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IGBT模塊

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用一個或者少量電子就能記錄信號的晶體管。隨著半導體刻蝕技術和工藝的發(fā)展，大規(guī)模集成電路的集成度越來越高。以動態(tài)隨機存儲器(DRAM)為例，它的集成度差不多以每兩年增加四倍的速度發(fā)展，預計單電子晶體管將是最終的目標。目前一般的存儲器每個存儲元包含了20萬個電子，而單電子晶體管每個存儲元只包含了一個或少量電子，因此它將大大降低功耗，提高集成電路的集成度。1989年斯各特(J.H. F.Scott-Thomas)等人在實驗上發(fā)現(xiàn)了庫侖阻塞現(xiàn)象。在調制摻雜異質結界面形成的二維電子氣上面，制作一個面積很小的金屬電極，使得在二維電子氣中形成一個量子點，它只能容納少量的電子，也就是它的電容很小，小于一個？F (10~15法拉)。當外加電壓時，如果電壓變化引起量子點中電荷變化量不到一個電子的電荷，則將沒有電流通過。直到電壓增大到能引起一個電子電荷的變化時，才有電流通過。
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電流-電壓關系不是通常的直線關系，而是臺階形的。這個實驗在歷史上第一次實現(xiàn)了用人工控制一個電子的運動，為制造單電子晶體管提供了實驗依據(jù)。為了提高單電子晶體管的工作溫度，必須使量子點的尺寸小于10納米，目前世界各實驗室都在想各種辦法解決這個問題。有些實驗室宣稱已制出室溫下工作的單電子晶體管，觀察到由電子輸運形成的臺階型電流——電壓曲線，但離實用還有相當?shù)木嚯x。絕緣柵雙極晶體管（Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT）綜合了電力晶體管（Giant Transistor—GTR）和電力場效應晶體管（Power MOSFET）的優(yōu)點，具有良好的特性，應用領域很廣泛；IGBT也是三端器件：柵極，集電極和發(fā)射極。
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1947年12月，美國貝爾實驗室的肖克利、巴丁和布拉頓組成的研究小組，研制出一種點接觸型的鍺晶體管。晶體管的問世，是20世紀的一項重大發(fā)明，是微電子革命的先聲。晶體管出現(xiàn)后，人們就能用一個小巧的、消耗功率低的電子器件，來代替體積大、功率消耗大的電子管了。晶體管的發(fā)明又為后來集成電路的降生吹響了號角。 20世紀最初的10年，通信系統(tǒng)已開始應用半導體材料。20世紀上半葉，在無線電愛好者中廣泛流行的礦石收音機，就采用礦石這種半導體材料進行檢波。半導體的電學特性也在電話系統(tǒng)中得到了應用。
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晶體管的發(fā)明，最早可以追溯到1929年，當時工程師利蓮費爾德就已經(jīng)取得一種晶體管的專利。但是，限于當時的技術水平，制造這種器件的材料達不到足夠的純度，而使這種晶體管無法制造出來。由于電子管處理高頻信號的效果不理想，人們就設法改進礦石收音機中所用的礦石觸須式檢波器。在這種檢波器里，有一根與礦石（半導體）表面相接觸的金屬絲（像頭發(fā)一樣細且能形成檢波接點），它既能讓信號電流沿一個方向流動，又能阻止信號電流朝相反方向流動。在第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)前夕，貝爾實驗室在尋找比早期使用的方鉛礦晶體性能更好的檢波材料時，發(fā)現(xiàn)摻有某種極微量雜質的鍺晶體的性能不僅優(yōu)于礦石晶體，而且在某些方面比電子管整流器還要好。
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在第二次世界大戰(zhàn)期間，不少實驗室在有關硅和鍺材料的制造和理論研究方面，也取得了不少成績，這就為晶體管的發(fā)明奠定了基礎。為了克服電子管的局限性，第二次世界大戰(zhàn)結束后，貝爾實驗室加緊了對固體電子器件的基礎研究。肖克萊等人決定集中研究硅、鍺等半導體材料，探討用半導體材料制作放大器件的可能性。1945年秋天，貝爾實驗室成立了以肖克萊為首的半導體研究小組，成員有布拉頓、巴丁等人。布拉頓早在1929年就開始在這個實驗室工作，長期從事半導體的研究，積累了豐富的經(jīng)驗。他們經(jīng)過一系列的實驗和觀察，逐步認識到半導體中電流放大效應產(chǎn)生的原因。布拉頓發(fā)現(xiàn)，在鍺片的底面接上電極，在另一面插上細針并通上電流，然后讓另一根細針盡量靠近它，并通上微弱的電流，這樣就會使原來的電流產(chǎn)生很大的變化。微弱電流少量的變化，會對另外的電流產(chǎn)生很大的影響，這就是“放大”作用。