微电子器件(3-4)
微电子技术微型电子器件与电路的研究与应用
微电子技术微型电子器件与电路的研究与应用微电子技术是近年来快速发展的一门前沿技术，它涉及微型电子器件和电路的设计、制造、测试和应用等多个领域。
本文将介绍微电子技术在微型电子器件与电路研究和应用方面的一些重要进展和应用案例。
一、微电子器件的研究与应用1. MOSFETMOSFET是微电子器件中的一种关键器件，它是现代集成电路的基础。
通过研究不同工艺参数对MOSFET性能的影响，可以实现器件的优化设计。
同时，MOSFET在数字电路、模拟电路和功率电子等领域都有广泛应用。
2. MEMSMEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是一种将微机械系统与微电子技术相结合的新颖技术。
通过微纳加工工艺，制造出微小的机械结构，并借助电子技术对其进行控制和感知。
MEMS在加速度计、陀螺仪、微型传感器等领域有广泛应用。
3. NEMSNEMS（Nano-Electro-Mechanical Systems）是MEMS技术的延伸，主要研究纳米尺度的微型机械系统。
NEMS的特点是尺寸更小、力学性能更好，具有更高的灵敏度和更低的功耗。
NEMS在生物传感、纳米机器人等领域有重要应用前景。
二、微型电子电路的研究与应用1. 集成电路集成电路是将数百万甚至上亿个微型电子器件集成在一个芯片上的产物。
通过研究不同的集成电路设计与制造工艺，可以实现电路的小型化、高速化和低功耗化。
集成电路在计算机、通信、消费电子等领域的应用十分广泛。
2. 射频电路射频电路是指在无线通信系统中起中频、射频信号放大与处理的电路。
通过研究射频电路的设计和优化，可以实现无线通信设备的高性能和高可靠性。
射频电路在无线电通信、雷达、卫星通信等领域发挥重要作用。
3. 数模混合电路数模混合电路是指将数字电路和模拟电路相结合的电路。
它能够在数字信号处理的同时实现高精度的模拟信号处理，具有广泛的应用前景。
数模混合电路在音频处理、图像处理、模拟信号采集等领域有重要作用。
微电子器件课后答案(第三版)
Hale Waihona Puke 得：VBE 0.55V WB2 1 WB 已知： 1 1 , 将 n 106 s 及 WB 、DB 2 LB 2 DB n
q
s
N D xn , 由此得：xn
q
s
N A xp , 由此得：xp
s Emax
qN A
(2) 对于无 I 型区的 PN 结： q xi1 0, xi2 0, E1 N D ( x xn ), s
在 x 0 处，电场达到最大， Emax q
E3 N D xn
0
AE q 2 DE ni2 1 QEO
1
再根据注入效率的定义，可得：
J pE QBO DE J nE J nE 1 1 J E J nE J pE J nE QBE DB
9、
I C AE J nC AE J nE
1 2
39、
qV I F I 0 exp kT dI F qI F gD dV kT kT 当 T 300K 时, 0.026 V, 对于 I F 10 mA 0.01 A， q 10 1 gD 0.385s, rD 2.6 26 gD kT 373 在 100C 时， 0.026 0.0323V, q 300 10 1 gD 0.309s, rD 3.23 32.3 gD
微电子器件
微电子器件1. 概述微电子器件是一种尺寸远小于传统电子器件的电子元件。
它们在微纳尺度下制造，通常采用半导体材料（如硅）制成。
微电子器件在现代科技中起着至关重要的作用，广泛应用于电子、通信、计算机、医疗和能源等领域。
2. 基本概念微电子器件的尺寸通常在微米至纳米级别，其特点包括： - 小尺寸：微电子器件通常具有毫米或更小的尺寸，这使得它们可以在集成电路中实现高密度布局。
- 快速响应：由于尺寸小，微电子器件的响应速度通常很快，这使得它们适用于高速信号处理和通信应用。
- 低功耗：微电子器件通常具有低功耗特性，这使得它们在便携设备和低功耗电路中非常受欢迎。
3. 常见的微电子器件3.1 MOSFET金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）是一种常见的微电子器件。
它由金属栅极、绝缘层和半导体材料组成，通过调节栅极电压来控制电流。
MOSFET广泛应用于集成电路和数字电子领域。
3.2 MEMS微机电系统（MEMS）是一种将机械、电子和传感器结合在一起的微型系统。
它由微型机械结构和微电子器件组成。
MEMS通常用于传感、加速度计、惯性导航和微型机器人等领域。
3.3 CCD电荷耦合器件（CCD）是一种用于图像传感和成像的微电子器件。
它通过将光信号转换为电荷进行图像采集和存储。
CCD广泛应用于数码相机、摄像机和天文观测等领域。
3.4 LED发光二极管（LED）是一种能够将电能转换为光能的微电子器件。
LED具有高效率、长寿命和低功耗的优点，因此广泛应用于照明、显示和通信等领域。
4. 微电子器件制造技术微电子器件的制造通常涉及以下关键技术： - 硅工艺：硅工艺是制造微电子器件最常用的方法之一，它涉及光刻、薄膜沉积、扩散和离子注入等过程。
- 薄膜技术：微电子器件通常需要在半导体表面上沉积各种功能膜层，薄膜技术是实现这一目标的重要方法。
- 纳米制造技术：纳米制造技术是制造纳米尺度器件的关键技术，包括纳米光刻、纳米精细加工和纳米材料制备等方面。
微电子器件(3-3)
