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文檔簡介

1、分立元件電路與集成電路李亞妮工商管理1301201306010113一、分立元件電路1.1 二極管1.1.1定義二極管是電子元件當(dāng)中,一種具有兩個(gè) HYPERLINK /view/609350.htm t _blank 電極的裝置,只允許電流由單一方向流過,許多的使用是應(yīng)用其整流的功能。而變?nèi)荻O管則用來當(dāng)作電子式的可調(diào)電容器。大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱之為“ HYPERLINK /view/299310.htm t _blank 整流”功能。二極管最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過(稱為順向偏壓),反向時(shí)阻斷 (稱為逆向偏壓)。因此,二極管可以想成電子版的逆止閥。1.1.

2、2功能二極管具有 HYPERLINK /wiki/%E9%99%BD%E6%A5%B5 o 陽極 陽極和 HYPERLINK /wiki/%E9%99%B0%E6%A5%B5 o 陰極 陰極兩個(gè)端子,電流只能往單一方向流動(dòng)。也就是說,電流可以從陽極流向陰極,而不能從陰極流向陽極。對(duì)二極管所具備的這種單向特性的應(yīng)用,通常稱之為“ HYPERLINK /wiki/%E6%95%B4%E6%B5%81 o 整流 整流”功能。在真空管內(nèi),借由電極之間加上的電壓能夠讓熱電子從陰極到達(dá)陽極,因而有整流的作用。將 HYPERLINK /wiki/%E4%BA%A4%E6%B5%81%E7%94%B5 o 交

3、流電 交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?HYPERLINK /wiki/%E7%9B%B4%E6%B5%81%E7%94%B5 o 直流電 直流電,包括無線電接收器對(duì)無線電信號(hào)的 HYPERLINK /wiki/%E8%B0%83%E5%88%B6 o 調(diào)制 調(diào)制,都是通過整流來完成的。因?yàn)槠漤樝蛄魍ǚ聪蜃钄嗟奶攸c(diǎn),二極管可以想成電子版的逆止閥。然而實(shí)際上,二極管并不會(huì)表現(xiàn)出如此完美的開關(guān)性,而是呈現(xiàn)出較為復(fù)雜的非線性電子特征這是由特定類型的二極管技術(shù)決定的。一般來說,只有在正向達(dá)到 HYPERLINK /wiki/%E9%98%88%E5%80%BC%E7%94%B5%E5%8E%8B o 閾值電壓 閾值電壓時(shí)

4、,二極管才會(huì)開始工作(此狀態(tài)被稱為正向偏置) HYPERLINK /wiki/%E4%BA%8C%E6%A5%B5%E7%AE%A1 l cite_note-6 5。一個(gè)正向偏置的二極管兩端的電壓降變化只與電流有一點(diǎn)關(guān)系,并且是 HYPERLINK /wiki/%E6%B8%A9%E5%BA%A6 o 溫度 溫度的函數(shù)。因此這一特性可用于 HYPERLINK /wiki/%E6%B8%A9%E5%BA%A6%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8 o 溫度傳感器 溫度傳感器或 HYPERLINK /wiki/%E5%8F%82%E8%80%83%E7%94%B5%E5%8E%8B

5、 o 參考電壓 參考電壓。半導(dǎo)體二極管的非線性電流-電壓特性,可以根據(jù)選擇不同的半導(dǎo)體材料和HYPERLINK /wiki/%E6%8E%BA%E6%9D%82_(%E5%8D%8A%E5%AF%BC%E4%BD%93) o 摻雜 (半導(dǎo)體)摻雜不同的雜質(zhì)從而形成 HYPERLINK /wiki/%E6%9D%82%E8%B4%A8%E5%8D%8A%E5%AF%BC%E4%BD%93 o 雜質(zhì)半導(dǎo)體 雜質(zhì)半導(dǎo)體來改變。特性改變后的二極管在使用上除了用做開關(guān)的方式之外,還有很多其他的功能,如:用來調(diào)節(jié)電壓( HYPERLINK /wiki/%E9%BD%8A%E7%B4%8D%E4%BA%8C

6、%E6%A5%B5%E9%AB%94 o 齊納二極管 齊納二極管),限制高電壓從而保護(hù)電路( HYPERLINK /w/index.php?title=%E9%9B%AA%E5%B4%A9%E4%BA%8C%E6%9E%81%E7%AE%A1&action=edit&redlink=1 o 雪崩二極管(頁面不存在) 雪崩二極管),無線電調(diào)諧( HYPERLINK /wiki/%E8%AE%8A%E5%AE%B9%E4%BA%8C%E6%A5%B5%E9%AB%94 o 變?nèi)荻O管 變?nèi)荻O管),產(chǎn)生射頻振蕩( HYPERLINK /wiki/%E9%9A%A7%E9%81%93%E4%BA%8

7、C%E6%A5%B5%E9%AB%94 o 隧道二極管 隧道二極管、 HYPERLINK /wiki/%E8%80%BF%E6%B0%8F%E4%BA%8C%E6%9E%81%E7%AE%A1 o 耿氏二極管 耿氏二極管、 HYPERLINK /w/index.php?title=IMPATT%E4%BA%8C%E6%9E%81%E7%AE%A1&action=edit&redlink=1 o IMPATT二極管(頁面不存在) IMPATT二極管)以及產(chǎn)生光( HYPERLINK /wiki/%E5%8F%91%E5%85%89%E4%BA%8C%E6%9E%81%E7%AE%A1 o 發(fā)光二

8、極管 發(fā)光二極管)。半導(dǎo)體二極管中,有利用 HYPERLINK /wiki/P%E5%9E%8B%E5%8D%8A%E5%AF%BC%E4%BD%93 o P型半導(dǎo)體 P型和 HYPERLINK /wiki/N%E5%9E%8B%E5%8D%8A%E5%AF%BC%E4%BD%93 o N型半導(dǎo)體 N型兩種半導(dǎo)體接合面的 HYPERLINK /wiki/PN%E7%BB%93 o PN結(jié) PN結(jié)效應(yīng),也有利用金屬與半導(dǎo)體接合產(chǎn)生的 HYPERLINK /wiki/%E8%82%96%E7%89%B9%E5%9F%BA%E4%BA%8C%E6%9E%81%E7%AE%A1 o 肖特基二極管 肖特

