微电子器件(3-6)
电子科技大学《微电子器件》课件PPT微电子器件(3-10)
CTE↓
① ②
AE↓ ( NB↓(
l↓, s↓ ) 但会使
rbb’↑，VA↓)
要使 b↓，应： (1) WB↓( 但会使 rbb’↑，VA↓，且受工艺限制)
(2) η↑ ( 采用平面工艺 )
要使 d↓，应：xdc↓ →NC↑( 但会使 BVCBO↓, CTC↑)
要使 c↓，应：
(1) rcs↓
① ② ③
fT
rbb fT Le
2
CTC
3.10.3 高频晶体管的结构
由
M
fT
8 rbbCTC
可知，要提高 M ，应提高 fT ，降低 rbb’
和 CTC，因此应该采用由平面工艺制成的硅 NPN 管，并采用细
线条的多基极条和多发射极条结构。
l B E B E B ….…
S
提高 M 的各项具体措施及其副作用
除以上主要矛盾外，还存在一些相对次要的其它矛盾，在 进行高频晶体管的设计时需权衡利弊后做折衷考虑。
3.11 双极晶体管的开关特性
（自学）
3.12 SPICE 中的双极晶体管模型
（自学）
3.10 功率增益和最高振荡频率
3.10.1 高频功率增益与高频优值
利用上一节得到的共发射极高频小信号 T 形等效电路，可以 求出晶体管的高频功率增益。先对等效电路进行简化。
与 re 并联的 Cπ可略去，又因 re << rbb’ ，re 可近似为短路。
再来简化
Zc
Zcb
1 ω
,
1 Zcb
1 rμ
(3) 对 NC 的要求
减小 d 及 rcs 与减小 CTC及提高 BVCBO 对 NC 有矛盾的要求。
这可通过在重掺杂 N+ 衬底上生长一层轻掺杂 N- 外延层来缓解。 外延层厚度与衬底厚度的典型值分别为 10 m 与 200 m 。
微电子器件基础PPT全套课件
电子管的发明
1883年，美国发明家爱迪生 （T· A· Edison，1847—1931）发现了 热的灯丝发射电荷的现象，并被称之为 “爱迪生效应”。 1897年，英国物理学家汤姆逊 （J· J· Thomson1856～1940 ）解释了 这种现象，并把带电的粒子称为“电 子”。 1904英国伦敦大学电工学教授弗莱明 （S· J· A· Fleming1849～1945）研制出检测 电波用的第一只真空二极管，从而宣告 人类第一个电子二极管的诞生。
SW uP
MPEG ROM
PCB
ROM ATM ASIC
SW
FPGA
SW
SW
SRAM ROM
uP Core
MPEG ROM
FPGA A/D Block
ATM Glue Logic
SOC
SoC Example
R O M
D R A M
CPU
DSP
FPGA
SRAM
Flash
Switch
Fabric
Al V Rc Rb in out n SiO2 E n+ p n n+ B
300 Cu Strained Si high-K metal
300 ? Strained Si high-K metal
SiO2 poly Si
SiO2 poly Si
SiO2 poly Si
The limit for oxide -0.8 nm Dielectrics with high k= HfO2, ZrO2… Polysilicon metal
2009 0.045 64G 520 620 2500 8-9 0.6-0.9 300
微电子器件基础第六章习题解答课件
垒 区
电 子 扩
N 中
散性
区区
反向小注入下，P区接电源负极，N区接电源正 极，势垒区电场强度增加，空间电荷增加，势垒 区边界向中性区推进。
势垒区与N区交界处空穴被势垒区强电场驱向P 区，漂移通过势垒区后，与P区中漂移过来的空 穴复合。中性N区平衡空穴浓度与势垒区与N区 交界处空穴浓度形成浓度梯度，不断补充被抽取 的空穴，对PN结反向电流有贡献。
