带为导带。
n中，导带的有效状态密度Nc为
Nc
2
(2 mn*k0T )3/2
h3
而非简并半导体的价带空穴浓度为
p0
Nv
exp
Ev EF k0T
价带的有效状态密度Nv为
Nv
2
(2 m*pk0T )3/2
h3
故可得到
n0
p0
Nc Nv
exp
Eg k0T
即电子和空穴的浓度乘积和费米能级无关。
对一定的半导体材料，乘积n0p0只决定于温度T和
禁带宽度Eg。
在热平衡条件下的非简并半导体，不论是本征半 导体还是杂质半导体，该关系都普遍适用。
本征载流子浓度ni为
ni
n0
p0
(Nc Nv )1/2
exp
Eg 2k0T
杂质半导体的载流子浓度与温度有紧密的关系，以n 型半导体为例，
当温度很低时，只有很少量施主杂质发生电离，导 带中的电子全部由电离施主杂质所提供。
电子器件发展简史
1904年：真空二极管 电子管 1907年：真空三极管
1947年：双极型晶体管
固体器件
1960年：实用的 MOS 场效应管
美国贝尔实验室发明的世界上第一支锗点接触双极晶体管
1950 年发明了结型双极型晶体管，并于 1956 年获得诺贝尔 物理奖。
1956 年出现了扩散工艺，1959 年开发出了 硅平面工艺 ， 为以后集成电路的大发展奠定了技术基础。1959 年美国的仙童 公司（ Fairchilds ）开发出了第一块用硅平面工艺制造的集成 电路，并于 2000 年获得诺贝尔物理奖。
一个典型单元或原子团在三维的每一个方向上按某种 间隔规则重复排列就形成了单晶。晶体中这种原子的周期 性排列称为晶格。
（a）简立方
（b）体心立方
（c）面心立方
元素半导体硅和锗具有金刚石晶体结构，参数a代表的是 晶格常数。
金刚石晶体结构最基本的结构单元是四面体，该四面体 中的每个原子都有四个与它最近邻的原子。
2
E(0)为导带底能量。对给定的半导体，（d2E/dk2）k=0应该 是一个定值，令
1 h2
d2E dk 2
k 0
1 mn*
则有：
E(k)
Ec
h2k 2 2mn*
对比真空中电子能量表达式
E h2k2 2m0
可见半导体中电子与自由电子的E(k)~k关系相似，只 是半导体中出现的是mn* ,称其为导带底电子有效质量。
晶体中电子所遵守的薛定谔方程为
2
2m0
d2 (x)
dx2
V (x)
(x)
E (x)
• 晶体中电子处在不同的k状态，具有不同的能量E(k)， 求解上式可得出E(k)和k的关系曲线
硅、锗都属于金刚石型结构，它 们的固体物理原胞和面心立方晶体的 相同，其第一布里渊区如右图
在第一布里渊区求解薛定谔方程， 可得出半导体硅和锗的能带图
1.2 半导体中的电子状态
对于由n个原子组成的晶体，晶体每立方厘米体积内约有 1022〜1023个原子，所以n是个很大的数值。
当n个原子相距很远，尚未结合成晶体时，则每个原子的 能级都和孤立原子的一样，它们都是n度简并的（暂不计原子 本身的简并)。
当n个原子互相靠近结合成晶体后，每个电子都要受到周 围原子势场的作用，结果每一个n度简并的能级都分裂成n个彼 此相距很近的能级，这n个能级组成一个能带。这时电子不再 属于某一个原子而是在晶体中做共有化运动。分裂的每一个能 带都称允带，允带之间因没有能级称为禁带。
以一维情况为例，设能带底位于波数k =0，能带底部
附近的k值必然很小。将E(k)在k =0附近按泰勒级数展
开，取至k2项，得到
E(k
)
E(0)
dE dk
k 0
k
1 2
d2E dk 2
k 0
k
2
在极值点（dE/dk）k=0 = 0，故,
E(k
)
E(0)
1 2
d2E dk 2
k
0
k
当温度升高到使大部分杂质都电离时称为强电离。
当半导体处于饱和区和完全本征激发之间时称为过渡区。
继续升高温度，杂质半 导体进入本征激发区。
简并半导体是指杂质重掺杂，必须采用费米分布函 数来分析导带中的电子和价带中的空穴的统计分布情况。
第1章 半导体物理基础 及基本方程
微电子器件是利用半导体中的各种物理机理来工作的，这 些物理机理取决于半导体晶格结构和内部的电子运动。 作为基础，本章简明地介绍了半导体的晶格结构、电子状 态、载流子的分布及输运等内容，并给出了分析半导体器 件工作机理和特性的基本方程及应用示例。
1.1 半导体晶格
化合物半导体，比如GaAs具有闪锌矿结构，它与金刚 石结构的不同仅在于它的晶格中有两类原子。
右图显示了GaAs的基本四面体结构，其中每个镓原子 有四个最近邻的砷原子，每个砷原子有四个近邻镓原子。 表明了两种子晶格的相互交织来产生闪锌矿晶格。
晶体中通常采用密勒指数来确定不同的晶面。密勒指 数的确定方法如下：首先求出该晶面在三个主轴上的截距， 并以晶格常数（或原胞）的倍数表示截距值，然后对这三 个数值各取倒数，乘以它们的最小公分母，简化为三个最 小整数，把结果括在圆括弧内就得到了密勒指数（hkl）， 用它来表示一个晶面。