制造材料结构与理论.ppt

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1、第二章第二章 IC制造材料结构与理论制造材料结构与理论第二章第二章 IC制造材料结构与理论制造材料结构与理论2.1 了解集成电路材料了解集成电路材料 2.2 半导体基础知识半导体基础知识 2.3 PN结与结型二极管结与结型二极管2.4 双极型晶体管基本结构与工作原理双极型晶体管基本结构与工作原理 2.5 MOS晶体管基本晶体管基本结构与工作原理结构与工作原理2.1 了解集成电路材料了解集成电路材料半导体材料在集成电路的制造中起着根本性的作用，半导体材料在集成电路的制造中起着根本性的作用，掺入杂质可改变电导率掺入杂质可改变电导率/热敏效应热敏效应/光电效应光电效应 硅、砷化镓和磷化铟是最基本的三

2、种半导体材料硅、砷化镓和磷化铟是最基本的三种半导体材料分分 类类材材 料料电电 导导 率率导体导体铝、金、钨、铜等铝、金、钨、铜等105 Scm-1半导体半导体硅、锗、砷化镓、磷硅、锗、砷化镓、磷化铟等化铟等10-910-2 Scm-1绝缘体绝缘体SiO2、SiON、Si3N4等等 10-2210-14 Scm-12.1.1 硅硅 (Si)基于硅的多种工艺技术：基于硅的多种工艺技术：双极型晶体管（双极型晶体管（BJT）结型场效应管（结型场效应管（J-FET）P型、型、N型型MOS场效应管（场效应管（PMOS/NMOS）CMOS双极双极 CMOS（BiCMOS）价格低廉、取材广泛价格低廉、取材广

3、泛，占领了，占领了90的的 IC市场。市场。2.1.2 砷化镓砷化镓(GaAs)能工作在能工作在超高速超高频超高速超高频载流子迁移率更高，近乎半绝缘的电阻率载流子迁移率更高，近乎半绝缘的电阻率GaAs的优点的优点fT可达可达150GHz可制作发光器件可制作发光器件工作在更高的温度工作在更高的温度更好的抗辐射性能更好的抗辐射性能GaAs IC 的三种有源器件的三种有源器件:MESFET,HEMT 和和 HBT 2.1.3 磷化铟磷化铟(InP)能工作在超高速超高频能工作在超高速超高频三种有源器件三种有源器件:MESFET、HEMT和和HBT 广泛应用于光纤通信系统中广泛应用于光纤通信系统中 覆盖

4、了玻璃光纤的最小色散（覆盖了玻璃光纤的最小色散（1.3 m）和最小衰减）和最小衰减（1.55 m）的两个窗口）的两个窗口2.1.4 绝缘材料绝缘材料IC 系统中常用绝缘材料系统中常用绝缘材料SiO2 SiON Si3N4 SiOF功能包括：功能包括：充当离子注入及热扩散的掩膜充当离子注入及热扩散的掩膜器件表面的钝化层器件表面的钝化层 电隔离电隔离 2.1.5 金属材料金属材料金属材料有三个功能：金属材料有三个功能：1.形成器件本身的接触线形成器件本身的接触线 2.形成器件间的互连线形成器件间的互连线 3.形成焊盘形成焊盘ICIC制造用金属材料制造用金属材料铝，铬，钛，钼，铊，钨等纯金属和合金铝

5、，铬，钛，钼，铊，钨等纯金属和合金对对Si及绝缘材料有良好的附着力及绝缘材料有良好的附着力可塑性好可塑性好容易制造容易制造高导电率高导电率易与外部连线相连。易与外部连线相连。纯纯金金属属薄薄层层用用于于制制作作与与工工作作区区的的连连线线，器器件件间间的的互联线，栅及电容、电感、传输线的电极等。互联线，栅及电容、电感、传输线的电极等。铝（铝（AlAl）在在SiSi基基VLSIVLSI技技术术中中，AlAl几几乎乎可可满满足足金金属属连连接接的的所所有有要要求，被广泛用于制作求，被广泛用于制作欧姆接触及导线欧姆接触及导线。随随着着器器件件尺尺寸寸的的日日益益减减小小，金金属属化化区区域域的的宽宽