9、基效應(yīng)達(dá)到整流作用的類型。若是PN結(jié)型的二極管,在P型側(cè)就是陽極,N型側(cè)則是陰極。半導(dǎo)體二極管的電流電壓特性曲線。電壓在正的區(qū)域稱為正向偏置。1.1.3 特性正向性外加正向電壓時(shí),在正向特性的起始部分,正向電壓很小,不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)的阻擋作用,正向電流幾乎為零,這一段稱為 HYPERLINK /view/421246.htm t _blank 死區(qū)。這個(gè)不能使二極管導(dǎo)通的正向電壓稱為死區(qū)電壓。當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓以后,PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)被克服,二極管正向?qū)?,電流隨電壓增大而迅速上升。在正常使用的電流范圍內(nèi),導(dǎo)通時(shí)二極管的端電壓幾乎維持不變,這個(gè)電壓稱為二極管的正向電壓。當(dāng)二極管兩端的正向電

10、壓超過一定數(shù)值,內(nèi)電場(chǎng)很快被削弱,特性電流迅速增長,二極管正向?qū)ā=凶鲩T坎電壓或閾值電壓,硅管約為0.5V,鍺管約為0.1V。硅二極管的正向?qū)▔航导s為0.60.8V,鍺二極管的正向?qū)▔航导s為0.20.3V。反向性外加反向電壓不超過一定范圍時(shí),通過二極管的電流是少數(shù)載流子HYPERLINK /view/2726.htm t _blank漂移運(yùn)動(dòng)所形成反向電流。由于反向電流很小,二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。這個(gè)反向電流又稱為反向飽和電流或 HYPERLINK /view/1297237.htm t _blank 漏電流,二極管的反向飽和電流受溫度影響很大。一般硅管的反向電流比鍺管小得多,小功率硅管的

11、反向飽和電流在nA數(shù)量級(jí),小功率鍺管在A數(shù)量級(jí)。溫度升高時(shí),半導(dǎo)體受熱激發(fā),少數(shù)載流子數(shù)目增加,反向飽和電流也隨之增加。擊穿外加反向電壓超過某一數(shù)值時(shí),反向電流會(huì)突然增大,這種現(xiàn)象稱為 HYPERLINK /view/3070038.htm t _blank 電擊穿。引起電擊穿的臨界電壓稱為二極管反向擊穿電壓。電擊穿時(shí)二極管失去單向?qū)щ娦?。如果二極管沒有因電擊穿而引起過熱,則單向?qū)щ娦圆灰欢〞?huì)被永久破壞,在撤除外加電壓后,其性能仍可恢復(fù),否則二極管就損壞了。因而使用時(shí)應(yīng)避免二極管外加的反向電壓過高。1.1.4 歷史20世紀(jì)初,由于無線電接收器探測(cè)器的需要,熱離子二極管(真空管)和 HYPERL

12、INK /wiki/%E5%9B%BA%E6%80%81%E7%94%B5%E5%AD%90%E5%99%A8%E4%BB%B6 o 固態(tài)電子器件 固態(tài)二極管(半導(dǎo)體二極管)大約在相同的時(shí)間分別研發(fā)。直到20世紀(jì)50年代之前,真空管二極管在收音機(jī)中都更為常用。這是因?yàn)樵缙诘狞c(diǎn)接觸式半導(dǎo)體二極管(貓須探測(cè)器)并不穩(wěn)定,并且那時(shí)大多數(shù)的收音機(jī)放大器都是由真空管制成,二極管可以直接放入其中。而且那時(shí)真空管整流器和充氣整流器處理一些高電壓、高電流整流任務(wù)的能力更是遠(yuǎn)在半導(dǎo)體二極管(如 HYPERLINK /w/index.php?title=%E7%A1%92%E6%95%B4%E6%B5%81%E5

13、%99%A8&action=edit&redlink=1 o 硒整流器(頁面不存在) 硒整流器)之上。真空管的發(fā)現(xiàn)1873年, HYPERLINK /w/index.php?title=%E5%BC%97%E9%9B%B7%E5%BE%B7%E9%87%8C%E5%85%8B%C2%B7%E6%A0%BC%E6%80%9D%E9%87%8C&action=edit&redlink=1 o 弗雷德里克格思里(頁面不存在) 弗雷德里克格思里(Frederick Guthrie)發(fā)現(xiàn)了熱離子二極管的基本操作原理。他發(fā)現(xiàn)了當(dāng)白熱化的 HYPERLINK /wiki/%E6%8E%A5%E5%9C%B0

14、 o 接地 接地金屬接近帶正電的 HYPERLINK /wiki/%E9%AA%8C%E7%94%B5%E5%99%A8 o 驗(yàn)電器 驗(yàn)電器時(shí),驗(yàn)電器的電會(huì)被引走;然而帶負(fù)電的驗(yàn)電器則不會(huì)發(fā)生類似情況。這表明了電流只能向一個(gè)方向流動(dòng)。1880年2月13日, HYPERLINK /wiki/%E6%89%98%E9%A9%AC%E6%96%AF%C2%B7%E7%88%B1%E8%BF%AA%E7%94%9F o 托馬斯愛迪生 托馬斯愛迪生也發(fā)現(xiàn)了這一規(guī)律。當(dāng)時(shí),愛迪生正在研究為什么他的碳絲燈泡的燈絲幾乎總是在正極端燒斷。他有一個(gè)密封了金屬板的特殊玻璃外殼燈泡。利用這個(gè)裝置,他證實(shí),發(fā)光的燈絲會(huì)