注入空穴在N区与势垒区交界处堆积，浓 度比N区平衡电子浓度高，形成浓度梯度， 产生流向中性N区的空穴扩散流，扩散过 程中不断与中性N区漂移过来的电子复合， 经过若干扩散长度后，全部复合。
3、 解、
VR
P
N
IR
n p0 np
pn0
pn
xp 0 x n
x
JR(JpJn)
Jp
Jn
P空
中穴 势
性 区
扩 散 区
k0T q
2 i
np
2
npp1Ln
1
nLp
kq0Tnpi212
n p
1
pLn
1
nLp
kq0Tbb1i22
5、 解、 硅突变PN结，
n 5 c ,p m 1 1 6 s ;0 p 0 . 1 c ,n m 5 1 6 s 0
N区、P区多子浓度， nn0nq 1n51.611 0 1913 59.0 31104 cm 3 pp0pq 1p0.11.61 1 0 19501 0.31107 cm 3
正向小注入下，忽略势垒区复合和表面复合，空穴电流密度等于势垒区 与空穴扩散区交界处的空穴扩散电流密度，电子电流密度等于势垒区与电 子扩散区交界处电子扩散电流密度，
Jp qDp ddpn xx xxn qDp pLnp0ekq0TV1 Jn qD n ddnp xx xxp qD n nLpn0ekq0TV1
微电子学概论复习文档
微电子学概论复习文档一、微电子学概述1.定义：微电子学是研究微米尺寸电子元器件（如晶体管、集成电路等）的科学。
2.特点：尺寸小、功能集成、速度快、功耗低。
3.应用领域：计算机、通信、医疗、汽车、工业控制等。
二、基本概念1.晶体管：是微电子学的基本元件，分为NPN型和PNP型。
2.集成电路：是晶体管和其他电子元件的组合，包括集成电路芯片和集成电路模块。
3.可编程逻辑器件（PLD）：是一种可以编程的数字逻辑电路，如可编程门阵列（PAL）和可编程逻辑阵列（PLA）等。
三、微电子器件1.MOSFET晶体管：结构简单，使用广泛，适用于各种应用场合。
2.双极型晶体管：用于放大和开关电路。
3.发光二极管（LED）：将电能转化为光能的器件。
4.激光二极管：用于激光器、光纤通信等领域。
5.硅基混合集成电路：将硅MOSFET和双极型晶体管结合使用，提高集成度和性能。
四、半导体材料与器件1.硅材料：常用的半导体材料，具有良好的电子和热导性能。
2.砷化镓材料：适用于高频器件，具有较好的导电性能。
3.砷化铝材料：适用于光电子器件，具有良好的光电转换性能。
五、集成电路制造工艺1.可重复制造技术：使用模版制造集成电路。
2.硅工艺：将器件制作在硅基底上。
3.制作流程：薄膜沉积、光刻、蚀刻、扩散等。
六、集成电路设计与布局1.电路设计：根据电路功能和性能要求设计电路。
2.电路布局：将电路元件放置在集成电路芯片上的过程。
3.电路布线：将芯片内的电路元件连接起来的过程。
七、集成电路测试与封装1.电气测试：测试集成电路的功能和性能。
2.封装：将芯片封装在注塑封装或球栅阵列封装中，提供对外连接。
八、微电子器件的未来发展1.器件尺寸的进一步缩小。
2.功耗的进一步减少。
3.通信和计算速度的进一步提高。
4.新材料的应用和新器件的研发。
以上是关于微电子学概论的复习笔记，希望对你的复习有所帮助。
通过对这些知识点的复习，你可以对微电子学的基本原理和应用有一个全面的了解，为进一步深入学习微电子学打下坚实的基础。
微电子器件(4-6)
MOSFET 的直流参数饱和漏极电流I DSS截止漏极电流通导电阻R on栅极电流I GN 沟MOSFET 阈电压具有负温系数，P 沟道MOSFET 的阈电压具有正温系数。