均匀基区相关知识点I pEI pCI prI nEI nr相关公式β∗W B2 τb =1− =1− 2 2 LB τBD EW B N B WBρE γ = 1− D W N = 1− W ρ B E E E B⎛ W B2 α =⎜ ⎜1 − 2 L2 B ⎝2 B 2 BR口E = 1− R口B1⎞⎛ R口E ⎞ W B2 R口E ⎟ ⎟⎜ ⎟ ≈ 1 − 2 L2 − R ⎜1 − R ⎟ 口 B1 ⎠ B 口 B1 ⎠⎝⎛W R口E ⎜ β ≈⎜ + R口B1 ⎝ 2L⎞ ⎟ ⎟ ⎠−1§3-3 缓变基区晶体管的放大系数以NPN 管为例，结电压为 VBE 与 VBC 。
现代晶体管，如双扩散外延平面管 属缓变基区晶体管，由于载流子在 基区主要是以漂移运动在传输，故 它又称为 漂移晶体管。
N+0PN杂质浓度分布图：x jE x jCWB = x jC − x jEN E ( x) N B ( x)NC0x jE x jCx1、基区内建电场的形成与求解 形成的物理机理(以P型基区的Xmb-Xjc段为例)xjE 和xjC为发射结 和集电结结深， xmB为杂质补偿后 基区净杂质浓度 的极值位置杂质浓度高的地方留下不 可移动的电离杂质电荷 （NA-)，杂质浓度低的地 方积累多子（空穴）杂质（NA) 浓度梯度杂质电离多子（空 穴） 浓度梯度多子（空 穴） 扩散正负电荷 分离内建电场内建电场的作用 漂移晶体管电场方向：指向发射结 加速场 电场作用： 基区的少子（电子） 向集电结方向漂移运 动，对少子有加速作用 向发射结方向漂移运动， 抵消多子扩散运动 多子电流等于零基区的多子（空穴）xjE到xmB段，将产生一个与EB方向相反的自建电场EB’，它将阻止 基区中少子（电子）流向集电结，称阻滞电场，该部分基区称阻 滞区。
一般情况下，相对与整个基区而言，阻滞区很窄，一般可以忽略。
请从以下几方面总结半导体器件中的内建电场① 掺杂不均匀产生的内建电场 ~ 产生机理？ 对多数载流子运动的影响？ 对少数载流子运动的影响？ ② 大注入产生的内建电场 ~ 产生机理？ 对多数载流子运动的影响？ 对少数载流子运动的影响 ？ ③ p-n结中的内建电场 ~ 产生机理？ 势垒区（阻挡层）→阻挡多数载流子还是阻挡少数载流子？ 耗尽层近似？→ 耗尽什么种类的载流子？三个内建电场形成机理的比较内建电场种类形成原因 P区与N区刚接触 时冶金结两边存 在自由载流子浓 度差 大注入时中性区 多子具有浓度梯 度分布电荷分离的表现形式 冶金结两边自由载流子扩散，留下不 可移动的电离施主和受主杂质电荷在 空间上分离 多子与少子同时扩散，但由于多子扩 散得不到补充，最终使得靠近耗尽区 少子浓度高于多子浓度，远离耗尽区 边界少子浓度低于多子浓度，最终多 子与少子电荷在空间上分离 多子浓度扩散，使得靠近发射结耗尽 区的电离杂质电荷高于多子，靠近集 电结耗尽区的电离杂质电荷低于多 子，造成电离杂质电荷与多子电荷在 空间上分离作用 载流子的扩散运 动等于漂移运动PN结空间电 荷区内建电 场 大注入PN结 中性区中的 内建电场 （自建场） 缓变基区BJT 中基区内建 电场多子的扩散运动 与漂移运动抵 消，加强少子扩 散运动 多子的扩散运动与 漂移运动抵消，少 子在基区以漂移运 动为主掺杂原子具有浓 度梯度，多子具 有相同的浓度梯 度分布基区内建电场表达式的推导 设基区杂质浓度分布为：NB (0)NB (x)⎛ ηx ⎞ N B ( x ) = N B ( 0 ) exp ⎜ ⎜− W ⎟ ⎟ B ⎠ ⎝ 式中 η 是表征基区内杂质变化程度的一个参数：NB (WB )0WBxN B (W B ) = N B ( 0 ) exp (− η )N B (0) η = ln N B (W B )当 η = 0 时为均匀基区。
微电子工艺(3)----第三章外延
C Ce ( x) s 2
自掺杂效应
高温外延时，高掺杂衬底杂质 反扩散（蒸发）到气相粘滞层 （边界层），再进入外延层的 现象。 自掺杂效应是气相外延的本征 效应，不可能完全避免。
3.2.6 外延方法
低压外延 选择外延 SOI技术
低压外延
目的：减小自掺杂效应 压力：1*103—2*104Pa 原因： 低压气体扩散速率快，衬底逸出杂质可快速穿过边界层（滞留 层），被排除反应室,重新进入外延层机会减小； 停止外延时，气体易清除，多层外延时缩小了过渡区，冷壁系统 和热基座间无涡流，改善ρ；减小外延层图形的漂移和畸变； 温度影响 压力降低，生长外延层温度下限也降低，T↑，G↑； 问题：易泄漏；基座与衬底间温差大；基座、反应室在减压时放 出吸附气体；外延生长温度低等-----外延层晶体完整性受到一定 影响
微电子工艺
第3章 外延
(Epitaxy)
田
丽
第3章 外延
3.1 概述 3.2 气相外延 3.3 分子束外延 3.4 其它外延 3.5 外延层缺陷及检测
3.1 概述
3.1.1外延概念
在微电子工艺中，外延(epitaxy)是指在单晶 衬底上，用物理的或化学的方法，按衬底晶 向排列（生长）单晶膜的工艺过程。 新排列的晶体称为外延层，有外延层的硅片 称为（硅）外延片。 与先前描述的单晶生长不同在于外延生长温 度低于熔点许多 外延是在晶体上生长晶体，生长出的晶体的 晶向与衬底晶向相同，掺杂类型、电阻率可 不同。n/n+，n/p，GaAs/Si。
非线性器件的IP3、IM3及其它参数
y = f (v ) = a0 + a1v + a 2 v 2 + a3v 3
设输入信号为：
（2-2）
v = V1m cos ω1t + V2 m cos ω 2 t
（2-3）
将式(2-3)代入式(2-2)， 求出非线性器件的输出。 再用三角公式将各项展开并加整理， 得：
第 2 页 共 12 页
y = f (v ) = a0 +
2 非线性器件分析
2.1 非线性器件分析方法