15、有一種無形的電流穿過 HYPERLINK /wiki/%E7%9C%9F%E7%A9%BA o 真空 真空與金屬板連接,但只有當(dāng)板被連接到正電源時(shí)才會(huì)發(fā)生。愛迪生隨即發(fā)明了一種電路,他的特殊燈泡有效地取代了 HYPERLINK /wiki/%E7%9B%B4%E6%B5%81 o 直流 直流 HYPERLINK /wiki/%E7%94%B5%E5%8E%8B%E8%A1%A8 o 電壓表 電壓表中的電阻。在1884年,愛迪生被授予了此項(xiàng)發(fā)明的專利。由于當(dāng)時(shí)這種裝置實(shí)際上并不能看出實(shí)用價(jià)值,這項(xiàng)專利更多地是為了防止別人聲稱最早發(fā)現(xiàn)了這一所謂“ HYPERLINK /wiki/%E7%83%AD

16、%E5%8F%91%E5%B0%84 o 熱發(fā)射 愛迪生效應(yīng)”。20年后, HYPERLINK /wiki/%E7%BA%A6%E7%BF%B0%C2%B7%E5%BC%97%E8%8E%B1%E6%98%8E o 約翰弗萊明 約翰弗萊明(愛迪生前雇員)發(fā)現(xiàn)了這一效應(yīng)的實(shí)用價(jià)值,它可以用來制作精確 HYPERLINK /w/index.php?title=%E6%A3%80%E6%B3%A2%E5%99%A8&action=edit&redlink=1 o 檢波器(頁面不存在) 檢波器。1904年11月16日,第一個(gè)真正的熱離子二極管弗萊明管,由弗萊明在英國申請(qǐng)了專利。固態(tài)二極管1874年,

17、HYPERLINK /wiki/%E5%BE%B7%E5%9B%BD o 德國 德國物理學(xué)家 HYPERLINK /wiki/%E5%8D%A1%E5%B0%94%C2%B7%E5%B8%83%E5%8A%B3%E6%81%A9 o 卡爾布勞恩 卡爾布勞恩發(fā)現(xiàn)了 HYPERLINK /wiki/%E6%99%B6%E4%BD%93 o 晶體 晶體的“單向傳導(dǎo)”的能力,并在1899年將晶體整流器申請(qǐng)了專利。 HYPERLINK /wiki/%E6%B0%A7%E5%8C%96%E4%BA%9A%E9%93%9C o 氧化亞銅 氧化亞銅和 HYPERLINK /w/index.php?title=

18、%E7%A1%92%E6%95%B4%E6%B5%81%E5%99%A8&action=edit&redlink=1 o 硒整流器(頁面不存在) 硒整流器則是在1930年代為了供電應(yīng)用而發(fā)明的。印度人 HYPERLINK /wiki/%E8%B4%BE%E6%A0%BC%E8%BF%AA%E4%BB%80%C2%B7%E9%92%B1%E5%BE%B7%E6%8B%89%C2%B7%E5%8D%9A%E6%96%AF o 賈格迪什錢德拉博斯 賈格迪什錢德拉博斯在1894年成為了第一個(gè)使用晶體檢測(cè)無線電波的科學(xué)家。他也在厘米和毫米級(jí)別對(duì) HYPERLINK /wiki/%E5%BE%AE%E6%

19、B3%A2 o 微波 微波進(jìn)行了研究 HYPERLINK /wiki/%E4%BA%8C%E6%A5%B5%E7%AE%A1 l cite_note-11 10 HYPERLINK /wiki/%E4%BA%8C%E6%A5%B5%E7%AE%A1 l cite_note-Sarkar-12 11。1903年,格林里夫惠特勒皮卡德(Greenleaf Whittier Pickard)發(fā)明了硅晶檢波器,并在1906年11月20日注冊(cè)了專利。也正是因?yàn)楦窳掷锓?,使?HYPERLINK /w/index.php?title=%E6%99%B6%E4%BD%93%E6%A3%80%E6%B3%A2

20、%E5%99%A8&action=edit&redlink=1 o 晶體檢波器(頁面不存在) 晶體檢波器發(fā)展成了可實(shí)用于 HYPERLINK /w/index.php?title=%E6%97%A0%E7%BA%BF%E7%94%B5%E6%8A%A5&action=edit&redlink=1 o 無線電報(bào)(頁面不存在) 無線電報(bào)的裝置。其他實(shí)驗(yàn)者嘗試了多種其他物質(zhì),其中最廣泛使用的是礦物 HYPERLINK /wiki/%E6%96%B9%E9%93%85%E7%9F%BF o 方鉛礦 方鉛礦( HYPERLINK /wiki/%E7%A1%AB%E5%8C%96%E9%93%85 o 硫

21、化鉛 硫化鉛),因它價(jià)格便宜且容易獲取。在這些早期的 HYPERLINK /wiki/%E7%9F%BF%E7%9F%B3%E6%94%B6%E9%9F%B3%E6%9C%BA o 礦石收音機(jī) 晶體收音機(jī)集的晶體檢波器包括一個(gè)可調(diào)節(jié)導(dǎo)線的點(diǎn)接觸設(shè)備(即所謂的“貓須”)??梢酝ㄟ^手動(dòng)調(diào)節(jié)晶體表面上的導(dǎo)線,以獲得最佳的信號(hào)。這個(gè)較為麻煩的設(shè)備在20世紀(jì)20年代由熱離子二極管所取代。20世紀(jì)50年代,高純度的半導(dǎo)體材料出現(xiàn)。因?yàn)樾鲁霈F(xiàn)的鍺二極管價(jià)格便宜,晶體收音機(jī)重新開始被大規(guī)模使用。 HYPERLINK /wiki/%E8%B4%9D%E5%B0%94%E5%AE%9E%E9%AA%8C%E5%A

