PECVD制备薄膜介绍

1、PECVD一般说来,采用PECVD 技术制备薄膜材料时，薄膜的生长主要包含以下三个基本过程：首先，在非平衡等离子体中，电子与反应气体发生初级反应，使得反应气体发生分解，形成离子和活性基团的混合物；其二，各种活性基团向薄膜生长表面和管壁扩散输运，同时发生各反应物之间的次级反应；最后，到达生长表面的各种初级反应和次级反应产物被吸附并与表面发生反应，同时伴随有气相分子物的再放出。热电偶工作原理热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。 与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热

2、效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即Rt=Rt01+（t-t0）式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0）时对应电阻值；为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为Rt=AeB/t式中Rt为温度为t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有-50300左右，大量 用于家电和汽车用温度

3、检测和控制。金属热电阻一般适用于-200500范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极 其广泛。热电阻材料热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。热电阻种类（1）精密型热电阻：工业常用热电阻感温元件（电阻体）的结构及特点。从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响同般采用三线制或四线制。（2）铠装热电阻：铠装热电

4、阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为28mm，最小可达mm。 与普通型热电阻相比，它有下列优点：体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；机械性能好、耐振，抗冲击；能弯曲，便于安装；使用寿命长。（3）端面热电阻：端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。（4）隔爆型热电阻：隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型热电阻可用于Bla

5、B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。工业上常用金属热电阻 从电阻随温度的变化来看，大部分金属导体都有这个性质，但并不是都能用作测温热电阻，作为热电阻的金属材料一般要求：尽可能大而且稳定的温度系数、 电阻率要大（在同样灵敏度下减小传感器的尺寸）、在使用的温度范围内具有稳定的化学物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有间值函数关系（最好呈 线性关系）。 目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；铜电阻在测温范 围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，超过150易被氧化。中国最常用的有R0

6、=10、R0=100和R0=1000等几 种，它们的分度号分别为Pt10、Pt100、Pt1000；铜电阻有R0=50和R0=100两种，它们的分度号为Cu50和Cu100。其中 Pt100和Cu50的应用最为广泛。热电阻的信号连接方式热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。目前热电阻的引线主要有三种方式1二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r

7、大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合2三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的引线电阻。3四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。 热电阻采用三线制接法。采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。这是因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。热电阻作为电桥的

8、一个桥臂电 阻，其连接导线（从热电阻到中控室）也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。采用三线制，将导线一根接到电桥的电 源端，其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。工业上一般都采用三线制接法。热电偶产生的是毫伏信 号，不存在这个问题。热电阻测温系统的组成 （1）热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。必须注意以下两点： 热电阻和显示仪表的分度号必须一致 为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。具体内容参见本篇第三章。（2）铠装热电阻 铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材

9、料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为28mm，最小可达mm。 与普通型热电阻相比，它有下列优点： 体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小； 机械性能好、耐振，抗冲击； 能弯曲，便于安装 使用寿命长。（3）端面热电阻 端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。（4）隔爆型热电阻 隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影 电阻体的断路修理必然要改变电阻丝的长短而影响电阻值，为此更换新的电阻体为好，若采用焊接修理，焊后要校验合格

10、后才能使用。热电偶和热电阻的区别 热电偶与热电阻均属于温度测量中的接触式测温，尽管其作用相同都是测量物体的温度，但是他们的原理与特点却不尽相同. 首先，介绍一下热电偶，热电偶是温度测量中应用最广泛的温度器件，他的主要特点就是测吻范围宽，性能比较稳定，同时结构简单，动态响应好，更能够远传 4-20mA电信号，便于自动控制和集中控制。热电偶的测温原理是基于热电效应。将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回 路中将产生热电势，这种现象称为热电效应，又称为塞贝克效应。闭合回路中产生的热电势有两种电势组成；温差电势和接触电势。温差电势是指同一导体的两端因 温度不同而产生的电势

