元器件考题.docx
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元器件考题
第一章
v何谓电容器?
描述电容器的主要参数有哪些?
由介质隔开的两块金属极板构成的电子元件,广泛用于储能和传递信息。
1.标称容量和允许误差2.额定电压3.绝缘电阻4.电容器的损耗5.其他参数(频率特性,温度系数,稳定性,可靠性)
v有哪些类型的电容器?
各有何特点?
无机介质电容器:
介电常数高,介质损耗角正切小,电容温度系数范围宽,可靠性高,寿命长.
有机介质电容器:
电容量范围大,绝缘电阻(时间常数)大,工作电压高(范围宽),温度系数互为偿,损耗角正切值小,适合自动化生产.热稳定性不如无机介质电容器,化学稳定性差,易老化,具有不同程度的吸湿性
电解电容器:
比电容大,体积小、质量轻,有自愈特性
双电层电容器(超级电容器)
v何谓电阻器?
可采用哪些主要的参数描述电阻器的性能优劣?
具有吸收电能作用的电子元件,可使电路中各元件按需要分配电能,稳定和调节电路中的电流和电压。
1.标称阻值和允许误差2.额定功率3.额定电压4.噪声
v有哪些主要类型的电阻器?
分别采用什么符号表示这些类型的电阻器?
1.薄膜电阻器2.合金型电阻器3无帽结构电阻器4高频电阻器5小片式电阻器
v何谓电感器?
描述电感器的主要参数有哪些?
凡能产生电感作用的元件统称为电感器
1.电感量及其误差2.线圈的品质因数3.固有电容4.额定电流5.稳定性
v有哪些主要类型的电感器?
固定电感器,平面电感器,天线线圈,震荡线圈,阻流圈
v
简述矩形片式厚膜电阻器的电极结构特点及其设计依据.
v简述MLC的结构特点.
v试述片式铝电解电容器的结构特点和制作工艺过程,并简要说明各工序的作用.
结构模型:
电容器芯子/密封料/电极端子/封装树脂/矩形端子板
工艺过程:
腐蚀,形成,切断,柳接,卷绕,浸渍,装配,卷边,组合装配,特性测试,包装
v试述片式钽电解电容器的结构特点和制作工艺过程,并简要说明各工序的作用.
结构模型:
钽/氧化钽/二氧化锰/胶状石墨层/导电涂料层/导电性粘接剂层
工艺过程:
掺合,引线埋人加压成型,干燥烧结,阳极氧化,粘附二氧化碳,中间形成,石墨层,涂敷固化,连接,模塑封装,引线成型,老化,检验,包装
v比较片式铝电解电容器和钽电解电容器的结构差别.
v简述片式薄膜电容器的结构特点.
带基薄膜—蒸镀电极一喷镀薄膜一外部电极
v有哪三种片式电感器?
与目前使用的片式电感器相比,编织型片式电感器有何特点?
简述框式电感器的制作过程.
I.框式:
结构最简单,但电感量较小
II.螺旋式:
能够获得较大的电感量,但要从中间抽头出来比较困难
III.叉指式:
电感量介于上述两者之间,但高频损耗大
编织型片式电感器特点:
单位体积电感量比目前已使用的片式电感器有所提高,但使用频率不高,Q值低,尚未进入实用阶段,但这种工艺技术新颖.
第二章:
1.何谓微电子学?
一种将电子产品微小型化的技术,他的核心产品是集成电路。
2.何谓半导体集成电路?
何谓膜集成电路(膜IC)?
何谓薄厚膜混合集成电路(HIC)?
三者的主要区别是什么?
半导体集成电路:
也叫单片集成电路或固体集成电路,用半导体工艺(氧化、扩散、外延)在半导体硅或锗衬底上制作出电路或系统所需要的元器件及互连线的集成电路。
膜集成电路:
用膜工艺在绝缘基片上制作的,分薄膜方式和厚膜方式。
混合集成电路:
用膜工艺制造无缘元件,用半导体IC或晶体管作有源器件制作而成的集成电路。
主要区别:
混合IC生产成本较低,半导体IC设计难度较大、设计周期长、没有电感量、精度差、集成度最高,混合IC和膜IC阻值范围较大。
3.何谓摩尔定律?
集成度每3年翻2番,特征尺寸每6年缩小近1倍。
4.HIC主要由哪几类材料组成?
各起什么作用?