6、度度也也越越来来越越小小，故故连连线线电电阻阻越越来来越越高高，其其RCRC常常数数是是限限制制电电路路速度的重要因素。速度的重要因素。要要减减小小连连线线电电阻阻，采采用用低低电电阻阻率率的的金金属属或或合合金金是是一一个个值得优先考虑的方法。值得优先考虑的方法。铝合金铝合金在在纯纯金金属属不不能能满满足足一一些些重重要要的的电电学学参参数数、达达不不到到可可靠度的情况下，靠度的情况下，ICIC金属化工艺中采用金属化工艺中采用合金合金。硅硅铝铝、铝铝铜铜、铝铝硅硅铜铜等等合合金金已已用用于于减减小小峰峰值值、增增大大电电子子迁迁移移率率、增增强强扩扩散散屏屏蔽蔽，改改进进附附着着特特性性等等

7、。或或用用于于形形成成特特定定的的肖肖特特基基势势垒垒。例例如如,在在AlAl中中多多加加1 1%的的SiSi即即可可使使AlAl导导线线上上的的缺缺陷陷减减至至最最少少，而而在在AlAl中中加加入少量入少量CuCu，则可使则可使电子迁移率提高电子迁移率提高1010 10001000倍；倍；通过金属之间或与通过金属之间或与SiSi的互相掺杂可以增强的互相掺杂可以增强热稳定性热稳定性。铜铜(Cu)Cu)因因为为铜铜的的电电阻阻率率为为1.7 1.7 cm,cm,比比铝铝3.1 3.1 cmcm的的电电阻率低阻率低,以铜代铝将成为半导体技术发展的趋势以铜代铝将成为半导体技术发展的趋势.IBMIBM

8、公公司司最最早早推推出出铜铜布布线线的的CMOSCMOS工工艺艺,实实现现了了400400MHz MHz Power PCPower PC芯片芯片.0.180.18 m m的的CMOSCMOS工艺中几乎都引入了铜连线工艺工艺中几乎都引入了铜连线工艺.金与金合金金与金合金应用领域要求应用领域要求IC所用金属具有高稳定性和可靠性所用金属具有高稳定性和可靠性受离子注入技术最大掺杂浓度限制受离子注入技术最大掺杂浓度限制，不能用金属与高掺杂的不能用金属与高掺杂的半导体形成欧姆接触，在半导体形成欧姆接触，在GaAs及及InP芯片中采用芯片中采用金合金金合金（掺（掺杂浓度低）作为接触和连接材料。杂浓度低）作

9、为接触和连接材料。制作制作N型型GaAs欧姆接触时采用欧姆接触时采用金与锗金与锗(合金合金)形成的低共熔混形成的低共熔混合物。第一第二层金属必须和金锗欧姆接触相容，有许多金合物。第一第二层金属必须和金锗欧姆接触相容，有许多金合金系统得到应用。合金系统得到应用。基于金的金属化工艺和半绝缘衬底及多层布线系统的组合有基于金的金属化工艺和半绝缘衬底及多层布线系统的组合有一个优点，即芯片上传输线和电感有更高的一个优点，即芯片上传输线和电感有更高的Q Q值。值。在大部分在大部分GaAs ICGaAs IC工艺中有一个标准的工序：即把第一层金属工艺中有一个标准的工序：即把第一层金属布线与形成肖特基势垒与栅极

10、形成结合起来。（布线与形成肖特基势垒与栅极形成结合起来。（MESFET)MESFET)不同材料之间的互连不同材料之间的互连半半导导体体表表面面制制作作了了金金属属层层后后，根根据据金金属属的的种种类类及半导体掺杂浓度的不同，可形成及半导体掺杂浓度的不同，可形成肖肖特特基基型型接接触触：金金属属和和掺掺杂杂浓浓度度较较低低半半导导体体结合面形成。结合面形成。类似类似PNPN结结欧欧姆姆接接触触：如如果果半半导导体体掺掺杂杂浓浓度度足足够够高高，隧隧道道效效应应抵抵消消势势垒垒的的影影响响，形形成成了了双双向向低低欧欧姆姆电阻值。电阻值。器件互连材料包括器件互连材料包括金属，合金，多晶硅，金属硅化