11、，不同的导体具有不同的电子密度，所以他们产生的电势也不相同，而接触电势顾名思义就是指两种不同的导体相接触时，因为他们的电子密 度不同所以产生一定的电子扩散，当他们达到一定的平衡后所形成的电势，接触电势的大小取决于两种不同导体的材料性质以及他们接触点的温度。目前国际上应用 的热电偶具有一个标准规范，国际上规定热电偶分为八个不同的分度，分别为B，R，S，K，N，E，J和T，其测量温度的最低可测零下270摄氏度，最高可 达1800摄氏度，其中B，R，S属于铂系列的热电偶，由于铂属于贵重金属，所以他们又被称为贵金属热电偶而剩下的几个则称为廉价金属热电偶。热电偶的结 构有两种，普通型和铠装型。普通性热电

12、偶一般由热电极，绝缘管，保护套管和接线盒等部分组成，而铠装型热电偶则是将热电偶丝，绝缘材料和金属保护套管三者 组合装配后，经过拉伸加工而成的一种坚实的组合体。但是热电偶的电信号却需要一种特殊的导线来进行传递，这种导线我们称为补偿导线。不同的热电偶需要不同 的补偿导线，其主要作用就是与热电偶连接，使热电偶的参比端远离电源，从而使参比端温度稳定。补偿导线又分为补偿型和延长型两种，延长导线的化学成分与被 补偿的热电偶相同，但是实际中，延长型的导线也并不是用和热电偶相同材质的金属，一般采用和热电偶具有相同电子密度的导线代替。补偿导线的与热电偶的连线 一般都是很明了，热电偶的正极连接补偿导线的红色线，而

13、负极则连接剩下的颜色。一般的补偿导线的材质大部分都采用铜镍合金。 其次我们介绍一下热电阻，热电阻虽然在工业中应用也比较广泛，但是由于他的测温范围使他的应用受到了一定的限制，热电阻的测温原理是基于导体或半导体 的电阻值随着温度的变化而变化的特性。其优点也很多，也可以远传电信号，灵敏度高，稳定性强，互换性以及准确性都比较好，但是需要电源激励，不能够瞬时测 量温度的变化。工业用热电阻一般采用Pt100，Pt10，Cu50，Cu100，铂热电阻的测温的范围一般为零下200-800摄氏度，铜热电阻为零下 40到140摄氏度。热电阻和热电偶一样的区分类型，但是他却不需要补偿导线，而且比热点偶便宜。晶闸管(

14、SCR)原理 作者： 时间：2007-12-17 来源:电子元器件网 浏览评论 推荐给好友 我有问题 个性化定制 关键词： 晶闸管 半导体材料 晶闸管(thyristor)是硅晶体闸流管的简称，俗称可控硅（SCR），其正式名称应是反向阻断三端晶闸管。除此之外，在普通晶闸管的基础上还派生出许多新型器件，它们是工作频率较高的快速晶闸管(fast switching thyristor，FST)、反向导通的逆导晶闸管(reverse conducting thyristor，RCT)、两个方向都具有开关特性的双向晶闸管(TRIAC)、门极可以自行关断的门极可关断晶闸管（gate turn off t

15、hyristor，GTO）、门极辅助关断晶闸管(gate assisted turn off thytistor，GATO)及用光信号触发导通的光控晶闸管(light controlled thyristor，LTT)等。一、结构与工作原理晶闸管是三端四层半导体开关器件，共有3个PN结，J1、J2、J3，如图1(a)所示。其电路符号为图1(b)，A(anode)为阳极，K(cathode)为阴极，G(gate)为门极或控制极。若把晶闸管看成由两个三极管T1(P1N1P2)和T2(N1P2N2)构成，如图1(c)所示，则其等值电路可表示成图1(d)中虚线框内的两个三极管T1和T2。对三极管T1来

16、说，P1N1为发射结J1，N1P2为集电结J2；对于三极管T2，P2N2为发射结J3，N1P2仍为集电结J2；因此J2（N1P2）为公共的集电结。当A、K两端加正电压时，J1、J3结为正偏置，中间结J2为反偏置。当A、K两端加反电压时，J1、J3结为反偏置，中间结J2为正偏置。晶闸管未导通时，加正压时的外加电压由反偏值的J2结承担，而加反压时的外加电压则由J1、J3结承担。如果晶闸管接入图1(d)所示外电路，外电源US正端经负载电阻R引至晶闸管阳极A，电源US的负端接晶闸管阴极K，一个正值触发控制电压UG经电阻RG后接至晶闸管的门极G，如果T1（P1N1P2）的共基极电流放大系数为1，T2（N