MOSFET 有较好的温度稳定性MOSFET 的击穿电压1、漏源击穿电压BV DS2、栅源击穿电压BV GS MOSFET 的温度特性漏PN 结雪崩击穿漏源两区的穿通{{{实际上当饱和后，g m 会有所下降，原因是：•栅源电压的影响•漏源电压的影响•漏区与源区串联电阻的影响•详细请见《晶体管原理》刘永，国防工业出版社}迁移率下降说明g m 一般为几~ 几十毫西门子。
以V GS 作为参变量的g m ~ V DS特性曲线提高g的方法m从器件制造角度9增大沟道的宽长比(Z/L)9提高栅电容（减小介质结厚度、提高介电系数）9提高载流子迁移率μ从器件使用角度9提高栅源电压VGS以VGS 为参变量的gds~ V DS特性曲线在理想情况下，(gds)sat等于零实际上( gds)sat 略大于0 。
原因：I Dsat随着V DS 的增加而略微增大¾有效沟道长度调制效应怎样解释实际上( g ds )sat 略大于0？¾漏区静电场对沟道区的反馈作用¾……本章学完后自行补充！实际上使用( g ds )sat 尽量小。
降低( g ds )sat 的措施与降低有效沟道长度调制效应等的措施是一致的。
二、MOSFET 的小信号高频等效电路1 、一般推导本征MOSFET的共源极小信号高频等效电路为推导过程见书p225-230简单推导(补充）将MOSFET也看成一个双端网路先考虑低频情形输入端：从栅和接地的源/衬底的输入端口看，相当于一个电容，其行为类似开路电路，故低频可认为输入端开路。
由此，根据输出端的电流关系dsds gs m d v g v g i +=以及输入端开路，得到低频信号等效电路C gs 、C gd 分别是源极和漏极与栅极之间的电容，体现了栅极对源、漏附近的沟道电荷以及电流的控制作用，是本征电容C gsp 、C gsd 是寄生或交叠电容（即本书的C ′gs 与C ′gd ）C ds 是漏－衬底pn 结电容r s 、r d 是和源、漏极有关的串连电阻g m ：跨导，将输入输出联系起来进一步考虑其物理模型，可以得到各种情况下所需的等效电路3、寄生参数加上寄生参数后的饱和区等效电路如下：实际MOSFET 中的寄生参数有源极串联电阻R S 、漏极串联电阻R D 、栅极与源、漏区的交迭电容C ′gs 、C ′gd 以及C ′ds 。
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(3-6)
1）单基极条
Ed B
L
rb′
Se
Sb
P
N
P
rcon
=
CΩ lSb
rb
=
d l
R口 B 2
rcon rb rcb
2）双基极条 在发射区左右对称地设置两个基极接触孔。
B dEdB
L
Sb
Se
Sb
rcon
=
CΩ 2l Sb
rb
=
d 2l
R口 B 2
3）圆环形基极条
Se dB dS
rcon
=
4C Ω
π
(
(
I
B
0 Se
)2
y2
R口B1 l
dy
=
I
2 B
Se 12 l
R口B1
=
I
2 B
rb′
,
y
rb′
=
Se 12 l
R口B1
IB 2
y
0
Sb
IB 2
y 0 Sb
Ib(y) =
1 2
I
B
Sb
=
IB 2Sb
y,
∫ Pcb
=
2
Sb
(
IB
0 2Sb
)2
y2
R口B3 l
dy
=
I
2 B
Sb 6l
R口B3
=
I
r2
B cb
流，其平行于结面
3. 基极电流在发射区下方区域内是不均匀的，向发射极中心 流动过程中是不断减小的
原因：由于流动过程中不断有空穴反注入到发射区，一部分 空穴不断与正向注入基区的电子复合（对NPN)
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 (附答案) (第三版)
kT ln ND= NA
q
ni2
=q 1.6 ×10−19 C,= εS 1.045×10−12 F cm ,
代入 | Emax |中，得：| Em= ax | 1.52 ×104 V cm