22、E%A4 o 貝爾實(shí)驗(yàn)室 貝爾實(shí)驗(yàn)室還開發(fā)了鍺二極管微波接收器。20世紀(jì)40年代中后期, HYPERLINK /wiki/%E7%BE%8E%E5%9B%BD%E7%94%B5%E8%AF%9D%E7%94%B5%E6%8A%A5%E5%85%AC%E5%8F%B8 o 美國電話電報(bào)公司 美國電話電報(bào)公司在美國四處新建的微波塔上開始應(yīng)用這種微波接收器,主要用于傳輸電話和網(wǎng)絡(luò)電視信號(hào)。不過貝爾實(shí)驗(yàn)室并未研發(fā)出效果令人滿意的熱離子二極管微波接收器。1.1.5 分類(1)依照材料及發(fā)展年代分類:1 HYPERLINK /wiki/%E7%9C%9F%E7%A9%BA%E7%AE%A1 o 真空管 二

23、極真空管2. HYPERLINK /wiki/%E9%94%97 o 鍺 鍺二極管3. HYPERLINK /wiki/%E7%A1%92 o 硒 硒二極管4. HYPERLINK /wiki/%E7%A1%85 o 硅 硅二極管5. HYPERLINK /wiki/%E7%A0%B7%E5%8C%96%E9%8E%B5 o 砷化鎵 砷化鎵二極管(2)依照應(yīng)用及特性分類:1PN結(jié)二極管(PN Diode)利用 HYPERLINK /wiki/%E5%8D%8A%E5%AF%BC%E4%BD%93 o 半導(dǎo)體 半導(dǎo)體中 HYPERLINK /wiki/PN%E7%BB%93 o PN結(jié) PN接合

24、的整流性質(zhì),是最基本的半導(dǎo)體二極管。細(xì)節(jié)請(qǐng)參照 HYPERLINK /wiki/PN%E7%BB%93 o PN結(jié) PN結(jié)的條目。2 HYPERLINK /wiki/%E8%95%AD%E7%89%B9%E5%9F%BA%E4%BA%8C%E6%A5%B5%E9%AB%94 o 肖特基二極管 肖特基二極管利用金屬和半導(dǎo)體二者的接合面的肖特基效應(yīng)的整流作用。由于正向的切入電壓較低,導(dǎo)通回復(fù)時(shí)間也短,適合用于高頻率的整流。一般而言漏電流較多,突波耐受度較低。也有針對(duì)此缺點(diǎn)做改善的品種推出。3 HYPERLINK /wiki/%E7%A9%A9%E5%A3%93%E4%BA%8C%E6%A5%B5%

25、E9%AB%94 o 穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管(Reference Diode)(常用稱法: HYPERLINK /wiki/%E9%BD%8A%E7%B4%8D%E4%BA%8C%E6%A5%B5%E9%AB%94 o 齊納二極管 齊納二極管)被施加反方向電壓的場(chǎng)合,超過特定電壓時(shí)發(fā)生的反向擊穿電壓隨反向電流變化很小,具有一定的電壓穩(wěn)定能力。利用此性質(zhì)做成的元件被用于電壓基準(zhǔn)。借由摻雜物的種類、濃度,決定擊穿電壓(破壞電壓)。其正向特性與一般的二極管相同。4. HYPERLINK /w/index.php?title=%E6%81%92%E6%B5%81%E4%BA%8C%E6%A5%B5%E

26、9%AB%94&action=edit&redlink=1 o 恒流二極管(頁面不存在) 恒流二極管(或稱定電流二極管,CRD、Current Regulative Diode, HYPERLINK /wiki/Constant_current_diode o en:Constant current diode Constant Current Diode)被施加順方向電壓的場(chǎng)合,無論電壓多少,可以得到一定的電流的元件。通常的電流容量在115mA的范圍。雖然被稱為二極管,但是構(gòu)造、動(dòng)作原理都與 HYPERLINK /wiki/%E7%BB%93%E5%9E%8B%E5%9C%BA%E6%95%

27、88%E5%BA%94%E7%AE%A1 o 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 接合型電場(chǎng)效應(yīng)晶體管相似。5變?nèi)荻O管施加反向電壓的場(chǎng)合,二極管PN接合的耗盡層厚度會(huì)因電壓不同而變化,產(chǎn)生靜電容量(接合容量)的變化,可當(dāng)作由電壓控制的可變電容器使用。沒有機(jī)械零件所以可靠度高,廣泛應(yīng)用于 HYPERLINK /wiki/%E5%A3%93%E6%8E%A7%E6%8C%AF%E7%9B%AA%E5%99%A8 o 壓控振蕩器 壓控振蕩器或可變電壓濾波器,也是電視接收器和 HYPERLINK /wiki/%E8%A1%8C%E5%8B%95%E9%9B%BB%E8%A9%B1 o 移動(dòng)電話 移動(dòng)電話不可缺少的零件。6

28、. HYPERLINK /wiki/%E7%99%BC%E5%85%89%E4%BA%8C%E6%A5%B5%E9%AB%94 o 發(fā)光二極管 發(fā)光二極管可以發(fā)光的二極管。由發(fā)光種類與特性又有紅外線二極管、各種顏色的見光二極管、紫外線二極管等。7. HYPERLINK /wiki/%E6%BF%80%E5%85%89%E4%BA%8C%E6%A5%B5%E7%AE%A1 o 激光二極管 激光二極管當(dāng)LED產(chǎn)生的光是帶寬極窄的同調(diào)光(Coherent Light)時(shí),則稱為激光二極管。8. HYPERLINK /wiki/%E5%85%89%E9%9B%BB%E4%BA%8C%E6%A5%B5%

29、E9%AB%94 o 光電二極管 光電二極管光線射入 HYPERLINK /wiki/PN%E6%8E%A5%E9%9D%A2 o PN結(jié) PN結(jié),P區(qū)空穴、N區(qū)電子大量發(fā)生,產(chǎn)生電壓( HYPERLINK /wiki/%E5%85%89%E9%9B%BB%E6%95%88%E6%87%89 o 光電效應(yīng) 光電效應(yīng))。借由測(cè)量此電壓或電流,可作為光感應(yīng)器使用。有PN、PIN、肖特基、APD等類型。 HYPERLINK /wiki/%E5%A4%AA%E9%98%B3%E7%94%B5%E6%B1%A0 o 太陽電池 太陽電池也是利用此種效應(yīng)。9. HYPERLINK /wiki/%E9%9A%