(注意那道作业题)
主要由基片材料,薄膜材料,厚膜材料组成。
作用:
基片材料:
在HIC仲,承载膜式元件及互连线,支持各种外贴元器件并起包封作用、在大功率电路中还起散热作用的绝缘体。
薄膜材料:
薄膜导体:
连接电阻器的端头,电容器的上、下电极,连接线(膜式元件互连,外贴元器件连接),高频电感器、微带线和接地线;
薄膜电阻:
制作各种电阻器
薄膜介质:
薄膜电容器的介质、作为隔离层的介质膜、作为保护层的介质膜。
钽膜材料:
制作TM电容器,TSM电容器,TMM电容器,TLM电容器等
薄膜晶体管(TFT):
信号转换和开闭作用
厚膜材料:
厚膜导体:
其用途和基本性能要求与薄膜有许多相同点。
厚膜电阻:
用于制作电阻。
厚膜介质:
在HIC中,厚膜介质材料常用来作厚膜电容器、多层布线和交叉线的隔离介质、电路中的保护层和包封之用。
5.何谓TM电容器?
从结构上看,TM电容器,独石电容器与电解电容器三者有何区别?
(注意掌握所有与钽有关的电容器)
钽电容是以金属钽作介质的电解电容器。
TM电容器:
Ta/Ta2O5/Me
TSM电容器:
Ta/Ta2O5-SiO/Me
TMM电容器:
Ta/Ta2O5-MnO2/Me
TLM电容器:
Ta/Ta2O5-PbO/Me
6.典型的TFT(薄膜晶体管)属于何种类型的器件?
结构上有何特点?
(注意掌握两种基本结构)
典型的TFT是场效应管的一种,属于有源器件。
结构特点:
平面型结构:
S、D、G电极都配置在半导体之上(或之下),几乎在同一平面上
交错型结构:
D、S极在半导体之下(或上),而G电极缺配置在半导体之上(或下)。
7.从材料组成和制作工艺上看,薄膜电阻与厚膜电阻有何不同?
(注意拓展到导体和介质)
材料组成:
薄膜电阻和厚膜电阻均包括金属材料和合金材料,薄膜电阻还包括金属—陶瓷材料。
导体材料(单组分金属材料,合金材料,金属--陶瓷材料)主要介质材料(SiO,SiO2,高介介质膜,中介介质膜)
制作工艺:
电阻厚膜工艺:
直线形、帽形;薄膜工艺:
帽形、弯曲形。
导体/介质厚膜工艺:
制浆,印刷,烘干,烧成,微调;薄膜工艺:
沉积法(真空蒸镀,溅射,热分解等),氧化(氮化)法
。
8.厚膜介质材料在HIC中有哪几种用途?
各向材料提出了哪些要求?
常用来作厚膜电容器、多层布线和交叉线的隔离介质、电路中的保护层和包封之用。
要求:
耐压强度高,绝缘电阻大,损耗小
电容温度系数小
用作厚膜电容器时:
介电系数要大
用作交叉,多层布线和包封时:
介电系数要小
9.何谓膜电阻?
与电阻率有何关系?
如何调整膜电阻器的阻值?
膜电阻含义:
长,宽相等的一块正方形电阻膜,当电流从一边流向其对边时电阻膜所具有的电阻值,也称为方阻Rs
与电阻率的关系:
膜电阻器的电阻:
R=RsN
其中:
Rs=r/d(膜电阻或方阻)
N=L/W(方数)
r----电阻率
d----膜的厚度
一形状规则宽度均匀的电阻膜的电阻为:
R=RsL/W=RsN
而膜长L与膜宽W的比值叫做方数N
电阻微调的设计:
改变电阻膜图形
改变电阻膜图形连接方式
改变电阻膜内部结构
10.何谓膜电容器?
如何调整多层膜电容器的总电容值?
薄膜电容和厚膜电容的统称。
11.简述厚膜多层布线、薄膜多层布线与薄膜平面布线的区别。
厚膜多层布线特点:
1.在基片上依次交叠制作导体和介质层.
2.相邻导体线条交叠而不需要互连处,用介质层加以绝缘.
3.相邻两层导体之间需要连接处,可通过在介质层上留下窗口作为连通孔,使导体通过通孔相连.