shanren
0.757 V,
8、(1)
N
I
P
−xi1 − xn −xi1 0 xi2
xi2 + xp
在 N型区，= dE1 dx
shanren
6、
ND2
ND1
由平衡时多子电流为零
Jn
=
qDn
dn dx
+
qµn nE
=
0
得： E =− Dn ⋅ 1 ⋅ dn =− kT ⋅ 1 ⋅ dn =− kT ⋅ d ln n
µn n dx
q n dx
q dx
∫ Vbi
= − ND1 Edx ND2
= kT ln n | q
ND1 ND2
− Emax
+
E
(
x)
= q N
εs
D
x
当 x = xn 时，E(x) = 0，因此
Emax
=
−q
εs
ND xn ，于是得：
E ( x=)
q
εs)
ND
(0 ≤ x ≤ xn )
shanren
（2-5a）
3、
(1)
Vbi
= kT ln N q
A ND ni2
= 0.026× ln
5 ×1032 2.25 ×1020
2
=
3.40×10−5 cm
shanren
4、
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。
微电子器件基础
3。寄生晶体管可能会产生一个很大的开态漏电流。使 MOSFET烧坏，称之为反向击穿。
10
8.3散热片和结温
晶体管消耗的能量会使其内部温度逐渐升高，以致 超过周围环境的温度。如果结温Tj太高，会永久烧 坏晶体管，因此功率晶体管在封装时会包含散热片 。 考虑散热片的影响时，必须考虑热阻θ的概念，其 单位是℃/W。元件的温度差T2-T1与热阻的关系为 ： T2－T1＝Pθ P是通过元件的热功率。
3
8.1功率双极晶体管 8.1.2 功率晶体管的特性
功率晶体管的电流特性
4
8.1功率双极晶体管
8.1.3、达林顿组态
npn达林顿组态
npn达林顿组态的集成电路实现
5
8.2功率半导体MOSFET 8.2.1 功率晶体管的结构
双扩散MOS横截面
垂直沟道VMOS
6
8.2功率半导体MOSFET 8.2.2 功率晶体管的特性
1.更快的开关转换时间。 2.无二次击穿效应。 3.在一个更宽的温度范围内有稳定的增益及响应时间。
7
8.2功率半导体MOSFET 8.2.2 功率晶体管的特性
8
8.2功率半导体MOSFET 8.2.3 寄生双极晶体管
9
8.2功率半导体MOSFET
8.2.3 寄生双极晶体管
1.MOSFET的沟道长度视为寄生晶体管的基区宽度， 寄生晶体管的电流增益很大。
4.MOS关态闸流管
24
11
8.ห้องสมุดไป่ตู้散热片和结温
12
8.4半导体闸流管
电子器件的一个重要应用就是开态到关态的转换，对 于所有的pnpn结构的半导体器件，如果其能实现双稳 态正反馈开关转换特性，就可称之为闸流管。 对于三电极的半导体闸流管来说，半导体整流器（ SCR）是常用的名称。
微电子器件原理知识点总结
微电子器件原理知识点总结一、场效应晶体管场效应晶体管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种利用半导体的电场调控电流的三端半导体器件，其优点是功耗小、速度快、耐高温等特点，因此在数模混合电路、功率放大、射频射频等领域广泛应用。
FET的基本结构包括栅、漏、源和沟道四个部分，它根据电场调控电流的机制可以分为JFET（结型场效应管）和MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）两种。
1. MOSFET的工作原理MOSFET是一种采用金属栅极、绝缘体绝缘层和半导体衬底的结构，其工作原理是通过控制栅电压调节沟道区的电场，以改变沟道区的电导率来调节漏、源之间的电流。