30、A7%E9%81%93%E4%BA%8C%E6%A5%B5%E9%AB%94 o 隧道二極管 隧道二極管(Tunnel Diode)、江崎二極管(Esaki Diode)、透納二極管由日本人 HYPERLINK /wiki/%E6%B1%9F%E5%B4%8E%E7%8E%B2%E6%96%BC%E5%A5%88 o 江崎玲于奈 江崎玲于奈于1957年發(fā)明。是利用量子穿隧效應(yīng)的作用,會(huì)出現(xiàn)在一定偏置范圍內(nèi)正向電壓增加時(shí)流通的電流量反而減少的“負(fù)電阻”的現(xiàn)象。這是最能耐受核輻射的半導(dǎo)體二極管。10. HYPERLINK /w/index.php?title=PIN%E4%BA%8C%E6%A5%

31、B5%E9%AB%94&action=edit&redlink=1 o PIN二極管(頁面不存在) PIN二極管(P-intrinsic-N Diode)PN之間一層高電阻的半導(dǎo)體層,使少數(shù)載流子的積蓄效果增加,逆回復(fù)時(shí)間也較長。利用正向偏置時(shí)高頻率信號(hào)較容易通過的性質(zhì),用于天線的頻帶切換以及高頻率開關(guān)。11. HYPERLINK /wiki/%E8%80%BF%E6%95%88%E6%87%89%E4%BA%8C%E6%A5%B5%E9%AB%94 o 耿效應(yīng)二極管 耿效應(yīng)二極管應(yīng)用于低功率 HYPERLINK /wiki/%E5%BE%AE%E6%B3%A2 o 微波 微波 HYPERLI

32、NK /wiki/%E6%8C%AF%E7%9B%AA%E5%99%A8 o 振蕩器 振蕩器。12. HYPERLINK /wiki/%E7%9C%9F%E7%A9%BA%E7%AE%A1 l .E4.BA.8C.E6.A5.B5.E7.AE.A1 o 真空管 二極真空管13.氣體放電管整流器針狀電極和平板電極相向接近尖端放電。若把針狀電極當(dāng)做負(fù)極,比較低的電壓就會(huì)開始放電。利用這樣的性質(zhì)來做當(dāng)作整流器。14.點(diǎn)接觸二極管用鎢之類的金屬針狀電極與N型半導(dǎo)體的表面接觸,此構(gòu)造的特征是 HYPERLINK /wiki/%E5%AF%84%E7%94%9F%E7%94%B5%E5%AE%B9 o 寄

33、生電容 寄生電容非常小。采用于鍺質(zhì)二極管和耿效應(yīng)二極管。 HYPERLINK /wiki/%E7%9F%BF%E7%9F%B3%E6%94%B6%E9%9F%B3%E6%9C%BA o 礦石收音機(jī) 礦石收音機(jī)中使用的 HYPERLINK /wiki/%E9%89%B1%E7%9F%B3%E6%A4%9C%E6%B3%A2%E5%99%A8 o ja:鉱石検波器 礦石檢波器也是一種點(diǎn)接觸二極管。15.交流二極管(DIAC)、突波保護(hù)二極管、雙向觸發(fā)二極管當(dāng)施加超過規(guī)定電壓(Break Over電壓,VBO)的電壓會(huì)開始導(dǎo)通使得端子之間的電壓降低的雙方向元件。用于電路的突波保護(hù)上。另,雖被稱為二極

34、管,實(shí)際的構(gòu)造、動(dòng)作原理都應(yīng)歸類為 HYPERLINK /wiki/%E6%99%B6%E9%96%98%E7%AE%A1 o 晶閘管 閘流管/可控硅整流器的復(fù)雜分類中。16. HYPERLINK /wiki/%E5%A3%93%E6%95%8F%E9%9B%BB%E9%98%BB o 壓敏電阻 非線性電阻器若超過一定電壓,電阻就會(huì)降低。是保護(hù)電路受到突波電壓傷害的雙向元件。通常由二氧化鋅的燒結(jié)體顆粒制成,當(dāng)作非線性電阻使用。雖然一般認(rèn)為它的作用應(yīng)是由內(nèi)部眾多金屬氧化物顆粒間的肖特基接面二極管效應(yīng)而產(chǎn)生,但對(duì)外并不呈現(xiàn)二極管的特性,因此平常并不列在二極管分類之中。1.2 三極管1.2.1 定義

35、三極管,全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管,也稱雙極型晶體管、晶體三極管,是一種電流控制電流的半導(dǎo)體器件。其作用是把微弱信號(hào)放大成幅度值較大的電信號(hào), 也用作無觸點(diǎn)開關(guān)。晶體三極管,是半導(dǎo)體基本元器件之一,具有電流放大作用,是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié),兩個(gè)PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分,中間部分是基區(qū),兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū),排列方式有PNP和NPN兩種。1.2.2 歷史1947年12月23日,美國 HYPERLINK /view/190069.htm t _blank 新澤西州墨累山的 HYPERLINK /view/37115.htm t _blank 貝爾

36、實(shí)驗(yàn)室里,3位科學(xué)家 HYPERLINK /view/119799.htm t _blank 巴丁博士、布菜頓博士和 HYPERLINK /view/277812.htm t _blank 肖克萊博士在緊張而又有條不紊地做著實(shí)驗(yàn)。他們?cè)趯?dǎo)體電路中正在進(jìn)行用半導(dǎo)體晶體把聲音信號(hào)放大的實(shí)驗(yàn)。3位科學(xué)家驚奇地發(fā)現(xiàn),在他們發(fā)明的器件中通過的一部分微量電流,竟然可以控制另一部分流過的大得多的電流,因而產(chǎn)生了放大效應(yīng)。這個(gè)器件,就是在科技史上具有劃時(shí)代意義的成果晶體管。因它是在圣誕節(jié)前夕發(fā)明的,而且對(duì)人們未來的生活發(fā)生如此巨大的影響,所以被稱為“獻(xiàn)給世界的圣誕節(jié)禮物”。另外這3位科學(xué)家因此共同榮獲了195