4.需经受多次反复烧结,需具有良好的耐重烧性
薄膜平面布线:
目的:
避免出现传统布线中所产生的台阶效应和凹凸不平
工艺过程:
沉积铝光致抗蚀剂掩蔽不需要布线的表面硼酸铵溶液选择性阳极氧化,使需要布线区形成无孔性的Al2O3除去抗蚀剂,以无孔Al2O3为掩模,使用草酸溶液进行阳极氧化,形成Al2O3绝缘层
特点:
铝导体被无孔Al2O3完全覆盖,两者紧密结合,具有防止电迁移和提高可靠性的作用.
薄膜多层布线:
薄膜的制作方法:
沉积法(真空蒸镀,溅射,热分解等)
氧化(氮化)法
穿通孔的制作
利用光刻工艺在电介质上制造出来
先在穿通孔内露出下面的导体层,再蒸发沉积上导体层,此时,上导体金属会通过穿通孔与下导体相连.
12.简述厚膜多层布线与多层陶瓷基片在结构上的区别。
与厚膜多层布线的比较:
相同点:
均经印烧和烧结而成
不同点(以导体图形为例):
印烧精度:
厚膜±0.05%,多层陶瓷±1%
导体浆料:
厚膜的贵得多
烧结工艺:
厚膜为多次烧成,
多层陶瓷一次烧成
设备费用与维修:
多层陶瓷的高
13.何谓立体电子封装技术(3DMCM)?
该技术有何特点?
3DMCM:
采用讲裸芯片或多芯片模块沿Z轴层叠起来,使系统的封装体积大大减小的方法。
特点:
高速性,高密度性,高散热性
14.有哪三种类型的3DMCM?
1、埋置型3DMCM
2、有源基板型3DMCM
3、叠层型3DMCM
v第三章
v何谓正压电效应?
何谓负压电效应?
正压电效应:
对某些电介质晶体施加机械应力,晶体两端面表面出现符号相反的束缚电荷,其电荷密度与外力成正比,这种由机械应力的作用而使电介质晶体产生极化并形成晶体表面电荷的现象
v有哪几种类型的滤波器?
压电滤波器属于上述中的哪一种类型?
有源滤波器和无源滤波器,压电滤波器属于无源滤波器
v比较声表面波与声体波的差别.激发或检测声体波和声表面波时,对电极有何不同的要求?
利用声表面波可制作哪些器件?
试分别简述其原理.
在外力或外电场作用下,固体原子(又称为声子)能围绕其平衡位置作往复运动,并在体材料中有一定的规律,像波的传播一样,这种波就称为声波.在压电体内部产生的波动称为声体波.在压电体表面产生的波动现象,称为声表面波.
利用声表面波可制作声表面波滤波器:
利用叉指换能器具有带通性的频率特性
v与绕组式变压器相比,压电变压器有何特点?
(1)变压器的升压比与频率有关,在接近压电陶瓷片的谐振频率处达到最大值,偏离谐振频率时,升压比迅速下降.
(2)变压器的升压比还与负载有关,当负载较小时,随负载的增加而迅速增加,之后逐渐饱和,同时效率开始下降.
(3)当输入电压增大到一定值时,输出电压随输入电压的变化不再是线性的,输出电压增加变缓,甚至达到饱和.
v何谓热释电效应?
简述三类热释电效应之区别.
某些晶体可以因温度变化而引起晶体表面电荷,这一现象称为热释电效应.
I.若晶体均匀受热,且在此过程中受到机械夹持,从而几何尺寸不变,此时自发极化的改变为第一类热释电效应.
II.若晶体均匀受热,无机械夹持,使应力为零或保持恒定,此时晶体受热膨胀,出现压电效应并叠加到第一类热释电效应上,这一附加的热释电效应称为第二热释电效应.
III.若晶体非均匀受热,则晶体中会产生附加的应力梯度,这应力梯度通过压电效应改变电极化并叠加于第一热释电效应上,这种因非均匀加热引入的附加热释电效应称为第三热释电效应.
v与块体式红外探测器相比,薄膜型红外探测器最显著的特点是什么?
探测器的灵敏度与热释电敏感元厚度有关,敏感元越薄,其探测灵敏度越高,因此薄膜型的灵敏度较高
v与其他热探测器相比,热释电红外探测器有何优点?
与光子探测器相比,热释电红外探测器有何优点与不足?
与其他热探测器相比,这种探测器探测的是温度随时间的变化率,而不是温度值本身,工作过程不需建立热平衡,故响应速度极快.
光子探测器具有更快的响应速度和更高的比探测度
v何谓铁电效应?