17、1P2N2）的共基极电流放大系数为2，那么对T1而言，T1的发射极电流IA的一部分1IA将穿过集电结J2，此外，J2受反偏电压作用，要流过共基极漏电流i CBO1，因此图1(d)中的IC1可表示为IC1=1IA+i CBO1。 （1）同理对T2而言，T2的发射极电流IC的一部分2IC将穿过集电结J2，此外，J2受反偏置电压作用，要流过共基极漏电流i CBO2，因此，图1(d)中的I C2可表示为IC2=2IC+i CBO2。 （2）由图1(d)中可以看出IA=IC1+IC2=1IA+2IC+ i CBO1+ i CBO2=1IA+2IC+IO， （3）式中，IO= i CBO1+ i CBO2

18、为J2结的反向饱和电流之和，或称为漏电流。再从整个晶闸管外部电路来看，应有IA+IG=IC。 （4）由式（3）和式（4），可得到阳极电流为IA=（IO+2IG）/1-（1+2） （5）晶闸管外加正向电压UAK；但门极断开，IG=0时，中间结J2承受反偏电压，阻断阳极电流，这时IA=IC很小，由式（5）得IA=IC=IO/1-（1+2）0 （6）分页在IA、IC很小时晶闸管中共基极电流放大系数1、2也很小，1、2都随电流IA、IC的增大而增大。如果门极电流IG=0，在正常情况下，由于IO很小，IA=IC仅为很小的漏电流，1+2不大，这时的晶闸管处于阻断状态。一旦引入了门极电流IG，将使IA增大，

19、IC增大，这将使共基极电流放在系数1、2变大，1、2变大后，IA、IC进一步变大，又使1、2变得更大。在这种正反馈作用下使用1+2接近于1，晶闸管立即从断态转为通态。内部的两个等效三极管都进入饱和导电状态，晶闸管的等效电阻变得很小，其通态压降仅为12V，这时的电流IAIC；则由外电路电源电压US和负载电阻R限定，即IAICUS/R。一旦晶闸管从断态转为通态后，因IA、IC已经很大，即使撤除门极电流IG，由于1+21，由式（5）可知IA=IC仍然会很大，晶闸管仍然继续处于通态，并保持由外部电路所决定的阳极电流IA=IC=US/R。二、晶闸管的基本特性晶闸管阳极与阴极间的电压和阳极电流的关第，称晶

20、闸管的伏安特性。晶闸管的伏安特性位于第一象限的是正向伏安特性，位于第三象限的是反向伏安特性（如图2所示）。其主要特性表现如下。（1） 在正向偏置下，开始器件处于正向阻断状态，当UAK=UA时，发生转折，经过负阻区由阻断状态进入导通状态（OA正向阻断状态，AB转折态，BL负阻态，LD导通状态，A转折点，UA转折电压）。从图2中可以看到，这种状态的转换，可以由电压引起，也可以由门极电流引起（门极触发导通）。（2） 当IG2>IG1>IG时，UA2< SPAN>A1< SPAN>A，且一旦触发导通后，即使去掉门极信号，器件仍能维持导通状态不变。这是二极管、三极管所

21、没有，晶闸管所特有的性质，称为自锁或擎住特性（L擎住点，IL擎住电流）。可见，晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。因此，触发电流常采用脉冲电流，而无需采用直流电流。（3） 导通之后，只要流过器件的电流逐渐减小到某值，器件又可恢复到阻断状态（H关断点、IH维持电流）。这种关断方式称为自然关断，例如，可采用加反偏电压的方法进行强迫关断。（4） 在反向偏置下，其伏安特性和整流管的完全相同（OP反向阻断状态，PR反向击穿状态，P击穿点，UB击穿电压）。三、晶闸管的主要特性参数1、 晶闸管的电压定额（1） 额定电压UR。在门极开路（IG=0），器件额定结温度时，图2中正向和反向折转电压的80%值规定为断