非线性器件有多种分析方法， 比如： 幂级数分析法、 指数函数分析法等。 在大部分的 “高 频电子线路”教科书中都有非线性器件分析方法详细介绍。 本文采用幂级数分析法分析非线性器件的特性。
2.2 非线性器件特性的幂级数分析
设某一非线性器件的输入信号为 v 、 输出信号为 y = f (v ) 。 如果 f (v ) 的各阶导数存在， 则该该函数可以展开成以下幂级数：
拟 审 会
制 核 签
标准化 批 准
目录
非线性器件的 IP3、IM3 及相关参数................................................................................. 2 1 概述.......................................................................................................................... 2 2 非线性器件分析 ........................................................................................................ 2 2.1 非线性器件分析方法 ................................................................................... 2 2.2 非线性器件特性的幂级数分析 ..................................................................... 2 2.3 输入信号为等幅双音信号时，非线性器件输出信号分析............................... 4 3 非线性器件的 IP3、IM3 及相关参数分析................................................................... 5 3.1 IP3、IP2 分析.............................................................................................. 5 3.2 各参数之间的关系....................................................................................... 7 3.3 应用............................................................................................................ 8 4 多级级联非线性器件的 IP3 分析................................................................................ 8 4.1 多级级联非线性器件的 IP3 计算.................................................................. 8 4.2 两级级联非线性器件的 IP3 推导.................................................................. 8 5 试验........................................................................................................................ 10 5.1 目的.......................................................................................................... 10 5.2 内容.......................................................................................................... 10 5.3 试验环境................................................................................................... 10 5.3.1 仪器、仪表 ........................................................................................ 10 5.3.2 仪器、仪表连接 ................................................................................. 10 5.3.3 试验方法与步骤 ................................................................................. 10 5.3.4 试验测试数据..................................................................................... 10 5.3.5 试验测试数据分析...............................................................................11
