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IGBT模塊

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用一個(gè)或者少量電子就能記錄信號(hào)的晶體管。隨著半導(dǎo)體刻蝕技術(shù)和工藝的發(fā)展，大規(guī)模集成電路的集成度越來越高。以動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)為例，它的集成度差不多以每?jī)赡暝黾铀谋兜乃俣劝l(fā)展，預(yù)計(jì)單電子晶體管將是最終的目標(biāo)。目前一般的存儲(chǔ)器每個(gè)存儲(chǔ)元包含了20萬個(gè)電子，而單電子晶體管每個(gè)存儲(chǔ)元只包含了一個(gè)或少量電子，因此它將大大降低功耗，提高集成電路的集成度。1989年斯各特(J.H. F.Scott-Thomas)等人在實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)了庫侖阻塞現(xiàn)象。在調(diào)制摻雜異質(zhì)結(jié)界面形成的二維電子氣上面，制作一個(gè)面積很小的金屬電極，使得在二維電子氣中形成一個(gè)量子點(diǎn)，它只能容納少量的電子，也就是它的電容很小，小于一個(gè)？F (10~15法拉)。當(dāng)外加電壓時(shí)，如果電壓變化引起量子點(diǎn)中電荷變化量不到一個(gè)電子的電荷，則將沒有電流通過。直到電壓增大到能引起一個(gè)電子電荷的變化時(shí)，才有電流通過。
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電流-電壓關(guān)系不是通常的直線關(guān)系，而是臺(tái)階形的。這個(gè)實(shí)驗(yàn)在歷史上第一次實(shí)現(xiàn)了用人工控制一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)，為制造單電子晶體管提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。為了提高單電子晶體管的工作溫度，必須使量子點(diǎn)的尺寸小于10納米，目前世界各實(shí)驗(yàn)室都在想各種辦法解決這個(gè)問題。有些實(shí)驗(yàn)室宣稱已制出室溫下工作的單電子晶體管，觀察到由電子輸運(yùn)形成的臺(tái)階型電流——電壓曲線，但離實(shí)用還有相當(dāng)?shù)木嚯x。絕緣柵雙極晶體管（Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT）綜合了電力晶體管（Giant Transistor—GTR）和電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Power MOSFET）的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的特性，應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛；IGBT也是三端器件：柵極，集電極和發(fā)射極。
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1947年12月，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的肖克利、巴丁和布拉頓組成的研究小組，研制出一種點(diǎn)接觸型的鍺晶體管。晶體管的問世，是20世紀(jì)的一項(xiàng)重大發(fā)明，是微電子革命的先聲。晶體管出現(xiàn)后，人們就能用一個(gè)小巧的、消耗功率低的電子器件，來代替體積大、功率消耗大的電子管了。晶體管的發(fā)明又為后來集成電路的降生吹響了號(hào)角。 20世紀(jì)最初的10年，通信系統(tǒng)已開始應(yīng)用半導(dǎo)體材料。20世紀(jì)上半葉，在無線電愛好者中廣泛流行的礦石收音機(jī)，就采用礦石這種半導(dǎo)體材料進(jìn)行檢波。半導(dǎo)體的電學(xué)特性也在電話系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。
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晶體管的發(fā)明，最早可以追溯到1929年，當(dāng)時(shí)工程師利蓮費(fèi)爾德就已經(jīng)取得一種晶體管的專利。但是，限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，制造這種器件的材料達(dá)不到足夠的純度，而使這種晶體管無法制造出來。由于電子管處理高頻信號(hào)的效果不理想，人們就設(shè)法改進(jìn)礦石收音機(jī)中所用的礦石觸須式檢波器。在這種檢波器里，有一根與礦石（半導(dǎo)體）表面相接觸的金屬絲（像頭發(fā)一樣細(xì)且能形成檢波接點(diǎn)），它既能讓信號(hào)電流沿一個(gè)方向流動(dòng)，又能阻止信號(hào)電流朝相反方向流動(dòng)。在第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)前夕，貝爾實(shí)驗(yàn)室在尋找比早期使用的方鉛礦晶體性能更好的檢波材料時(shí)，發(fā)現(xiàn)摻有某種極微量雜質(zhì)的鍺晶體的性能不僅優(yōu)于礦石晶體，而且在某些方面比電子管整流器還要好。
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在第二次世界大戰(zhàn)期間，不少實(shí)驗(yàn)室在有關(guān)硅和鍺材料的制造和理論研究方面，也取得了不少成績(jī)，這就為晶體管的發(fā)明奠定了基礎(chǔ)。為了克服電子管的局限性，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，貝爾實(shí)驗(yàn)室加緊了對(duì)固體電子器件的基礎(chǔ)研究。肖克萊等人決定集中研究硅、鍺等半導(dǎo)體材料，探討用半導(dǎo)體材料制作放大器件的可能性。1945年秋天，貝爾實(shí)驗(yàn)室成立了以肖克萊為首的半導(dǎo)體研究小組，成員有布拉頓、巴丁等人。布拉頓早在1929年就開始在這個(gè)實(shí)驗(yàn)室工作，長期從事半導(dǎo)體的研究，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。他們經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)和觀察，逐步認(rèn)識(shí)到半導(dǎo)體中電流放大效應(yīng)產(chǎn)生的原因。布拉頓發(fā)現(xiàn)，在鍺片的底面接上電極，在另一面插上細(xì)針并通上電流，然后讓另一根細(xì)針盡量靠近它，并通上微弱的電流，這樣就會(huì)使原來的電流產(chǎn)生很大的變化。微弱電流少量的變化，會(huì)對(duì)另外的電流產(chǎn)生很大的影響，這就是“放大”作用。