37、6年 HYPERLINK /view/7559.htm t _blank 諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。晶體管促進(jìn)并帶來了“固態(tài)革命”,進(jìn)而推動(dòng)了全球范圍內(nèi)的半導(dǎo)體電子工業(yè)。作為主要部件,它及時(shí)、普遍地首先在通訊工具方面得到應(yīng)用,并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。由于晶體管徹底改變了 HYPERLINK /view/1851546.htm t _blank 電子線路的結(jié)構(gòu),集成電路以及 HYPERLINK /view/412393.htm t _blank 大規(guī)模集成電路應(yīng)運(yùn)而生,這樣制造像高速電子計(jì)算機(jī)之類的高精密裝置就變成了現(xiàn)實(shí)。1.2.3 分類a.按材質(zhì)分: 硅管、鍺管貼片三極管b.按結(jié)構(gòu)分: NPN 、 PN

38、P。如圖所示。c.按功能分: 開關(guān)管、功率管、 HYPERLINK /view/604031.htm t _blank 達(dá)林頓管、光敏管等.d. 按功率分:小功率管、中功率管、大功率管e.按工作頻率分:低頻管、高頻管、超頻管f.按結(jié)構(gòu)工藝分:合金管、平面管g.按安裝方式:插件三極管、貼片三極管二、集成電路2.1 定義集成電路(Integrated Circuit,HYPERLINK /wiki/%E7%B8%AE%E5%AF%AB o 縮寫縮寫:IC)是指通過一系列特定的加工工藝,將多個(gè)晶體管、二極管等有源器件和電阻、電容等無源器件,按照一定的電路連接集成在一塊半導(dǎo)體單晶片(如硅或GaAs等)

39、或陶瓷等基片上,作為一個(gè)不可分割的整體執(zhí)行某一特定功能的電路組件。2.2 特點(diǎn)集成電路具有體積小,重量輕,引出線和焊接點(diǎn)少,壽命長,可靠性高,性能好等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)成本低,便于大規(guī)模生產(chǎn)。它不僅在工、民用電子設(shè)備如收錄機(jī)、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)等方面得到廣泛的應(yīng)用,同時(shí)在軍事、通訊、遙控等方面也得到廣泛的應(yīng)用。用集成電路來裝配電子設(shè)備,其裝配密度比晶體管可提高幾十倍至幾千倍,設(shè)備的穩(wěn)定工作時(shí)間也可大大提高。2.3 產(chǎn)生原因?yàn)槭裁磿?huì)產(chǎn)生集成電路?我們知道任何發(fā)明創(chuàng)造背后都是有驅(qū)動(dòng)力的,而驅(qū)動(dòng)力往往來源于問題。那么集成電路產(chǎn)生之前的問題是什么呢?我們看一下1942年在美國誕生的世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī),它是一個(gè)

40、占地150平方米、重達(dá)30噸的龐然大物,里面的電路使用了17468只電子管、7200只電阻、10000只電容、50萬條線,耗電量150千瓦。顯然,占用面積大、無法移動(dòng)是它最直觀和突出的問題;如果能把這些電子元件和連線集成在一小塊載體上該有多好!我們相信,有很多人思考過這個(gè)問題,也提出過各種想法。典型的如英國雷達(dá)研究所的科學(xué)家達(dá)默,他在1952年的一次會(huì)議上提出:可以把電子線路中的分立元器件,集中制作在一塊半導(dǎo)體晶片上,一小塊晶片就是一個(gè)完整電路,這樣一來,電子線路的體積就可大大縮小,可靠性大幅提高。這就是初期集成電路的構(gòu)想,晶體管的發(fā)明使這種想法成為了可能,1947年在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室制造出來了

41、第一個(gè)晶體管,而在此之前要實(shí)現(xiàn)電流放大功能只能依靠體積大、耗電量大、結(jié)構(gòu)脆弱的電子管。晶體管具有電子管的主要功能,并且克服了電子管的上述缺點(diǎn),因此在晶體管發(fā)明后,很快就出現(xiàn)了基于半導(dǎo)體的集成電路的構(gòu)想,也就很快發(fā)明出來了集成電路。杰克基爾比(Jack Kilby)和羅伯特諾伊斯(Robert Noyce)在19581959期間分別發(fā)明了鍺集成電路和硅集成電路。2.4發(fā)展歷史1947年:HYPERLINK /view/2398.htm t _blank美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的 HYPERLINK /view/980786.htm t _blank 約翰巴丁、 HYPERLINK /view/447336

42、.htm t _blank 布拉頓、 HYPERLINK /view/277812.htm t _blank 肖克萊三人發(fā)明了晶體管,這是微電子技術(shù)發(fā)展中第一個(gè)里程碑;1950年:結(jié)型晶體管誕生;1950年: ROhl和肖克萊發(fā)明了離子注入工藝;1951年:場(chǎng)效應(yīng)晶體管發(fā)明;1952年,英國皇家研究所的達(dá)默在美國工程師協(xié)會(huì)舉辦的座談會(huì)上發(fā)表的論文中第一次提出了集成電路的設(shè)想;1956年:C S Fuller發(fā)明了擴(kuò)散工藝;1958年:仙童公司Robert Noyce與德儀公司基爾比間隔數(shù)月分別發(fā)明了集成電路,開創(chuàng)了世界微電子學(xué)的歷史;1960年:H H Loor和E Castellani發(fā)明了