微电子器件(3-4)
基区穿通时的 BVCBO与Vpt是否相等？为什么？
在进行BVCBO的测试时，发射结上 存在浮空电势，它使其反偏，发生 穿通时，由于发射结反偏，所以并 未发生击穿，直到发射结达到击穿 电压才发生击穿。
BVCBO V pt BVEBO
3)基区穿通时的 BVCEO
BVCEO V pt VF V pt
例： 若 0.99，则VBE 0.12V, n p (0) 9.9 10-3 n po
2、反向截止电流 1）IEBO和ICBO
n
p
n
n
p
n
定 义
ICBO表示集电极 IEBO表示集电极 开路时发射结的 开路时发射结的 反向饱和漏电流。 反向饱和漏电流。
ICBO ICS 1 R
但因 IE = 0 ，基区少子得不到 补充，使在靠近发射结一侧，
有：np(0) < npo ，根据边界条件，
这说明发射结上存在一个反向 电压，这就是 浮空电势 。 已知 NPN 管的共基极电流-电压方程为：
qVBE I E I ES exp kT
qVBC - 1 - R I CS exp kT qVBC - 1 - I CS exp kT
- 1
(1)
qVBE I C I ES exp kT
- 1
(2)
将 IE = 0 代入方程 ① ， 得：
I CS qVBE exp kT 1 R I ES
考虑到 VBC
ICBO的测 试电路
ICBO ICS 1 R I EBO I ES 1 R
2）ICEO
微电子器件的设计与工艺技术
微电子器件的设计与工艺技术微电子器件指的是已经制造好的微型电子元件，它们是我们现代电子技术不可或缺的组成部分。
微电子器件的种类繁多，设计与工艺技术水平的高低直接影响了整个电子行业的发展。
本文将从微电子器件的设计和制造工艺等角度，探讨微电子器件的设计与工艺技术。
一、微电子器件的分类微电子器件可以分为二极管、三极管、场效应管、集成电路等多种类型。
其中，集成电路是现代电子技术的重要代表，因其集成性强、功能多样而受到广泛应用。
在微电子器件的制造工艺中，集成电路也是占据主导地位的。
二、微电子器件的设计微电子器件的设计与制造技术紧密相关。
设计属于前期工作，设计好的电路才能够被制造出来。
现代电子电路的复杂性越来越高，实现一些特殊功能所需要的原件也越来越多。
因此，微电子器件的设计必须满足以下几个方面的要求：（1）功能性电路设计的首要目标是要满足电路所要实现的功能要求。
为了在实现特定功能时不影响电路的稳定性，微电子器件的设计需要考虑使用合适的器件、合理的芯片布局等等因素。
（2）稳定性设计好的微电子器件应该在长时间的使用过程中能够保持稳定性。
为此，需要设计出能够对外部环境变化产生较好的适应性的器件，并采用合适的芯片布局避免器件之间的相互影响。
（3）可靠性微电子器件应该有良好的可靠性，以尽量减少电路故障的可能性。
设计时需要考虑到电路的负载、放电等方面因素，以确保器件的可靠性。
（4）兼容性现代电子设备越来越能够相互兼容，因此微电子器件的设计也需要考虑到与其他器件的兼容，以达到更好的功能实现。
三、微电子器件的制造工艺微电子器件制造是一个非常复杂的工艺过程，其包括材料制备、器件的加工和装配等多个环节。
其中，材料制备是制造工艺的基础。
（1）材料制备微电子器件的材料一般采用半导体材料，在制造过程中需要严格控制材料的性质，以确保电路的稳定性和可靠性。
材料制备的关键在于半导体材料的质量、晶格结构和纯度等方面的控制。
（2）器件的加工和装配加工和装配是整个工艺流程最为重要的环节之一。
《微电子器件》课件
随着科技的不断发展，新型微电子器件的研究也 在不断推进。目前，新型微电子器件主要集中在 柔性电子器件、生物可穿戴器件、量子器件等领 域。
生物可穿戴器件
生物可穿戴器件是指能够与人体直接接触并监测 人体生理参数的微电子器件。目前，生物可穿戴 器件的研究重点在于提高其舒适性、准确性和稳 定性。
描述模拟电路性能的参数，表示输入与输出 之间的线性关系。
微电子器件的测试方法与设备
测试方法
包括功能测试、性能测试和可靠性测试等。
测试设备
如示波器、信号发生器、频谱分析仪等。
测试环境
需要控制温度、湿度、电磁干扰等环境因素 。
测试标准
根据不同应用领域制定相应的测试标准。
微电子器件可靠性分析
可靠性定义
02
微电子器件的基本结构与 原理
半导体材料基础
半导体材料的分类
元素半导体、化合物半导体、掺 杂半导体等。
半导体的基本性质
导电性、光学特性、热学特性等。
半导体的能带结构
价带、导带、禁带等概念及其对电 子跃迁的影响。
PN结与二极管
PN结的形成
01
扩散、耗尽层、空间电荷区等概念。
二极管的伏安特性
02
性能和热管理技术。
机械可靠性
微电子器件在受到机械 应力时容易发生损坏， 机械可靠性问题不容忽 视。目前，机械可靠性 的研究重点在于提高微 电子器件的抗冲击和抗
振动性能。
电气可靠性
微电子器件在长时间工 作过程中容易出现电迁 移、氧化等问题，影响 其电气性能。目前，电 气可靠性的研究重点在 于提高微电子器件的稳
柔性电子器件
柔性电子器件具有轻薄、可弯曲、可折叠等特点 ，被广泛应用于可穿戴设备、智能家居等领域。 目前，柔性电子器件的研究重点在于提高其稳定 性、可靠性和生产效率。
电子行业几种重要的微电子器件
电子行业几种重要的微电子器件引言微电子器件是电子行业中的重要组成部分，它们在各种电子设备中起到关键作用。
本文将介绍几种电子行业中常见且重要的微电子器件，包括集成电路、微处理器、MEMS传感器和功率器件。