11、物金属，合金，多晶硅，金属硅化物两层与多层金属布线两层与多层金属布线VLSIVLSI至少采用两层金属布线。至少采用两层金属布线。第一层金属主要用于器件各个极的接触点及器件间的部第一层金属主要用于器件各个极的接触点及器件间的部分连线，这层金属通常较薄，较窄，间距较小。分连线，这层金属通常较薄，较窄，间距较小。第二层主要用于器件间及器件与焊盘间的互联，并形成第二层主要用于器件间及器件与焊盘间的互联，并形成传输线。寄生电容大部分由两层金属及其间的隔离层形传输线。寄生电容大部分由两层金属及其间的隔离层形成。成。多数多数VLSIVLSI工艺中使用工艺中使用3 3层以上的金属。最上面一层层以上的金属。最上

12、面一层通常用于供电及形成牢固的接地。其它较高的几层通常用于供电及形成牢固的接地。其它较高的几层用于提高密度及方便自动化布线。用于提高密度及方便自动化布线。0.35um CMOS工艺的多层互联线工艺的多层互联线IC设计与金属布线设计与金属布线多数情况下，多数情况下，IC特别是特别是VLSI版图版图设计者的基本任设计者的基本任务是完成金属布线。因为基本器件其它各层的版务是完成金属布线。因为基本器件其它各层的版图通常已经事先做好，存放在元件库中。门阵列图通常已经事先做好，存放在元件库中。门阵列电路中，单元电路内的布线也已经完成。电路中，单元电路内的布线也已经完成。对于电路设计者而言，布线的技巧包含合

13、理使用对于电路设计者而言，布线的技巧包含合理使用金属层，减少寄生电容或在可能的情况下合理利金属层，减少寄生电容或在可能的情况下合理利用寄生电容等。用寄生电容等。2.1.6 2.1.6 多晶硅多晶硅多晶硅与单晶硅都是硅原子的集合体。多晶硅与单晶硅都是硅原子的集合体。多晶硅特性随结晶度与杂质原子而改变。多晶硅特性随结晶度与杂质原子而改变。非非掺掺杂杂的的多多晶晶硅硅薄薄层层实实质质上上是是半半绝绝缘缘的的，电电阻阻率率为为300 cm。通通过过不不同同杂杂质质的的组组合合，多多晶晶硅硅的的电电阻阻率率可可被被控控制制在在5000.005 cm多多晶晶硅硅被被广广泛泛用用于于电电子子工工业业。在在M

14、OS及及双双极极器器件件中中，多多晶晶硅硅用用制制作作栅栅极极、形形成成源源极极与与漏漏极极（或或双双极极器器件件的的基基区区与与发发射射区区）的的欧欧姆姆接接触触、基基本本连连线线、薄薄PN结结的的扩扩散散源源、高值电阻等。高值电阻等。多晶硅的制造技术多晶硅的制造技术多晶硅层可用溅射法，蒸发或多晶硅层可用溅射法，蒸发或 CVDCVD外延生长技术沉外延生长技术沉淀。淀。多多晶晶硅硅可可用用扩扩散散法法、注注入入法法掺掺杂杂，也也可可在在沉沉淀淀多多晶晶硅的同时通入杂质气体（硅的同时通入杂质气体（In-SituIn-Situ法）来掺杂。法）来掺杂。扩扩散散法法形形成成的的杂杂质质浓浓度度很很高高

15、（=1021cm-3），故故电电阻阻率率很小。很小。注入法的杂质浓度为注入法的杂质浓度为 1020cm-3，电阻率约是它的，电阻率约是它的10倍。倍。而而In-Situ法的浓度为法的浓度为1020-1021cm-3。三三种种掺掺杂杂工工艺艺中中，后后两两种种由由于于可可在在较较低低的的工工艺艺温温度度下下进行而在进行而在VLSI工艺中被优先采用。工艺中被优先采用。2.1.7 材料系统材料系统材料系统指的是在由一些基本材料材料系统指的是在由一些基本材料(如如Si,GaAs或或InP)制成的衬底上或衬底内，用其它物质再生成一制成的衬底上或衬底内，用其它物质再生成一层或几层材料。层或几层材料。材料系

