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微电子调研报告

www.bysj580.com / 2020-09-25
调研报告
纵观人类社会发展的文明史,一切生产方式和生活方式的重大变革都是由于新的科学发现和新技术的产生而引发的,科学技术作为革命的力量,推动着人类社会向前发展。从50多年前晶体管的发明到目前微电子技术成为整个信息社会的基础和核心,其发展历史充分证明了“科学技术是第一生产力”。1947年11月底美国贝尔实验室的巴丁(Braden)、布拉顿(Britain)和肖克莱(Shockley)发明了点接触晶体管,之后又发明了结型双极晶体管和结型场效应晶体管。在短短的十几年间,晶体管电子学从幼年步入成熟,一些重大的发明相继出现:
单晶硅(1952年)、平面型晶体管(1959年)、MOS晶体管(1960年)、肖特基势垒二极管(1960年)。电子器件从原来的较大体积、较慢速度、较小的耐压等特性发展到今天平面工艺硅技术的各种分立器件和集成电路,仅用了50多年的时间,而且整个电子行业仍然遵循着“摩尔定律”在飞速的发展,时刻影响着人们的生活。
随着微电子技术的发展,各种新型器件和大规模集成电路不仅体积和功耗变得更小,而且采用了更多的新技术,实现更多的新功能,也扩展到更多的应用领域。在技术的演变过程中,人们发现大功率器件容易发生失效,而且其本身的电参数受外界影响较大,尤其是长时间工作在恶劣的环境中更容易引起功率器件失效。因此,对于功率晶体管的研究一直在发展,为了得到频率和功率处理能力较优的功率晶体管,研究人员不断探求新技术和新工艺,来提高功率晶体管的耐压能力,同时也增加了对功率晶体管的可靠性研究。
硅平面工艺的发展,开辟了高频大功率晶体管的广阔前景,使得长期以来在制作高频大功率晶体管这一难题上出现了新的曙光。由于使用硅材料做晶体管的一系列优点(能工作在较高温度,具有小的反向电流和耐压特性等),使得近几十年来硅功率管的发展速度加快。理论研究的深入,制作半导体器件用的各种超纯材料质量的提高和制备工艺的不断更新,大功率晶体管的功率容量,耐压和大电流特性,频率特性和应用的可靠性都有了极为显著的提高。
大功率晶体管是功率驱动电路的核心元件。大功率晶体管通常工作在极限参
数状态下,其主要参数是击穿电压和电流容量。
大功率晶体管以其电压高、电流大、功率大的独特优势在自动化控制系统、计算机电源系统、交通电气设备、不停电电源装置及各类开关电源、各种变流系统、军事工业及航空航天工业部门的大功率设备中占有非常重要的地位。即使在集成电路技术和新型电力电子器件迅速发展的今天,普通型大功率晶体管在半导体产业这个大家族中仍占有一席之地,特别是在集成电路所不能胜任的领域(诸如低噪声,高耐压,大电流,大功率和微波性能等方面)发挥愈来愈大的作用。
因此,进一步研究、设计、制造大功率晶体管具有重要意义。
在五十年代,锗合金工艺相对硅成熟,因此锗管成为大功率晶体管的先声,在大功率晶体管中占据着主流地位。硅大功率晶体管在1956年才问世。
六十年代硅平面工艺的兴起,使得高频—超高频大功率晶体管开始得到良好的发展。从此品种繁多的各种硅功率管大量应用到通讯和雷达设备、发射电路中的功率放大器、倍频器和振荡器等。由于硅材料容易获得且能工作在较高温度,具有小的反向电流和高的耐压特性等优点,因而在后期硅的发展速度远远超过锗管。
七十年代,国内采用三重扩散台面型工艺,大功率晶体管有了新的发展。目前生产规模最大的品种是功率在50w、1OOw和150w,击穿电压在1000v以下的产品其产量约占大功率管的百分之五十以上,是各功率器件生产厂家的主导产品。但由于受工艺水平、制造设备,生产管理等多种因素的制约,生产规模小,合格率低,成本高、价格昂贵。而月.只有八七七厂、八七三厂、辽宁晶体管厂少数厂家能实现大批量生产。
国外,早在七十年代,日、美等一些发达国家相继研制成功了300A三重扩散晶体管、2200W功率晶体管和12O0A功率晶体管。八十年代初,日本新电源工业公司生产出SOOA、IOkV带保护环台面功率晶体管,三洋电机公司采用平面高压技术确定了耐压达2000伏的晶体管生产技术。目前,IOA、I000V以上的产品在日本的东芝、富士公司,美国的摩托罗拉公司、德克萨斯公司,西德的菲利浦公司就有一千余个品种。
由此可见,我国的大功率晶体管发展水平与国外先进水平相比,差距是明显的。首先,半导体行业是一个技术密集的行业,它的设计制造过程涉及到计算机科学、无线电电子学、固体物理学、数理分析、光学、化学、材料、真空、净化、精密机械和自动控制等各个学科。它是多学科多种高技术的综合体现,集中反映了现代科技的最新成果和发展方向。这一特点决定了半导体行业不可能异军突起,它的发展和起飞不仅强烈地依赖于机械、冶金、化工、轻工、建材、能源等行业的发展速度和水平,而且直接取决于其支撑条件(厂房、设备、测试仪器、基础材料等)的发展状况。受基础工业发展水平的影响,我国生产的半导体专用设备其各项性能指标与国外先进水平相比还有较大差距,因而制约了我国半导体
产业的发展速度和规模。目前国内科研机构和生产企业使用的许多专用设备如外延设备,光刻设备,化学气相淀积设备等还需从国外的专业公司进口。其次,半导体行业是一个投资密集的企业,这是由其高技术特点决定的。纵观日本、韩国、美国等发达国家对半导体器件的投资规模,要建立年产10亿只规模的分立器件厂,需要8000万美元的投资。而我国三十多年来建成的三百多个半导体厂家,到现在除中国华晶电子集团公司(己被香港华润收购)之外,还没有哪一个能达到1亿支的生产规模。全行业人均年产量只有1万多支,而日、美、西欧等发达国家及亚洲四小龙,分立器件的生产都是自动化大规摸生产,人均年产量达100多万支以上。
  总之,我国的半导体工业技术水平与世界上发达国家存在差距。因此,我们
需要不断吸收国外的先进技术,加快我国民族工业的发展,努力缩小这种差距,
振兴我国的半导体工业。
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