通过了解这些器件的原理和应用，可以更好地理解电子行业的发展和创新。
1. 集成电路集成电路（Integrated Circuit，IC）是电子行业中最重要的微电子器件之一。
它是使用半导体材料制造的电子元件集合体，包括电阻、电容、电感、二极管、三极管等。
集成电路的主要特点是尺寸小、功耗低、可靠性高、成本低。
常见的集成电路类型包括模拟集成电路和数字集成电路。
模拟集成电路用于处理连续信号，它可以对信号进行放大、滤波、混频等操作。
模拟集成电路广泛应用于通信、音视频设备等领域。
数字集成电路用于处理离散信号，它通过逻辑门电路实现数字信号的处理和运算。
数字集成电路广泛应用于计算机、通信、自动化控制等领域。
集成电路的发展使得电子设备变得更加小型化、智能化和功能强大，推动了电子行业的快速发展。
2. 微处理器微处理器是一种集成电路，它是电子设备中的“大脑”，负责执行指令和控制计算机的运行。
微处理器包含运算器、控制器、缓存和寄存器等功能单元，它可以通过外部输入输出设备与外界进行信息交互。
微处理器的性能主要由时钟频率、位数和内核数量等指标决定。
随着技术的进步，微处理器的性能不断提高，使得计算机的运算速度和处理能力大幅提升。
微处理器广泛应用于个人电脑、服务器、嵌入式系统等领域。
它的发展推动了计算机技术和信息技术的快速发展，为人们的生活带来了巨大的改变。
3. MEMS传感器MEMS传感器（Microelectromechanical Systems Sensor）是一种微型机电系统，它结合了微电子技术和机械工程技术，具有感知、控制和执行功能。
MEMS传感器主要用于测量和检测各种物理量，如温度、压力、湿度、加速度和角度等。
它的小尺寸、低功耗和高精度使得它在手机、汽车、医疗、工业自动化等领域得以广泛应用。
微电子技术的分类
∙微电子技术的分类∙时间：2010/03/04 11:27 点击：576∙自从1947年发明晶体管、1958年第一块半导体集成电路诞生，微电子技术经过近半个世纪的高速发展，已经对人们的生活产生深刻影响：在美国，每年由计算机完成的工作量超过4000亿人年的手工工作量；在日本，每个家庭平均拥有100个芯片；在我国，公共IC卡、信用卡、小区智能卡、电子手表、手机、洗衣机等日常生活用品也都靠芯片支撑。
近些年，微电子产品更是凭借其体积小、重量轻、稳定可靠、功耗小、成本低等优点广泛应用于卫星通信、高速计算机、精确制导、预警探测、情报侦察、电子对抗、智能火控等军事装备中。
一、半导体器件及大规模集成电路SOC半导体集成电路是微电子技术的精华，是现代信息科学的核心，半导体集成电路正在日新月异地向前发展，其主要特征的集成度一直遵守摩尔定律按照比例缩小原则不断更新换代，性能也在不断提高。
在制造技术方面，元件尺寸正按每年40%的比例缩小。
预测到2010年最小元件尺寸将达到0.07um。
在集成度一代代提高的同时，芯片的性能、功能不断增强，而价格却不断下跌。
这一现象的深远意义在于，随着微电子芯片技术的快速发展，一切微电子产品(计算机、通信及消费类产品等)也加速更新、换代；不仅新一代产品性能、功能大大超过前一代，而且价格的越来越便宜又为电子信息技术的不断推进及其迅速推广应用到各个领域创造了条件，导致了人类信息化社会的到来。
一般常以动态存贮器(DRAM)芯片的存贮容量来代表IC芯片的集成度，用微处理器(MPU)芯片的主频来衡量当时IC芯片能达到的速度。
当前IC已达到特大规模集成(ULSI——集成度大于108)阶段，DRAM最高的已达到256兆位(256Mbit)，按摩尔定律推算，预期到2012年前后可达256吉位(256Gbit，1吉位=103兆位)。
一套大百科全书的信息容量约为1Gbit，人脑的信息贮量为4Gbit，这表明当前的3个DRAM芯片已几乎能存下一套大百科全书的全部信息，而到2012年1个256Gbit的DRAM芯片的信息容量将等于64个人的脑子。
微电子器件 (绪论)
微 电 子 器 件钟智勇办公室：<微电子楼>217室 电话：83201440 E-mail: zzy@ 答疑时间：周三晚上8:00-10:00绪 论1、课程介绍 2、半导体器件的发展简史 3、半导体器件的基本构件 4、半导体器件中的基本关系与方程一、课程介绍• 课程内容 • 为什么学习本课程 • 怎样学习本课程 • 课程的有关安排1、课程内容1.1、微电子器件与半导体器件的关系微电子器件微电子器件（Microelectronic Devices）主要是指 能在芯片上实现的电阻、电容、电感、半导体器 件等电子器件。
另一种说法是，微电子器件是指 芯片中的线宽在微米量级的器件，更小的称作纳 米电子器件。
半导体器件半导体器件（Semiconductor Device）指是利用半 导体材料（单晶）制备的具有特定功能的电子器 件。
1.2、半导体器件研究内容¾ 研究半导体器件中载流子（电子或空穴）的运动规律 ¾ 研究半导体器件中载流子运动行为的控制方法 ¾ 进而研究器件性能与器件结构以及材料特性间的关系 9 迄今大约有60种主要的半导 体器件以及100种和主要器件 相关的变异器件1.3、本课程的学习内容 1. pn结 2. 双极性晶体管（BJT) 3. MOS晶体管 建议阅读与深入学习内容 4.异质结微电子器件 5.有机微电子器件学习三种典型器件的 基本工作原理、结构 与电特性（交直流特 性等）的关系，为进 一步学习打下坚实的 理论基础。
6. 新器件（纳米-自旋电子器件）2、为什么学习本课程2.1 从课程体系看• 本课程是“电子科学与技术（微电 子技术）”与“集成电路设计与集 成系统”专业的一门专业主干课。