43、外延生長工藝;1962年:美國RCA公司研制出MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管;1963年:F.M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技術(shù),今天,95%以上的集成電路芯片都是基于CMOS工藝;1964年:Intel摩爾提出摩爾定律,預(yù)測(cè)晶體管集成度將會(huì)每18個(gè)月增加1倍;1966年:美國RCA公司研制出CMOS集成電路,并研制出第一塊門陣列(50門),為現(xiàn)如今的大規(guī)模集成電路發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),具有里程碑意義;1967年:應(yīng)用材料公司(Applied Materials)成立,現(xiàn)已成為全球最大的半導(dǎo)體設(shè)備制造公司;1970年,斯皮勒(E.Spiller)和卡斯特蘭尼(E.Castellani)發(fā)

44、明了光刻工藝;1971年:Intel推出1kb動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM),標(biāo)志著大規(guī)模集成電路出現(xiàn);1971年:全球第一個(gè)微處理器4004由Intel公司推出,采用的是MOS工藝,這是一個(gè)里程碑式的發(fā)明;1974年:RCA公司推出第一個(gè)CMOS微處理器1802;1976年:16kb DRAM和4kb SRAM問世;1978年:64kb動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器誕生,不足0.5平方厘米的硅片上集成了14萬個(gè)晶體管,標(biāo)志著超大規(guī)模集成電路(VLSI)時(shí)代的來臨;1979年:Intel推出5MHz 8088微處理器,之后,IBM基于8088推出全球第一臺(tái)PC;1981年:256kb DRAM和64kb CMOS

45、 SRAM問世;1984年:日本宣布推出1Mb DRAM和256kb SRAM;1985年:80386微處理器問世,20MHz;1988年:16M DRAM問世,1平方厘米大小的硅片上集成有3500萬個(gè)晶體管,標(biāo)志著進(jìn)入超大規(guī)模集成電路(VLSI)階段;1989年:1Mb DRAM進(jìn)入市場(chǎng);1989年:486微處理器推出,25MHz,1m工藝,后來50MHz芯片采用 0.8m工藝;1992年:64M位隨機(jī)存儲(chǔ)器問世;1993年:66MHz奔騰處理器推出,采用0.6m工藝;1995年:Pentium Pro, 133MHz,采用0.6-0.35m工藝;1997年:300MHz奔騰問世,采用0.2

46、5m工藝;1999年:奔騰問世,450MHz,采用0.25m工藝,后采用0.18m工藝;2000年:1Gb RAM投放市場(chǎng);2000年:奔騰4問世,1.5GHz,采用0.18m工藝;2001年:Intel宣布2001年下半年采用0.13m工藝;2003年:奔騰4 E系列推出,采用90nm工藝;2005年:intel 酷睿2系列上市,采用65nm工藝;2007年:基于全新45納米High-K工藝的intel酷睿2 E7/E8/E9上市;2009年:intel酷睿i系列全新推出,創(chuàng)紀(jì)錄采用了領(lǐng)先的32納米工藝,并且下一代22納米工藝正在研發(fā);我國集成電路發(fā)展歷史:我國集成電路產(chǎn)業(yè)誕生于六十年代,共

47、經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段:1965年-1978年:以計(jì)算機(jī)和軍工配套為目標(biāo),以開發(fā)邏輯電路為主要產(chǎn) 品,初步建立集成電路工業(yè)基礎(chǔ)及相關(guān)設(shè)備、儀器、材料的配套條件1978年-1990年:主要引進(jìn)美國二手設(shè)備,改善集成電路裝備水平,在“治散治亂”的同時(shí),以消費(fèi)類整機(jī)作為配套重點(diǎn),較好地解決了彩電集成電路的國產(chǎn)化1990年-2000年:以908工程、909工程為重點(diǎn),以CAD為突破口,抓好科技攻關(guān)和北方科研開發(fā)基地的建設(shè),為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù),集成電路行業(yè)取得了新的發(fā)展。2.5 現(xiàn)狀這些年來,集成電路持續(xù)向更小的外型尺寸發(fā)展,使得每個(gè) HYPERLINK /wiki/%E8%8A%AF%E7%89%87 o 芯

48、片 芯片可以封裝更多的電路。這樣增加了每單位面積容量,可以降低成本和增加功能見 HYPERLINK /wiki/%E6%91%A9%E5%B0%94%E5%AE%9A%E5%BE%8B o 摩爾定律 摩爾定律,集成電路中的晶體管數(shù)量,每1.5年增加一倍??傊?,隨著外形尺寸縮小,幾乎所有的指標(biāo)改善了單位成本和開關(guān)功率消耗下降,速度提高。但是,集成 HYPERLINK /wiki/%E7%BA%B3%E7%B1%B3 o 納米 納米級(jí)別設(shè)備的IC不是沒有問題,主要是 HYPERLINK /wiki/%E6%B3%84%E6%BC%8F%E7%94%B5%E6%B5%81 o 泄漏電流 泄漏電流。因

49、此,對(duì)于最終用戶的速度和功率消耗增加非常明顯,制造商面臨使用更好幾何學(xué)的尖銳挑戰(zhàn)。這個(gè)過程和在未來幾年所期望的進(jìn)步,在 HYPERLINK /wiki/%E5%9B%BD%E9%99%85%E5%8D%8A%E5%AF%BC%E4%BD%93%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%8F%91%E5%B1%95%E8%93%9D%E5%9B%BE o 國際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖 半導(dǎo)體國際技術(shù)路線圖中有很好的描述。越來越多的電路以集成芯片的方式出現(xiàn)在設(shè)計(jì)師手里,使電子電路的開發(fā)趨向于小型化、高速化。越來越多的應(yīng)用已經(jīng)由復(fù)雜的模擬電路轉(zhuǎn)化為簡單的數(shù)字邏輯集成電路。2.6 發(fā)展趨勢(shì)2001年到201