22、态正向重复峰值电压UDRM和断态反向重复峰值电压URRM这两个电压中较小的一个电压值规定为该晶闸管的额定电压UR。 由于在电路中可能偶然出现较大的瞬时过电压而损坏晶闸管，在实际电力电子变换和控制电路设计和应用中，通常按照电路中晶闸管正常工作峰值电压的23倍的电压值选定为晶闸管的额定电压，以确保足够的安全电量。（2）通态峰值电压UTM。规定为额定电流时的管压降峰值， 一般为1.52.5V，且随阳极电流的增大而略微增加。额定电流时的通态平均电压降一般为1V左右。2、晶闸管的电流定额（1）晶闸管的额定电流IR。在环境温度为40和规定的散热冷却条件下，晶闸管在电阻性负载的单相，工频正弦半波导电，结温稳

23、定在额定值125时，所对应的通态平均电流值定义为晶闸管的额定电流IR。晶闸管的额定电流也是基于功耗发热而导致结温不超过允许值而限定的。如果正弦电流的峰值为I m，则正弦半波电流的平均值为 已知正弦半波的有效值（均方根值）为 由式（1）和式（2）得到有效值为 即产品手册中的额定电流为IR=IAV=100A的晶闸管可以通过任意波形、有效值为157A的电流，其发热温升正好是允许值。在实际应用中由于电路波形可能既非直流（直流电的平均值与有效值相等），又非半波正弦；因此应按照实际电流波形计算其有效值，再将此有效值除以1.57作为选择晶闸管额定电流的依据。当然，由于晶闸管等电力电子半导体开关器件热容量很小

24、，实际电路中的过电流又不可能避免，故在设计应用中通常留有1.52.0倍的电流安全裕量。分页（2）浪涌电流ITSM。系指晶闸管在规定的极短时间内所允许通过的冲击性电流值，通常ITSM比额定电流IR大4倍。例如，100A的元件，其值为(1.31.9)kA；1000A元件，其值为(1319)kA。（3）维持电流IH。使晶闸管维持导通所必须的最小阳极电流。当通过晶闸管的实际电流小于维持电流IH值时，晶闸管转为断态，大于此值时晶闸管还能维持其原有的通态。（4）擎住电流IL。晶闸管在触发电流作用下被触发导通后，只要管子中的电流达到某一临界值时，就可以把触发电流撤除，这时晶闸管仍然自动维持通态，这个临界电流

25、值称为擎住电流IL。擎住电流IL和维持电流IH都随结温的下降而增大。但是请注意，擎住电流和维持电流在概念上是不同的。通常擎住电流IL要比维持电流IH大24倍。3、动态参数（1）开通时间ton和关断时间toff。承受正向电压作用但处于断态作用的晶闸管，当门极触发电流来到时，由于载流子渡越到基区P2需要一定时间，阳极电流IA要延迟td才开始上升，尔后再经过一个tr(使基区载流子浓度足够)，IA才达到由外电路所决定的阳极电流稳定值。晶闸管从断态到通态的开通时间ton定义为ton=td +t r，其中，td为延迟时间，tr为上升时间。 当已处于通态的晶闸管从外电路施加反向电压于晶闸管AK两端，并迫使它

26、的阳极电流IA从稳态值开始下降为0后，晶闸管中的各层区的载流子必须经过一定时间才能消失，恢复其正向阻断能力。晶闸管的关断时间toff定义为从阳极电流下降到0开始，到晶闸管恢复了阻断正向电压的能力，并能承担规定的du/dt而不误导通所必须的时间。 晶闸管的关断时间与元件的结温、关断前的阳极电流大小及所加的反向阳极电压有关。普通晶闸管的toff约为几十微秒左右。为缩短关断时间应适当加大反压，并保持一段反压作用时间，以使载流子充分复合而消失。快速晶闸管的toff可减小到1020s以下，可用于高频开关电路的高频晶闸管，其关断时间更短（小于10s）。（2）断态电压临界上升率du/dt。在规定条件下，不会

