首先来谈一下晶体管的基础知识,晶体管器件是由半导体材料锗或硅的PN或NP电结构成(目前锗材料已被逐步淘汰),下面主要介绍一下硅材料.
硅材料:硅具有优良的半导体电学性质.禁带宽度适中,为1.21电子伏.载流子迁移率较高,电子迁移率为1350平方厘米/伏 .秒,空穴迁移率为480平方厘米/伏 .秒.本征电阻率在室温(300K)下高达2.3t10的5次方欧 .厘米,掺杂后电阻率可控制在10的4次方~10的负4次方欧 .厘米的宽广范围内,能满足制造各种器件的需要.硅单晶的非平衡少数载流子寿命较长,在几十微秒至1毫秒之间.热导率较大,化学性质稳定,又易于形成稳定的热氧化膜.在平面型硅器件制造中可以用氧化膜实现PN结表面钝化和保护,还可以形成金属氧化物半导体结构,制造MOS型场效应晶体管和集成电路.上述性质使PN结具有良好特性,使硅器件具有耐高压,反向漏电流小,效率高,使用寿命长,可靠性好,热传导好等优点.
在电脑中我们经常看到MOS器件,那么什么是MOS器件呢?
MOS的全文是:Metal Oxide Semiconductor 金属氧化物半导体.用氧化膜硅材料制作的场效应晶体管,就叫做MOS型场效应晶体管,既:金属氧化物场效应晶体管.
在冬季,当我们把手放在一块木板和放在一块铁板上时,就会感觉到铁板比木板凉,铁板越大,接触的越紧,越感到凉.这说明铁板比木板的散热能力好,而且散热能力与面积,体积,几何形状,以及接触面的紧密程度都有关系.
在电脑工作时,芯片晶体管PN结的损耗(任何集成电路芯片都是由N个晶体管组成)产生了温升Ti,它是通过管芯与外壳之间的热阻Rri,无散热片时元件外壳和周围环境之间的热阻Rrb,元件与散热片之间的热阻Rrc和散热片与周围环境之间的热阻Rrf这四种渠道将热量传走,使温差能够符合元件正常运行的要求.
由于热的传导以流过Rri,Rrc和Rrf三个热阻为主,因此总热阻Rrz可以用下式来表示:
Rrz=Rri+Rrc+Rrf
于是当芯片的允许温升和功耗都已经确定了以后,即可定出需要的总热阻Rrz,再从下式中决定散热器的尺寸,这就是我要介绍热阻的目的和它的应用.
热阻Rr是从芯片的管芯经外壳,接触面,散热片到周围空气的总热阻Rrz,因此可有下式计算得知.
Ti-Ta=Pc(Rti+Rrc+Rrf)=Pc Rrz
Rrz=(Ti-Ta)/Pc
式中:Ti芯片允许的结温,Ta芯片环境周围的空气温度,Pc芯片的热源功率损耗