何谓铁电相和顺电相?
何谓居里温度?
何谓临界现象?
何谓居里-外斯温度?
·在外加电场不存在时具有自发极化,且自发极化的方向可以被外加电场所改变
·存在自发式极化的晶体结构称为“铁电相”,自发式极化消失的结构称为“顺电相”。
·铁电体的自发式极化只在某一温度范围内方才存在(Ps≠0),当温度超过某一极限值后,自发式极化即行消失(Ps=0),这一物理过程的临界温度Tc被称为“居里温度”
·伴随顺电-铁电转变过程,晶体的一系列物理性质发生剧烈的变化,这些反常变化通称为临界现象.
v压电陶瓷致动器是利用压电效应致动的吗?
简述压电陶瓷致动器的工作原理.
v简述两种新型致动器的结构特点和工作原理.
弦月结构致动器:
端帽/浅空腔/铁电陶瓷/浅空腔/端帽
特点:
可将陶瓷的径向伸缩转换并放大为端帽的轴向位移.
彩虹型致动器:
陶瓷片/还原层/石墨片
特点:
还原层与陶瓷层的热膨胀系数不同,降温时将产生一弯曲表面,此表面层中存在很大的内应力,能增强导电层的响应.
v简述三种铁电电光器件的工作原理与用途.
电光快门;:
光输出随着施加电压的改变而改变,相当于快门
电光调制器:
当在电光晶体上施加交变调制信号电压时,由于电光效应,晶体的折射率随调制电压即信号而交替变化.
电光偏转器:
利用晶体的电光效应使激光束实现偏转的器件称为电光偏转器
v试从极化的角度比较压电、热释电和铁电效应的区别.
在压电晶体中,有一部分存在自发极化,可能具有热释电性,为热释电晶体。
在热释电晶体中,有些晶体其自发极化方向能随外电场方向反向而反向,这类晶体为铁电体。
具有铁电性的晶体,必具有热释电性和压电性。
具有热释电性的晶体,必具有压电性,却不一定具有铁电性。
压电晶体、热释电晶体、铁电晶体均属电介质晶体。
v简述FRAM(铁电存储器)的优点.简述FRAM的工作原理.
铁电薄膜电容器-晶体管基储存器,兼具:
静态随机存取存储器(SRAM)的高速度特点
动态随机存取存储器(DRAM)的高密度特点
只读存储器(ROM)的非易失性
工作原理:
写入时,通过PL(板线)使每对铁电电容器处于相反的极化状态:
Pr为“0”态,-Pr为“1”态;读出时,把两电容器沿相同方向极化,则“1”态电容器:
-Pr——Ps,存在大极化电流,“0”态电容器:
Pr——Ps,存在小极化电流,通过两位线上的放大器测出两输出电荷量之差,完成“1”的读出.反之,若电容器的极化在相同的方向,则读出“0”态。
v第四章
1、何谓感知材料?
何谓驱动材料?
何谓智能材料?
三种材料之间有何关系?
感知材料:
对外界(或内部)的刺激强度(如应力、应变、热、光、电、磁、化学和辐射等)具有感知功能的材料
驱动材料:
对外界环境条件(或内部状态)所发生的变化能作出响应或驱动的材料(机敏材料或智能材料)
智能材料:
以最佳条件响应外界环境的变化,且按这种变化显示自己功能的材料.它们可以感到外界环境的变化,并针对这种变化作出瞬时主动响应,具有自诊断、自适应、自修复和寿命预报以及靠自身驱动完成特定功能(如振动控制)的能力,智能材料和结构密切相关,互为一体,因此确切说法应为智能材料和结构(简称智能材料
关系:
2、何谓传感器?
现代信息技术的三大支柱是什么?
传感器技术在其中起何作用?
传感器:
一种将各种物理和化学信息按一定的规律转换成电信号的功能器件,具有信息感知、信息变换和信息传输的功能.
三大支柱:
传感器技术,通信技术和计算机技术,传感器完成对被测量的信息提取。
3、有哪几类传感器?
各有何特点?
温度传感器、电压传感器、力学量传感器、气体传感器、、光传感器、磁传感器
湿度传感器、生物传感器、离子传感器
4、与普通传感器相比,光纤传感器有何特点?