是从事微电子、集成电路等研究 、开发的专业基础课程之一IC的基础 数字集成电路的建库等 模拟集成电路、射频集成电路设计 近代集成电路设计和制造的重要理论基础9 9 9 92.2 从产业发展看电子产业的核心是集成电路，而半 导体器件是集成电路的基础电子工业是主导产业设 计 需求制 造封装测试 应用3、本课程的学习方法难 公式多 物理机理多1. 2. 3.理解推导思路 尽可能地亲自 推导相关公式 注意各公式的 使用条件 1. 结合物理机 理，理解与掌 握公式中各参 数之间关系 相关知识的灵 活应用1. 2.复习半导体物 理知识 多看、多思， 准确把握基本 物理概念及机 理2.4、本课程的讲述思路本课程目的： 三种器件的基本结构，工作原理，主要特性外电场作用下载流子在器件内的运动规律定性分析（掌握物理机理）定量分析（掌握器件性能与相关参数关系）掌握研究与 分析微电子 器件特性的 基本方法4、课程的相关安排与要求4.1、教材与参考书教材：微电子器件（第3版），陈星弼，张庆中，2011年参考书：1.半导体器件基础，B.L.Anderson, R.L.Anderson, 清华大学出版社，2008年2.半导体器件基础，Robert F. Pierret, 电子工业出版社，2004年3.集成电路器件电子学（第三版），Richard S. Muller,电子工业出版社，2004年4.半导体器件物理与工艺（第二版），施敏，苏州大学出版社，2002年5.半导体物理与器件（第三版），Donald A. Neamen, 清华大学出版社，2003年6. Physics of Semiconductor Devices( 3th Edition), S M Sze, Wiley-Interscience, 20072 晶体管的发明•1946年1月，Bell实验室正式成立半导体研究小组, W.Schokley，J. Bardeen、W. H. Brattain。
微电子器件测试与封装-第四章
UPP=120mv LOW=40mv
SHENZHEN SI SEMICONDUCTORS CO.,LTD
Page 22
22
内容|半导体器件测试
双极晶体管的测试
开关管－功率损耗主要在开和关的瞬间， 开关时间越长，损耗越高 开关时间分： 1、TR上升时间 2、TS:存储时间 3、TF：下降时间 开关时间分类的作用－提高一致性
饱和压降即器件导 通时的压降，饱和 压降越小损耗越小， 发热量越低
SHENZHEN SI SEMICO试
Page 20
20
内容|半导体器件测试
双极晶体管的测试
hFE－共发射极低频小信号输出交流短路电流放大系数 β－当集电极电压与电流为规定值时，Ic与Ib之比，即β＝ IC/IB 。 一般数值上hFE＝ β，测试条件VCE= IC=
• 測試方法： G,S 短接，DS端給電流，量測VDS=VD-VS
• 測試目的： 1.檢測產品是否擊穿 2.可用來檢測產品混料
SHE1N1Z/1H9E/N20S1I 9SEMICONDUCTORS CO.,LTD
Page 30
内容|半导体器件的测试
MOSFET的测试
• 4.測試項目(VTH)，測試線路 如右：
Page 25
25
内容|半导体器件的测试
MOSFET的测试
D
• 1.IGSS:Gate-to-Source Forward Leakage Current
• 2.IDSS：Drain-to-Source Forward Leakage Current
• 3.BVDSS：Drain-to-Source Breakdown Voltage G • 4.VTH： Gate Threshold Voltage
微电子三级封装的概念
1 前言电路产业已成为国民经济发展的关键，而、制造和是发展的三大产业之柱。
这已是各级领导和业界的共识。
微电子封装不但直接影响着本身的电性能、机械性能、光性能和热性能，影响其可靠性和成本，还在很大程度上决定着电子整机系统的小型化、多功能化、可靠性和成本，微电子封装越来越受到人们的普遍重视，在国际和国内正处于蓬勃发展阶段。
本文试图综述自二十世纪九十年代以来迅速发展的新型微电子封装技术，包括焊球阵列封装（BGA）、芯片尺寸封装（CSP）、圆片级封装（WLP）、三维封装（3D）和系统封装（SIP）等项技术。
介绍它们的发展状况和技术特点。
同时，叙述了微电子三级封装的概念。
并对发展我国新型微电子封装技术提出了一些思索和建议。
本文试图综述自二十世纪九十年代以来迅速发展的新型微电子封装技术，包括焊球阵列封装（BGA）、芯片尺寸封装（CSP）、圆片级封装（WLP）、三维封装（3D）和系统封装（SIP）等项技术。
介绍它们的发展状况和技术特点。
同时，叙述了微电子三级封装的概念。
并对发展我国新型微电子封装技术提出了一些思索和建议。
2 微电子三级封装微电子封装，首先我们要叙述一下三级封装的概念。
一般说来，微电子封装分为三级。
所谓一级封装就是在半导体圆片裂片以后，将一个或多个集成用适宜的封装形式封装起来，并使芯片的焊区与封装的外引脚用引线键合（WB）、载带自动键合（TAB）和倒装芯片键合（FCB）连接起来，使之成为有实用功能的或组件。
一级封装包括单芯片组件（SCM）和多芯片组件（MCM）两大类。
三级封装就是将二级封装的产品通过选层、互连插座或柔性与母板连结起来，形成三维立体封装，构成完整的整机系统，这一级封装应包括、迭层组装和柔性电路板等相关材料、设计和组装技术。
这一级也称系统级封装。
所谓微电子封装是个整体的概念，包括了从一极封装到三极封装的全部技术内容。
我们应该把现有的认识纳入国际微电子封装的轨道，这样既有利于我国微电子封装界与国外的技术交流，也有利于我国微电子封装自身的发展。