根据栅电压的正负性质，MOSFET又可以分为增强型MOSFET和耗尽型MOSFET。
根据MOSFET的电子输运机制，主要包括掺杂效应、载流子输运和表面态三个方面。
掺杂效应指的是不同掺杂浓度和类型对MOSFET电性能的影响，主要表现为掺杂对阈值电压、子阈电压等性能参数的影响。
载流子输运指的是沟道区的电导率由电子载流子和空穴载流子共同决定，主要通过沟道长度和空穴寿命等参数来分析MOSFET的电导率。
表面态指的是沟道表面的固体缺陷和氧化层的影响，主要通过表面态密度和氧化层质量来评估MOSFET的性能。
2. MOSFET的应用及进展MOSFET由于其优良的电性能和可靠性，被广泛应用于数字集成电路、模拟混合电路和功率器件中。
随着芯片尺寸的不断缩小和工作频率的不断增大，MOSFET的封装技术、结构优化和制程工艺得到了不断改进，包括高介电常数栅介质、金属栅材料选择、沟道长度和宽度优化等方面，以提高MOSFET的性能和稳定性。
MOSFET的发展方向主要包括多栅型MOSFET、非硅基器件、混合型器件等，以提高MOSFET的频率响应、尺寸缩小和功率密度等性能。
同时，MOSFET在功率放大、射频射频、光电器件等领域也得到了不断应用和进展，包括GaN、SiC等新型材料和器件结构的研究。
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》大学题集
《微电子器件》题集一、选择题（每题2分，共20分）1.微电子技术的核心是基于哪种材料的半导体器件？（）A. 硅（Si）B. 锗（Ge）C. 砷化镓（GaAs）D. 氮化硅（Si₃N₃）2.在CMOS集成电路中，NMOS和PMOS晶体管的主要作用是？（）A. 分别实现逻辑“1”和逻辑“0”的输出B. 作为开关控制电流的通断C. 用于构成存储单元D. 提供稳定的电压基准3.下列哪项不是PN结二极管的主要特性？（）A. 单向导电性B. 击穿电压高C. 温度稳定性好D. 具有放大功能4.在MOSFET中，栅极电压对沟道电流的控制是通过什么机制实现的？（）A. 改变沟道宽度B. 改变耗尽层宽度C. 改变载流子浓度D. 改变源漏间电阻5.双极型晶体管（BJT）在放大区工作时，集电极电流与基极电流的比值称为？（）A. 放大倍数B. 电流增益C. 电压增益D. 功耗比6.下列哪种材料常用于制作微电子器件中的绝缘层？（）A. 二氧化硅（SiO₃）B. 氧化铝（Al₃O₃）C. 氮化硼（BN）D. 碳化硅（SiC）7.在集成电路制造过程中，光刻技术的关键步骤是？（）A. 涂胶B. 曝光C. 显影D. 以上都是8.下列哪项技术用于提高集成电路的集成度？（）A. 减小特征尺寸B. 增加芯片面积C. 使用更厚的衬底D. 降低工作温度9.微电子器件中的金属-氧化物-半导体 （MOS）结构，其氧化物层的主要作用是？（）A. 提供导电通道B. 隔绝栅极与沟道C. 存储电荷D. 增强电场效应10.在CMOS逻辑电路中，静态功耗主要由什么因素决定？（）A. 漏电流B. 开关频率C. 逻辑门数量D. 电源电压与漏电流的共同作用二、填空题（每题2分，共20分）1.微电子器件的基本单元是_______，它通过控制_______来实现对电流的调控。
2.在PN结正向偏置时，_______区的多数载流子向_______区扩散，形成正向电流。
3.MOSFET的阈值电压是指使沟道开始形成_______的最小栅极电压。
微电子器件(3-6)
式中 CΩ 为 欧姆接触系数，单位为 Ω.cm2 ， 随半导体类型，掺 杂浓度及金属种类不同而不同，参见表 3-2 。 通常掺杂浓度越
高， 则 CΩ 越小。
双基极条结构的基极电阻
B
d
E
d
B
l
Sb
Se
Sb
rbb
C 2lS b
Sb 6l
R口B3
d 2l