一、灵敏度较高
二、几何形状具有多方面的适应性,可以制成任意形状的光纤传感器
三、可以制造传感各种不同物理信息(声、磁、温度、旋转等)的器件;
四、可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境;
光纤传感器与传统传感器相比,其具有许多优点,比如:
动态测量范围宽;测量灵敏度高;不受电磁干扰;本质安全,耐腐蚀耐高压;体积小、重量轻。
光纤传感器的特点:
A.电绝缘B.抗电磁干扰C.非侵入性(无论对电磁场还是速度场)D.高灵敏度E.容易实现对被测信号的远距离监控
5、有哪几种智能系统用特种光纤?
各有何特点?
(注意掌握传感器用光纤的基本结构)
6、试述四种光纤传感器的工作原理,并比较这四种光纤传感器的优缺点.
一、光纤陀螺:
工艺简单、总体重复性好、成本低
二、光纤光栅传感器:
其传感信号为波长调制、复用能力强,光源稳定,而且光纤不易损耗和探测器不容易老化
三、光纤电流传感器:
具有很好的绝缘性和抗干扰能力,较高的测量精度,容易小型化,没有潜在的爆炸危险等一系列优越性
四、光纤水听器:
灵敏度高、响应带宽宽、不受电磁干扰等特点,广泛用于军事和石油勘探、环境检测等领域,具有很大的发展潜力
7、何谓光弹效应?
光弹效应在光纤传感器中有何用途?
光弹效应:
光弹效应(当外力或振动作用于弹性体产生应变时,弹性体的折射率发生变化,呈现双折射性质,这种有内应力的透明介质中o光和e光折射率不相等,它与应力分布有关。
这种现象即为光弹性效应)
A模型的光弹图像B应力双折射C偏光下的双折射
通过光弹性效应,研究材料内部的应力情况 例如. 设计大吊钩时,要知道实际使用时内部的应力分布情况。
可用透明的环氧树脂制成模拟吊钩,通过光弹效应,了解内部应力的分布
9.简述驻波法和全息曝光法制作纤芯内光栅的工作原理.
8、试比较驻波法和全息曝光法制作纤芯内光栅的优缺点.
驻波法:
不足之处:
光栅周期不能任意变动,是入射波长的1/2
折射率调制度低(5´10-5量级)
曝光时间较长,一般需要几分钟
全息曝光法制作纤芯内光栅:
特点:
灵敏度高,曝光时间短,折射率变化大,
曝光与拉丝同时进行
10、何谓形状记忆合金?
何谓形状记忆效应?
有哪几种类型的形状记忆效应?
在低温下使合金变形,然后将合金加热到一定温度,合金将回复到高温下的形状,这种现象称为形状记忆效应。
具有形状记忆效应的合金称为形状记忆合金
类型:
A.单程形状记忆效应
加热时回复到高温形状,冷却时不再变化
B.双程形状记忆效应
加热时回复至高温形状,冷却时回复到低温形状。
C.全程形状记忆效应
加热时回复至高温形状,冷却时回复到低温形状,继续冷却时变成曲率与高温形状相反的形状。
11、何谓电流变体?
何谓磁流变体?
试述电流变体材料的基本组成.
属于一种悬浮体系,在外电场或磁场作用下,其黏性、塑性和弹性等流变性能会发生显著的可逆变化.当外加场强超过一临界值时,电(磁)流变体会在几个毫秒内从液态变为固态,撤消外加场后又恢复流体特性.称这类材料为电(磁)流变体
组成:
A、连续相B.分散相C.添加剂
12、简述电流变体材料的固化机理.
当外加一个特定场强时,变体材料中的电子会定向移动,形成电流,而原子则会由原来的无规则排列转变成为链状排列,从而使的电流变体材料固化
13、折叠式天线是如何从折叠状态进入展开工作状态的?
β相(冷却)----马氏体开始形成-----马氏体转变完成-------天线制成----天线变形------加热----奥氏体开始形成-----奥氏体转变完成
第五章
Whatisthenonlinearityinferroelectrics?
Whatisthetunabilityofferroelectricunderanelectricfield?
WhataretheRayleighequationsinferroelectrics?
Whatisthephenomenologicaltheoryofferroelectrics?
Whatistheelectrocaloriceffect?
Howtoestimatetheelectrocaloriceffect?
Howtoestimatethephenomenologicalcoefficientsβandεforasecond-orderphasetransition?
正铁电体材料在外电场的作用下,电偶极子沿外电场取向,导致其极化强度及相应的等温熵或绝热温度发生变化。
这就是电卡效应。
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