Jack Kilby成功发明的首个集成电路是将一只晶体管、数个电阻器和一个电容器嵌置在一片不到半英尺长的锗片上制成的。无论用哪种标准衡量,这种装置都只能用粗糙来形容,但示波器屏幕却显示这块集成电路确实能够运作。
Jack Kilby时常调侃说,如果他知道自己发明的首个可实际使用的集成电路在接下来的40年一直被人们所运用,他一定会“把它设计得美一点”。
一代又一代电气工程师完成了他的这一愿望,而未来的接班人还将继续将他的原始设计变得更加完美。
但是,回到1958年,究竟是怎样的技术元件帮助Jack Kilby将其粗略的设计从设想变成现实呢?
早在九年前,贝尔实验室就发明了晶体管,由此打开了半导体电子学进步的大门。
贝尔的晶体管代替了此前体积大、成本高、易碎且功耗大的真空管。1950年代中期,晶体管开始出现在消费性产品和军事应用中。
然而,晶体管自身也存在弱点。部分应用要求将数千个晶体管与同样成千上万个传统元件手工连接在一起,从而组成电路。这项工作不仅耗时、成本高昂而且可靠性也令人堪忧。
除此之外,晶体管还存在另一个问题,工程师将该问题称为“数字暴力”,即电路系统中相互连接的晶体管与其他装置的绝对数量将导致晶体管应用停滞不前。其体积与重量也往往会使得它们无法在包括空中军事应用等众多装置中运行。只要一个元件出现问题,那么整个系统都会彻底瘫痪。
首先,门极-源极间电压以0V时考虑(VGS =0)。在此状态下漏极-源极间电压VDS 从0V增加,漏电流ID几乎与VDS 成比例增加,将此区域称为非饱和区。VDS 达到某值以上漏电流ID 的变化变小,几乎达到一定值。此时的ID 称为饱和漏电流(有时也称漏电流用IDSS 表示。与此IDSS 对应的VDS 称为夹断电压VP ,此区域称为饱和区。
其次在漏极-源极间加一定的电压VDS (例如0.8V),VGS 值从0开始向负方向增加,ID 的值从IDSS 开始慢慢地减少,对某VGS 值ID =0。将此时的VGS 称为门极-源极间遮断电压或者截止电压,用VGS (off)示。n沟道JFET的情况则VGS (off) 值带有负的符号,测量实际的JFET对应ID =0的VGS 因为很困难,在放大器使用的小信号JFET时,将达到ID =0.1-10μA 的VGS 定义为VGS (off) 的情况多些。
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