微电子器件的制造技术
微电子器件的制造技术随着社会的发展和科技的进步，微电子技术越来越被人们所重视。
微电子器件是一种基于细微的物理结构和材料特性来实现功能的电子器件。
微电子器件的制造技术，不仅关系到国家的科技水平，更关系到整个社会的进步。
本文将从微电子器件的种类、制造技术和应用领域加以探讨。
一、微电子器件的种类微电子器件根据功能和工艺技术的不同，可以分为射频微电子器件、光电子器件、微波微电子器件、半导体发光二极管器件、半导体激光器件、微机电系统器件、纳电子器件等。
这些微电子器件广泛应用于无线通信、光纤通信、电子娱乐、计算机网络、医疗设备等领域。
二、微电子器件的制造技术包括“半导体工艺”和“光刻技术”。
其中半导体工艺是微电子器件制造中最基础的技术，是将在硅晶圆片表面建立电子元件所需要的各种涂覆、蚀刻、沉积、打孔等步骤进行的工艺。
它大体上可以分为以下几个步骤：1、半导体材料的生长半导体材料包括硅、砷化镓、氮化镓等，它的生长是指在硅晶圆片上，通过热力学和热化学反应的方式形成单晶或多晶材料。
2、清洗硅晶片为了去除硅晶片表面的杂质，使其表面光滑，可以采用一种名为“清洗”的硅表面改良技术。
3、表面涂覆在清理过后的硅晶片上，需涂覆一层特殊的聚合物涂料，用来防止光刻胶渗透到晶圆上面的其他区域，保护晶圆的完整性。
4、光刻光刻是一项重要的微电子器件制造技术，也是生产半导体集成电路的核心技术之一。
光刻是基于光学原理的达到图形转移到硅基片上的一种微电子器件制造技术。
即将芯片设计好的图案通过光刻胶将其复制到硅片的表面上。
5、蚀刻蚀刻是将制造芯片所预制的雕刻图案与晶圆表面材料进行剥离的微电子器件制造技术。
通过将晶圆放入特定的化学液体和プラズマ状态的气体中，进行局部加热，从而提供能量以使反应发生。
通过这种方法进行创新，可以很好地实现化学反应。
将晶圆表面上需要剥离的材料逐渐蚀刻掉，从而形成需要的电子器件元件。
三、微电子器件的应用领域微电子器件在多个领域都有广泛的应用，下面分别介绍几个典型的应用领域：1、无线通信无线通信是将卫星通信、移动通信、电视广播、局域网等装备于不用的设备离散分布，建立一种共享的通信网络，使各种无线信息传输技术得到充分应用。
微电子器件(2-4)
强烈有关， αi 与电场 E 强烈有关，可用如下经验公式近似表示
B m αi = AEexp− E
式中， 、 、 为经验常数， 中查到。 式中，A、B、m 为经验常数，可在表 2-1 中查到。
2、雪崩倍增因子 定义：包括雪崩倍增作用在内的流出耗尽区的总电流与流 定义： 入耗尽区的原始电流之比， 雪崩倍增因子， 入耗尽区的原始电流之比，称为 雪崩倍增因子，记为 M 。
2.4.3 齐纳击穿
1、隧道效应 由于电子具有波动性，可有一定的几率穿过势垒。 由于电子具有波动性，可有一定的几率穿过势垒。势垒越 薄，隧道效应就越明显。 隧道效应就越明显。
电子能量
C
B
A
电子动能
x
xd
EG
由于存在隧道效应， 能量的A点电子可 由于存在隧道效应，使价带中不具有 EG 能量的 点电子可 有一定的几率穿过隧道到达导带中的 B 点，从而进入 N 区形成 反向电流。 反向电流。
1 2
当| Emax | 达 EC时 (Vbi −V) = (Vbi +VB) ≈VB , 即 到 ，
2qN0 2qN EC = V εs B V = B
εs
2qN0
2 EC = 5.2×1013 EG N
3 2
3 − 4 0
可见， 越大， 越高； 可见，禁带宽度 EG 越大，则击穿电压 VB 越高；约化杂质 越低， 越高。对于单边突变结， 浓度 N0 越低，VB 越高。对于单边突变结，N0 就是低掺杂一侧 的杂质浓度， 击穿电压也取决于低掺杂一侧， 的杂质浓度，因此 击穿电压也取决于低掺杂一侧，该侧的杂质 浓度越低， 越高。 浓度越低，则 VB 越高。
或通过查曲线求得线性缓变结的雪崩击穿电压 或通过查曲线求得线性缓变结的雪崩击穿电压 VB 。 雪崩
微电子技术绪论PPT课件
光刻技术包括接触式、接近式、扫描式等几种方式，不 同的方式适用于不同的工艺要求和节点。
未来发展方向包括探索更先进的光刻技术和方法，以提 高分辨率、降低成本和提高可靠性。
04
微电子封装与测试
封装技术
芯片贴装技术
集成电路
集成电路的基本概念
集成电路是将多个晶体管和其他电子元件集成在一块衬底上，实 现一定的电路或系统功能。
集成电路的制造工艺
集成电路的制造需要经过多个复杂工艺步骤，包括光刻、掺杂、刻 蚀和镀膜等，以确保电路性能的稳定性和可靠性。
集成电路的应用
集成电路被广泛应用于计算机、通信、消费电子和汽车电子等领域， 对现代科技的发展起着至关重要的作用。
晶体管
1 2 3
晶体管的基本结构
晶体管由三个电极（集电极、基极和发射极）构 成，其工作原理是通过控制基极电流来调节集电 极和发射极之间的电流。
晶体管的类型
晶体管分为NPN和PNP两种类型，其工作电压和 电流大小各不相同，根据实际需求选择合适的晶 体管类型。
晶体管的应用
晶体管是构成各种电子电路的基本元件，广泛应 用于信号放大、开关控制和逻辑运算等领域。
系统集成创新
系统集成创新
随着微电子器件的集成度不断提高，系统集成创新成为了一个重要的研究方向。通过将不同的器件和电路集成在一个 芯片上，可以实现更复杂的功能和更高的性能。
3D集成技术
3D集成技术是指将多个芯片堆叠在一起，并通过垂直互联实现高速信号传输。这种技术可以显著提高芯片的集成度 和性能，同时降低能耗和成本。