27、导致从断态到通态转换的最大阳极电压上升率。其数值对于不同等级（共7级）的晶闸管是不同的，最差的A级器件为25V/s，最好的G级晶闸管高达1000V/s，一般的是（100200）V/s。 晶闸管阳极电压低于转折电压UA时，在过大的du/dt下也会引起误导通。因为在阻断状态下的晶闸管上突然加以正向阳极电压，在其内部相当于一个电容的J2结上，就会有充电电流流过界面，这个电流流经J3结时，起到了类似于触发电流的作用；因此过大的充电电流就会引起晶闸管的误触发导通。 为了限制断态电压上升率，可以在晶闸管阳极与阴极间并上一个RC阻容缓冲支路，利用电容两端电压不能突变的特点来限制晶闸管A、K两端电压上升率。电

28、阻R的作用是防止并联电容与阳极主回路电感产生串联谐振。此外，晶闸管从断态到通态时，电阻R又可限制电容C的放电电流。（3）通态电流临界上升率di/dt在规定的条件下，为晶闸管能够承受而不致损害的通态电流的最大上升率。目前最差的A级晶闸管为25A/s，最好的G级晶闸管为500A/s，一般的是（100200）A/s。 过大的di/dt可使晶闸管内部局部过热而损坏，因为当门极流入触发电流后，晶闸管开始只在靠近门极附近的小区域内导通，然后导通区才逐渐扩大，直至全部结面都导通。如果电流上升太快，很大的电流将在门极附近的小区域内通过，造成局部过热而烧坏。分页四、晶闸管家族的其他主要电力电子器件1、快速晶闸管

29、（FST）快速晶闸管通常是指那些关断时间toff50s、速度响应特性优良的晶闸管。它的基本结构和特性与普通晶闸管完全一样；但是由于快速晶闸管的工作频率（f400Hz）比普通晶闸管的工作频率高，所以仅要求其关断时间短是不全面的。因此，在关断时间的基础上，还要求快速晶闸管的通态压降低、开关损耗小、通态电流临界上升率di /dt及断态电压临界上升率du/dt高。只有这样，它才能在较高的工作频率下安全可靠地工作。这种快速晶闸管主要应用于直流电源供电的逆变器的斩波器，在这种电路中，它的关断时间通常只有（2050）s，比普通晶闸管快一个数量级。2、 逆导型晶闸管（RCT）普通晶闸管表现为正向可控闸流特性，

30、反向高阻特性，称为逆阻型器件。逆导晶闸管是一个反向导通的晶闸管，是将一个晶闸管与一个续流二极管反并联集成在同一硅片上构成的新器件，如图3（a）所示。逆导晶闸管的工作原理与普通晶闸管相同，其伏安特性如图3（b）所示。正向表现为晶闸管正向伏安特性，反向表现为二极管特性。 与普通晶闸管相比，逆导晶闸管有如下特点：正向转折电压比普通晶闸管高，电流容量大，易于提高开关速度，高温特性好（允许结温可达150以上），减小了接线电感，缩小了装置体积。3、 双向晶闸管（TRIAC）图4所示双向晶闸管TRIAC也是一个三端器件，它有两个主电极T1、T2和一个门极G，触发信号加在T2极和门极G之间，它在正反两个方向电

31、压下均可用同一门极控制触发导通。双向晶闸管在结构上可以看做是一对普通逆阻型晶闸管的反并联。其符号、等效电路和阳极伏安特性如图4所示。其特性也反映了反并联晶闸管的组合效果，即在第一和第三象限具有对称的阳极伏安特性。这个特征与图1所示逆阻型晶闸管正向导通特性是相同的。对双向晶闸管在门极G和主电极T2之间送入正触发脉冲电流（IG从G流入，从T2流出）或负脉冲电流（IG从T2流入，从G流出）均能使双向晶闸管导通。根据T1、T2间电压极性的不同及门极信号极性的不同，双向晶闸管有4种触发和开通方式：分页（1） 主电极T1相对T2电位为正的情况下，门极G和T2之间加正触发脉冲电压、电流，这时双向晶闸管导通工作在第一象限，称为I+触发方式。（2） 主电极T1相对T2电位为正的情况下，门极G和T2之间加负触发脉冲电压、电流，这时双向晶闸管导通也工作在第一象限，称为I-触发方式。（3） 主电极T2相对T1电位为正的情况下，门极G和T2之间加正触发脉冲电压、电流，这时双