R口B2
Se 12l
R口B1
圆环形基极条结构基极电阻
Se dB dS
rbb 4C
( dS d B )
2 2
1 2
ln
dB Se
R口B2
1 8
R口B1
rbb
C 2lS b
Sb 6l
R口B3
d 2l
R口B2
Se 12l
R口B1
rbb
4C
( dS d B )
2 2
1 2
ln
dB Se
R口B2
3.6 基极电阻
如果把基极电流 IB 从基极引线经非工作基区流到工作基区 所产生的电压降，当作是由一个电阻产生的，则称这个电阻为 基极电阻，用 rbb’ 表示。由于基区很薄，rbb’ 的截面积很小，使 rbb’ 的数值相当可观，对晶体管的特性会产生明显的影响。 以下的分析以 NPN 管为例。
基极电阻 rbb’ 大致由下面四部分串联构成： ( 1 ) 基区与基极金属的欧姆接触电施
（1）减小 R口B1 与 R口B2 ，即增大基区掺杂与结深， 但这
会降低 β ，降低发射结击穿电压与提高发射结势垒电容。
（2）无源基区重掺杂, 以减小 R口B3 和 CΩ 。
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。
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本节重难点
• 重点是利用方块电阻来计算基极电阻的方法和减小基极 电阻的各项措施。
• 难点是对等效电阻的理解。
小结
掌握方块电阻的定义、利用方块电阻来计算矩形 薄层材料的电阻的方法、欧姆接触电阻的计算、工作基区 与非工作基区的概念、减小基极电阻的措施。理解构成基 极电阻的各部分电阻在晶体管中的位置、影响欧姆接触电 阻的各种因素、以功率相等为标准的等效电阻的概念。
这里的等效，是指 集中电流 IB 在等效电阻上消耗的功率 与 分布电流 Ib(y) 在相应的基区内消耗的实际功率 相等。
双基极条结构的 rb’
分布电流为
Ib ( y)
IB Se
y，
dy 段上的电阻为
dy l
R口B1
,
Se 2
Ib ( y) IB 2
0
Se 2
Ib(y) 在 dy 段电阻上的功耗为
dB
2 Se
2
R口B2 dr
2 r
R口B2 ln dB
2 Se
3.6.3 rb’ 与 rcb
在产生电阻 rb’ 与 rcb 的基区内，基极电流是随距离变化的 分布电流 Ib(y) ，因此这个区域内的基极电阻是分布参数而不是 集中参数。但是对于了解一些现象的物理机理，以及对于一些 简化的工程计算及电路研究而言，可以采用 等效电阻 的概念。
R
L
Wd
L d
R口
(方块个数） R口
I d
L
晶体管中各个区的方块电阻分别为：
xjc R口B2
xje R口E WB R口B1
发射区：
R口E
qn
1
xje 0
NEdx
工作基区：指正对着发射区下方的在 WB = xjc - xje 范围内的
基区，也称为 有源基区 或 内基区 。
1
R口B1
R口B3
圆环形基极结构的 rb’
Se 2
Ib (r) 0
r
Se 2
Ib (r)
4IB Se2
r2,
dr
段上的电阻为
dr
2 r
R口B1
,
Pb
Se 2
( 4IB
r2 )2
R口B1
dr
0
Se2
2 r
I
2 B
8
R口B1
I
2 B
rb
,
rb
1
8
R口B1
圆环形基极结构的 rcb 很小，可以忽略。
Ib2 ( y)
dy l
R口B1
( IB Se
)2
Байду номын сангаас
y2
R口B1 l
dy
y Ib(y) 在有源基区内的功耗为
Pb
2
Se 2
0
( IB )2 y2 Se
R口B1 dy l
I
2 B
Se 12l
R口B1
Pb
I
2 B
Se 12l
R口 B1