掺杂技术分为非故意掺杂和故意掺杂两种，非故 意掺杂是指在制造过程中不可避免地引入杂质， 而故意掺杂则是为了实现特定的电路功能而人为 地引入杂质。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3.4.3 晶体管的直流电流电压方程
将上述两种偏置条件下的电流相加，即可得到发射结和集 电结上均外加任意电压时晶体管的直流电流电压方程。
由于三个电流之间满足 IE = IC + IB ，三个电流中只有两个 是独立的。若选取 IE 与 IC ，所得为共基极直流电流电压方程， 也称为 “埃伯斯－莫尔方程 ” ，即：
I pE
∫ AE
qDE ni2
WE
0 NEdx
exp
qVBE kT
−1
I=E InE + IpE
=
∫ ∫ AEqni2
DB
WB
+
0 NBdx
DE
WE
0 NEdx
⋅
exp
qVBE kT
−1
[ AEqkT µn µpni2 R口B口1 + R
IB
=
(1−α )IES
exp
qVBE kT
−1
+
(1 − α R
) I CS
exp
qVBC kT
−1
IC
α IES
exp
qVBE kT
−1
−
ICS
exp
qVBC kT
−1
正向管与倒向管之间存在一个 互易关系 ，即：
集电极电流，称为共基极反向截止电流。
共基极输出特性曲线
IC
= α IE − ICBO exp
qVBC kT
−1
共发射极输出特性：以输入端的 IB 为参变量，输出端的 IC
与 VCE 之间的关系。
C IC N
B IB
P
VCE
N+
E
E
由共发射极直流电流电压方程
IB
=
(1−α )IES
n1(x) + n2 (x) = n(x)
n1 ( x)
n2 (x)
+
=
0 VBE > 0, WB VBC = 0
VBE = 0, VBC > 0
VBE > 0, VBC > 0
3.4.1 集电结短路时的电流
I nE
∫ AE
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
qDBni2
WB
0 NBdx
exp
qVBE kT
−1
exp
qVBE kT
−1
+
(1 − α R
)ICS
exp
qVBC kT
qVBC kT
−1
= IC
α
I ES
exp
qVBE kT
−1
−
ICS
exp
qVBC kT
−1
消去 VBE ，即可得共基极输出特性方程：
IC=
α
IE
−
(1 − αα R
)ICS
exp
qVBC kT
E
]
⋅
exp
qVBE kT
−
1
I ES
exp
qVBE kT
−1
式中，IES 代表发射结反偏、集电结零偏时的发射极电流， 相当于单独的发射结构成的 PN 结二极管的反向饱和电流。
于是可得到发射结为任意偏压、集电结零偏时晶体管三个 电极的电流为
= IE
IE
= −αR ICS exp qkVTBC
−1
IB
= (1− αR )ICS exp qkVTBC
−1
式中，ICS 代表集电结反偏、发射结零偏时的集电极电流， 相当于单独的集电结构成的 PN 结二极管的反向饱和电流。
αR 代表倒向管的共基极直流短路电流放大系数，通常比 α
=IE
I ES
exp
qVBE kT
−1
−αR
ICS
exp
qVBC kT
−1
=IC
α
I ES
exp
qVBE kT
−1
−
ICS
exp
qVBC kT
−1
(3-59a) (3-59b)
若选取 IB 与 IC ，所得为共发射极直流电流电压方程，
−1
= α IE − ICBO exp
qVBC kT
−1
式中， ICBO= (1− ααR )ICS
当 VBC = 0 时，IC = α IE
在放大区，VBC < 0 ，且当
| VBC
|>>
kT q
时， IC
=α IE
+ ICBO
ICBO 代表发射极开路 ( IE = 0 )、集电结反偏 ( VBC < 0 ) 时的
I ES
exp
qVBE kT
−1
= IC
α= IE
α
I ES
exp
qVBE kT
−1
IB
=IE
−
IC
=(1−α )IES
exp
qVBE kT
−1
3.4.2 发射结短路时的电流
如果把晶体管的发射区当作“集电区”，集电区当作 “发 射区”，就可以得到一个倒过来应用的晶体管，称为 倒向晶体 管。发射结短路就相当于倒向晶体管的“集电结”短路，因此 晶体管在本小节的偏置状态就相当于倒向晶体管在上一小节的 偏置状态。故可得：
3.4 双极晶体管的直流电流电压方程
本节以缓变基区 NPN 管为例，推导出在发射结和集电结上 均外加 任意电压 时晶体管的直流电流电压方程。
电流的参考方向和电压的参考极性如下图所示。
IE E
- VCE +
N+ P
N
IC C
-
VBE +
-
IB
+ VBC
B
推导电流电压方程时，利用扩散方程的解具有线性迭加性 的特点：方程在 “边界条件 1” 时的解 n1(x) 与在 “边界条件 2” 时的解 n2(x) 的和 [ n1(x) + n2(x) ]，等于以 “边界条件 1 与边界 条件 2 的和” 为边界条件时的解 n(x) 。
IC
= −ICS exp qkVTBC
−1
IE
= −αR ICS exp qkVTBC
−1
IB
= (1− αR )ICS exp qkVTBC
−1
IC
= −ICS exp qkVTBC
−1
α IES = αR ICS
（3-60）
3.4.4 晶体管的输出特性
共基极输出特性：以输入端的 IE 作参变量，输出端的 IC 与 VBC 之间的关系。
IE
IC
E
N+ P
N
-C
VBC
B
+B
由共基极直流电流电压方程
= IE
I ES
exp
qVBE kT
−1
− αR ICS
exp