16、统与掺杂过的材料之间的区别材料系统与掺杂过的材料之间的区别:在掺杂材料中在掺杂材料中,掺杂原子很少掺杂原子很少 在材料系统中在材料系统中,外来原子的比率较高外来原子的比率较高半导体材料系统半导体材料系统半导体材料系统是指不同质（异质）的几种半导半导体材料系统是指不同质（异质）的几种半导体体(GaAs与与AlGaAs,InP与与InGaAs和和Si与与SiGe等等)组成的层结构。组成的层结构。应用应用:制作异质结双极性晶体管制作异质结双极性晶体管HBT。制作高电子迁移率晶体管制作高电子迁移率晶体管HEMT。制作高性能的制作高性能的LED及及LD。半导体半导体/绝缘体材料系统绝缘体材料系统半导体半

17、导体/绝缘体材料系统是半导体与绝缘体相结合的绝缘体材料系统是半导体与绝缘体相结合的材料系统。其典型代表是材料系统。其典型代表是绝缘体上硅绝缘体上硅(SOI:Silicon On Insulator)。SOI制造技术：注入氧隔离（制造技术：注入氧隔离（SIMOX）和晶片粘接）和晶片粘接（P.14）SOI:由于在器件的有源层和衬底之间的隔离层厚，由于在器件的有源层和衬底之间的隔离层厚，电极与衬底之间的寄生电容大大的减少。器件的电极与衬底之间的寄生电容大大的减少。器件的速速度更快，功率更低度更快，功率更低。第二章第二章 IC制造材料结构与理论制造材料结构与理论2.1 了解集成电路材料了解集成电路材料

18、 2.2 半导体基础知识半导体基础知识 2.3 PN结与结型二极管结与结型二极管2.4 双极型晶体管基本结构与工作原理双极型晶体管基本结构与工作原理 2.5 MOS晶体管基本晶体管基本结构与工作原理结构与工作原理 2.2.1 半导体的晶体结构半导体的晶体结构固体材料分为两类：晶体和非晶体。固体材料分为两类：晶体和非晶体。从外观看从外观看晶体有一定的几何外形，晶体有一定的几何外形，非晶体没有一定的形状。非晶体没有一定的形状。用来制作集成电路的硅、锗等都是晶体，而玻璃、用来制作集成电路的硅、锗等都是晶体，而玻璃、橡胶等都是非晶体。橡胶等都是非晶体。2.2.2 本征半导体与杂质半导体本征半导体与杂质

19、半导体本本征征半半导导体体是是一一种种完完全全纯纯净净的的、结结构构完完整整的的半半导导体体晶晶体体。但但是是，当当半半导导体体的的温温度度升升高高（例例如如室室温温300K）或或受受到到光光照照等等外外界界因因素素的的影影响响时时，本本征征激激发发所所产产生生的的自自由由电电子子和和空空穴穴数数目目是是相相同同的的。在在外外加加电电场场作作用用下下，电电子子和和空空穴穴的的运运动动方方向向相相反反，但但由由于于电电子子和和空空穴穴所所带带电电荷荷相相反反，因因而而形形成成的的电电流流是是相相加加的的，即即顺顺着着电电场场方方向向形形成成电电子子和和空空穴穴两两种种漂移电流。漂移电流。杂质半导

20、体杂质半导体根据掺入杂质性质的不同，杂质半导体可以分为根据掺入杂质性质的不同，杂质半导体可以分为N型半导体和型半导体和P型半导体。型半导体。P型半导体型半导体掺入少量的掺入少量的3价元素，如硼、铝或铟，有价元素，如硼、铝或铟，有3个价电子，形个价电子，形成共价键时，缺少成共价键时，缺少1个电子，产生个电子，产生1个空位。个空位。空穴为多数载流子，电子为少数载流子。空穴为多数载流子，电子为少数载流子。3价杂质的原子很容易接受价电子，称为价杂质的原子很容易接受价电子，称为“受主杂质受主杂质”。N型半导体型半导体掺入少量的掺入少量的5价元素，如磷、砷或锑，有价元素，如磷、砷或锑，有5个价电子，形个价

21、电子，形成共价键时，多余成共价键时，多余1个电子。个电子。电子为多数载流子，空穴为少数载流子。电子为多数载流子，空穴为少数载流子。在半导体内产生多余的电子，称为在半导体内产生多余的电子，称为“施主杂质施主杂质”。第二章第二章 IC制造材料结构与理论制造材料结构与理论2.1 了解集成电路材料了解集成电路材料 2.2 半导体基础知识半导体基础知识 2.3 PN结与结型二极管结与结型二极管2.4 双极型晶体管基本结构与工作原理双极型晶体管基本结构与工作原理 2.5 MOS晶体管基本晶体管基本结构与工作原理结构与工作原理 2.3.1 PN结的扩散与漂移结的扩散与漂移由于两种半导体内带电粒子的正、负电荷