根据等效电阻的概念，这个功率应该与集中电流 IB 在等效 电阻 rb’ 上的功耗 相等。
双基极条：
rbb
C 2lSb
Sb 6l
R口B3
d 2l
R口B2
Se 12l
R口B1
圆环行基极：
rbb
4C
(dS2 dB2 )
1
2
ln
dB Se
R口B2
1
8
R口B1
降低 rbb’ 的措施 （1）减小 R口B1 与 R口B2 ，即增大基区掺杂与结深，但这会 降低 β ，降低发射结击穿电压与提高发射结势垒电容。 （2）无源基区重掺杂, 以减小 R口B3 和 CΩ 。 （3）减小 Se 、Sb 与 d ，增长 l ， 即采用细线条，并增加 基极条的数目， 但这受光刻工艺水平和成品率的限制。
长 rb 宽 R口B2
双基极条结构的 rcon 与 rb
B d EdBl
Sb
Se
Sb
rcon
C 2l Sb
rb
d 2l
R口B2
圆环形基极条结构的 rcon 与 rb
Se dB dS
rcon
4C
(dS2 dB2 )
dr 段上的电阻为 dr
2 r R口B2 ,
rb
rbb rcon rcb rb rb
3.6.1 方块电阻
对于均匀材料，
R口
L LW
W
1
W
1
qNW
对于沿厚度方向 ( x 方向 ) 不均匀的材料，
R口
1
W
1
W
0 dx q 0 Ndx
对于矩形的薄层材料，总电阻就是 R口 乘以电流方向上的 方块个数，即:
xj+c
N
+ B
R口B3
NE NB
NC
非工作基区的方块电阻为
R口B3
qp
1
N dx x+jc
+
0
B
3.6.2 rcon 与 rb
rcon
C A
式中， CΩ 为 欧姆接触系数 ，单位为Ω.cm2 ， 随半导体类型、 掺杂浓度及金属种类不同而不同，参见表 3-2 。 通常掺杂浓度
越高， 则 CΩ 越小。
测验三
1、某 NPN 晶体管的 0.99 ，试求该管的浮空电势。
2、试求该管当发射极开路集电结反偏时，基区中邻近发射 区一侧的少子浓度 nB(0) 是该处平衡少子浓度 nB0 的多少倍。
答案
1、VBE
kT q
ln(1 )
0.026 ln(1 0.99)
0.1197V
2、nB (0)
基极电阻，用 rbb’ 表示。由于基区很薄，rbb’ 的截面积很小，使 rbb’ 的数值相当可观，对晶体管的特性会产生明显的影响。
以下的分析以 NPN 管为例。
基极电阻 rbb’ 大致由下面四部分串联构成： ( 1 ) 基极金属电极与基区的欧姆接触电阻 rcon ( 2 ) 基极接触下的基区电阻 rcb ( 3 ) 基极接触孔边缘到工作基区边缘的电阻 rb ( 4 ) 工作基区的电阻 rb’
qp
xjc xje
NBdx
,
或 R口B1
qp
1
WB 0
NBdx
非工作基区：指在发射区下方以外从表面到 xjc 处的基区，
也称为 无源基区 或 外基区 。
1
R口B2
qp
xjc 0
NBdx
为了降低 rcon 与 rcb ，通常对基极接触孔下的非工作基区进 行高浓度、深结深的重掺杂。
nB0exp
qVBE kT
nB0
1
0.01nB0
3.6 基极电阻
一. 概述
• 如图，基极电流为横向电流，基 区有一定浓度，且很薄，这个电 阻不可忽略。
• 基极电阻： 扩展电阻，包括基区体电阻和
基极电极引出线处接触电阻。
如果把基极电流 IB 从基极引线经非工作基区流到工作基区 所产生的电压降，当作是由一个电阻产生的，则称这个电阻为
令： 得：
I
r2
B b
I
2 B
Se 12l
R口B1
rb
Se 12l
R口B1
双基极条结构的 rcb
IB 2
y 0 Sb
IB 2
y 0 Sb
Ib(y)
IB 2Sb
y,
Pcb
2
( Sb IB )2 y2 0 2Sb
R口B3 l
dy
I
2 B
Sb 6l
R口B3
I
r2
B cb
,
rcb
Sb 6l