半导体器件的生产,除需要超净的环境外,有些工序还必须在真空中进行。
每一半导体器件都包含着许多层各种各样的材料,如果在这些不同的材料层之间混入气体分子,就会破坏器件的电学或光学性能。
比如,当希望在晶体层上再生长一层晶体时(称为外延),底层晶体表面吸附的气体分子,会阻碍上面的原子按照晶格结构进行有序排列,结果在外延层中引入大量缺陷,严重时,甚至长不出晶体,而只能得到原子排列杂乱无章的多晶或非晶体。
相比于传统的真空电子器件,半导体材料具有频率特性好、体积小、功耗小,便于电路的集成化产品的袖珍化,此外在坚固抗震可靠等方面也特别突出;但是在失真度和稳定性等方面不及真空器件。所以有利也有弊,不过总体上来衡量的话,还是利大于弊,所以现在选择的材料都是半导体材料了。
真空管就是真空电子管,有二极管、三极管等,半导体技术发展之前,通讯行业的主力器件,1946年的第一台计算机就是真空管和继电器构成的。真空管具有抗辐射能力强、抗宇宙射线、线性放大区域宽等特点,在航空航天领域、高保真音响等方面还有应用。
那什么是电子管呢?
电子管就是一个特殊的灯泡,不过除灯丝以外,还有几个“极”,里面的灯丝与极都有连线与各自的管脚相连。最简单的电子管是二极管,它有两个极(阴极和阳极,有的灯丝还兼作阴极),阴极有发射电子的作用,阳极有接收电子的作用,并有单向导电的特性,可用作整流和检波。增加一个栅极就成了三极管,栅极能控制电流,栅极上很小的电流变化,能引起阳极很大的电流变化,所以,三极管有放大作用。当然还有多极管,它是在三极管内增加了一个或几个网栅(称为控制栅),主要是增加控制作用。晶体管是一种半导体器件,晶体二极管有负极和正极(相当于电子二极管的阴极和阳极),作用与电子管三极管相同;晶体三极管有三个极:集电极、基极、发射极(分别对应于电子管的阳极、栅极和阴极),主要用于放大电路和开关电路。晶体管的体积已比电子管缩小了许多许多,当年用电子管做的有几间屋子大的计算机,用晶体管已缩小为几个机柜了。集成电路是把由晶体管、电阻、电容等等器件组成的电路做到一个模块内,称为集成块。随着科技的发展,集成块的体积越来越小,包含的电路越来越多。所以计算机又由几个机柜的大小,缩小成一个机箱或“笔记本”,甚至更小,而且,功能还扩大了许多许多。
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