22、由于两种半导体内带电粒子的正、负电荷相等，所以半导体内呈电中性。相等，所以半导体内呈电中性。平衡状态下的平衡状态下的PN结结正负离子形成了内建电场正负离子形成了内建电场，N区指向区指向P区；区；电场阻止扩散运动的继续进行电场阻止扩散运动的继续进行内建电场内建电场作用下，进入空间电荷区的空穴在向作用下，进入空间电荷区的空穴在向P区漂移，自区漂移，自由电子向由电子向N区漂移，将产生漂移运动；区漂移，将产生漂移运动；漂移运动和扩散运动方向相反漂移运动和扩散运动方向相反;动态平衡时，扩散电流和漂移电流大小相等、方向相反，流过动态平衡时，扩散电流和漂移电流大小相等、方向相反，流过PN结的总电流为零。结的

23、总电流为零。扩散电流扩散电流漂移电流漂移电流扩散与漂移共存扩散与漂移共存2.3.2 PN结型二极管结型二极管(a)(a)2.3.3 肖特基结二极管肖特基结二极管 基于基于GaAs和和InP的的MESFET和和HEMT器件中，其金属栅极器件中，其金属栅极与沟道材料之间形成的结就属于肖特基结。因此，它们的等与沟道材料之间形成的结就属于肖特基结。因此，它们的等效电路中通常至少包含栅效电路中通常至少包含栅-源和栅源和栅-漏两个肖特基结二极管。漏两个肖特基结二极管。2.3.4 欧姆型接触欧姆型接触在在半半导导体体器器件件与与集集成成电电路路制制造造过过程程中中，半半导导体体元元器器件件引引出出电电极极与

24、与半半导导体体材材料料的的接接触触也也是是一一种种金金属属-半半导导体体结结。但但是是我我们们希希望望这这些些结结具具有有双双向向低低欧欧姆姆电电阻阻值值的的导导电电特特性性，也也就就是是说说，这这些些结结应应当当是是欧欧姆姆型型接接触触，或或者者说说，这这里里不不应应存存在在阻阻挡挡载载流流子子运运动动的的“结结”。工工程程中中，这这种种欧欧姆姆接接触触通通过过对对接接触触区区半半导导体体的的重重掺掺杂杂来来实实现现。理理论论根根据据是是：通通过过对对半半导导体体材材料料重重掺掺杂杂，使使集集中中于于半半导导体体一一侧侧的的结结（金金属属中中有有更更大大量量的的自自由由电电子子）变变得得如如

25、此此之之薄薄，以以至至于于载载流流子子可可以以容容易易地地利利用用量量子子隧隧穿穿效效应应相相对对自由地传输自由地传输。第二章第二章 IC制造材料结构与理论制造材料结构与理论2.1 了解集成电路材料了解集成电路材料 2.2 半导体基础知识半导体基础知识 2.3 PN结与结型二极管结与结型二极管2.4 双极型晶体管基本结构与工作原理双极型晶体管基本结构与工作原理 2.5 MOS晶体管基本晶体管基本结构与工作原理结构与工作原理 2.4 双极型晶体管基本结构与工作原理双极型晶体管基本结构与工作原理由于晶体管有两个由于晶体管有两个PN结，所以它有四种不同的运用状态。结，所以它有四种不同的运用状态。（1

26、）发射结正偏，集电结反偏时，为放大工作状态；）发射结正偏，集电结反偏时，为放大工作状态；（2）发射结正偏，集电结也正偏时，为饱和工作状态；）发射结正偏，集电结也正偏时，为饱和工作状态；（3）发射结反偏，集电结也反偏时，为截止工作状态；）发射结反偏，集电结也反偏时，为截止工作状态；（4）发射结反偏，集电结正偏时，为反向工作状态。）发射结反偏，集电结正偏时，为反向工作状态。双极型晶体管的放大作用就用正向电流放大倍数双极型晶体管的放大作用就用正向电流放大倍数F来描来描述述,F定义为：定义为：F=IC/IB 电流放大作用电流放大作用 发射结的注入发射结的注入基区中的输运与复合基区中的输运与复合和集电区