50、0年這10年間,我國集成電路產(chǎn)量的年均增長率超過25%,集成電路銷售額的年均增長率則達(dá)到23%。2010年國內(nèi)集成電路產(chǎn)量達(dá)到640億塊,銷售額超過1430億元,分別是2001年的10倍和8倍。中國集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)由2001年不足世界集成電路產(chǎn)業(yè)總規(guī)模的2%提高到2010年的近9%。中國成為過去10年世界集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的地區(qū)之一。國內(nèi)集成電路市場(chǎng)規(guī)模也由2001年的1140億元擴(kuò)大到2010年的7350億元,擴(kuò)大了6.5倍。國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)規(guī)模與市場(chǎng)規(guī)模之比始終未超過20%。如扣除集成電路產(chǎn)業(yè)中接受境外委托代工的銷售額,則中國集成電路市場(chǎng)的實(shí)際國內(nèi)自給率還不足10%,國內(nèi)市場(chǎng)所需的集

51、成電路產(chǎn)品主要依靠進(jìn)口。近幾年國內(nèi)集成電路進(jìn)口規(guī)模迅速擴(kuò)大,2010年已經(jīng)達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的1570億美元,集成電路已連續(xù)兩年超過原油成為國內(nèi)最大宗的進(jìn)口商品。與巨大且快速增長的國內(nèi)市場(chǎng)相比,中國集成電路產(chǎn)業(yè)雖發(fā)展迅速但仍難以滿足內(nèi)需要求。我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的生態(tài)環(huán)境亟待優(yōu)化,設(shè)計(jì)、制造、封裝測(cè)試以及專用設(shè)備、儀器、材料等產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同性不足,芯片、軟件、整機(jī)、系統(tǒng)、應(yīng)用等各環(huán)節(jié)互動(dòng)不緊密?!笆濉逼陂g,中國將積極探索集成電路產(chǎn)業(yè)鏈上下游虛擬一體化模式,充分發(fā)揮市場(chǎng)機(jī)制作用,強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)鏈上下游的合作與協(xié)同,共建價(jià)值鏈。培育和完善生態(tài)環(huán)境,加強(qiáng)集成電路產(chǎn)品設(shè)計(jì)與軟件、整機(jī)、系統(tǒng)及服務(wù)的有機(jī)連接,實(shí)

52、現(xiàn)各環(huán)節(jié)企業(yè)的群體躍升,增強(qiáng)電子信息大產(chǎn)業(yè)鏈的整體競爭優(yōu)勢(shì)。2.7 分類(1)功能結(jié)構(gòu)分為 HYPERLINK /view/423054.htm t _blank 模擬集成電路、 HYPERLINK /view/37407.htm t _blank 數(shù)字集成電路和數(shù)/?;旌霞呻娐啡箢?。模擬集成電路又稱線性電路,用來產(chǎn)生、放大和處理各種模擬信號(hào)(指幅度隨時(shí)間變化的信號(hào)。比如,復(fù)讀機(jī)重放的錄音信號(hào)就是模擬信號(hào),收音機(jī)、電視機(jī)接收的音頻信號(hào)也是模擬信號(hào)。模擬集成電路根據(jù)功能又分為運(yùn)算放大器、電壓比較器、穩(wěn)壓器等多種。數(shù)字集成電路用來產(chǎn)生、放大和處理各種數(shù)字信號(hào)(指在時(shí)間上和幅度上離散取值的 HY

53、PERLINK /view/54338.htm t _blank 信號(hào)。例如3G手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、電腦CPU、數(shù)字電視的邏輯控制和重放的音頻信號(hào)和視頻信號(hào))。數(shù)字集成電路又分為TTL集成電路、HTL集成電路、STTL集成電路、ECL集成電路、CMOS集成電路等多種。(2)制作工藝集成電路按制作工藝可分為半導(dǎo)體集成電路和膜集成電路。膜集成電路又分類厚膜集成電路和薄膜集成電路。(3)集成度高低集成電路按集成度高低的不同可分為:SSIC 小規(guī)模集成電路(Small Scale Integrated circuits)MSIC 中規(guī)模集成電路(Medium Scale Integrated circui

54、ts)LSIC 大規(guī)模集成電路(Large Scale Integrated circuits)VLSIC 超大規(guī)模集成電路(Very Large Scale Integrated circuits)ULSIC特大規(guī)模集成電路(Ultra Large Scale Integrated circuits)GSIC 巨大規(guī)模集成電路也被稱作極大規(guī)模集成電路或超特大規(guī)模集成電路(Giga Scale Integration)。(4)導(dǎo)電類型不同集成電路按導(dǎo)電類型可分為雙極型集成電路和單極型集成電路,他們都是數(shù)字集成電路。雙極型集成電路的制作工藝復(fù)雜,功耗較大,代表集成電路有TTL、ECL、HTL、L

55、ST-TL、STTL等類型。單極型集成電路的制作工藝簡單,功耗也較低,易于制成大規(guī)模集成電路,代表集成電路有CMOS、NMOS、PMOS等類型。(5)按用途集成電路按用途可分為 HYPERLINK /view/8625.htm t _blank 電視機(jī)用集成電路、音響用集成電路、影碟機(jī)用集成電路、錄像機(jī)用集成電路、電腦(微機(jī))用集成電路、電子琴用集成電路、通信用集成電路、照相機(jī)用集成電路、遙控集成電路、語言集成電路、報(bào)警器用集成電路及各種專用集成電路。1.電視機(jī)用集成電路包括行、場(chǎng)掃描集成電路、中放集成電路、伴音集成電路、彩色解碼集成電路、AV/TV轉(zhuǎn)換集成電路、開關(guān)電源集成電路、遙控集成電路、麗音解碼集成電路、畫中畫處理集成電路、微處理器(CPU)集成電路、存儲(chǔ)器集成電路等。2.音響用集成電路包括AM/FM高中頻電路、立體聲解碼電路、音頻前置放大電路、音頻運(yùn)算放大集成電路、音頻功率放大集成電路、環(huán)繞聲處理集成電路、電平驅(qū)動(dòng)集成電路,電子音量控制集成電路、延時(shí)混響集成電路、電子開關(guān)集成電路等。3.影碟機(jī)用集成電路有系統(tǒng)控制集成電路、視頻編碼集成電路、MPEG解碼集成電路、音頻信號(hào)處理集成電路、音響效果集成電路、R

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