27、的收集和集电区的收集 电子电流2.5 MOS晶体管的基本结构与工作原理晶体管的基本结构与工作原理欧姆接触MOS晶体管的晶体管的工作原理工作原理如如果果没没有有任任何何外外加加偏偏置置电电压压，这这时时，从从漏漏到到源源是是两两个个背背对对背背的的二二极极管管。它它们们之之间间所所能能流流过过的的电电流流就就是是二二极极管管的的反反向向漏漏电电流流。在在栅栅电电极极下下没没有有导导电电沟沟道道形形成成。如如果果把把源源漏漏和和衬衬底底接接地地，在在栅栅上上加加一一足足够够高高的的正正电电压压，从从静静电电学学的的观观点点看看，这这一一正正的的栅栅电电压压将将要要排排斥斥栅栅下下的的P型型衬衬底底

28、中中的的可可动动的的空空穴穴电电荷荷而而吸吸引引电电子子。电电子子在在表表面面聚聚集集到到一一定定浓浓度度时时，栅栅下下的的P型型层层将将变变成成N型型层层，即即呈呈现现反反型型。N反反型型层层与与源源漏漏两两端端的的N型型扩扩散散层层连连通通，就就形形成成以以电电子子为载流子的为载流子的导电沟道导电沟道。阈值电压阈值电压 VT引起沟道区产生强表面反型的最小栅电压，称为引起沟道区产生强表面反型的最小栅电压，称为阈值电压阈值电压VT。往往用离子注入技术改变沟道区的掺杂浓度，从往往用离子注入技术改变沟道区的掺杂浓度，从而改变阈值电压。而改变阈值电压。改变阈值电压改变阈值电压 对对NMOS晶体管而言

29、，注入晶体管而言，注入P型杂质，将使阈值电压增加。反型杂质，将使阈值电压增加。反之，注入之，注入N型杂质将使阈值电压降低。型杂质将使阈值电压降低。如果注入剂量足够大，可使器件沟道区反型变成如果注入剂量足够大，可使器件沟道区反型变成N型的。这时，型的。这时，要在栅上加负电压，才能减少沟道中电子浓度，或消除沟道，要在栅上加负电压，才能减少沟道中电子浓度，或消除沟道，使器件截止。在这种情况下，阈值电压变成负的电压，称其为使器件截止。在这种情况下，阈值电压变成负的电压，称其为夹断电压。夹断电压。根根据据阈阈值值电电压压不不同同，常常把把MOS器器件件分分成成增增强强型型和和耗耗尽尽型型两两种种器器件件

30、。对对于于N沟沟MOS器器件件而而言言，将将阈阈值值电电压压VT0的的器器件件称称为为增强型器件，阈值电压增强型器件，阈值电压VT0的器件，称为耗尽型器件。的器件，称为耗尽型器件。在在CMOS电路里，全部采用增强型的电路里，全部采用增强型的NMOS和和PMOS。三个工作区域三个工作区域(a)VgsVT,VdsVT,VdsVgs-VT沟道不再伸展到漏极，处于夹断状态，夹断处的电压降保持在VdsVgs-VT。三个表达式三个表达式描述NMOS器件性能的理想表达式为：截止区线性区饱和区NMOS跨导系数跨导系数N型型MOS管与管与P型型MOS管的电压管的电压-电流特性电流特性输出电阻和跨导输出电阻和跨导 饱和区具有受控电流源特性，输出电阻很大。饱和区具有受控电流源特性，输出电阻很大。线性区等效输出电阻线性区等效输出电阻跨导跨导本章练习题本章练习题1.GaAs和和InP材料各有哪些特点？材料各有哪些特点？2.在怎样的条件下金属与半导体形成欧姆接触？在在怎样的条件下金属与半导体形成欧姆接触？在怎样的条件下金属与半导体形成肖特基接触？怎样的条件下金属与半导体形成肖特基接触？3.说出多晶硅在说出多晶硅在CMOS工艺中的作用。工艺中的作用。4.欧姆接触与肖特基接触各有什么特点？欧姆接触与肖特基接触各有什么特点？5.简述双极型晶体管和简述双极型晶体管和MOS晶体管的工作原理。晶体管的工作原理。