半导体器件及集成电路
清华大学831半导体物理 、器件及集成电路考研参考书目、考研真题、复试分数线
清华大学831半导体物理、器件及集成电路考研参考书目、考研真题、复试分数线831半导体物理、器件及集成电路课程介绍研究半导体原子状态和电子状态以及各种半导体器件内部电子过程的学科。
是固体物理学的一个分支。
研究半导体中的原子状态是以晶体结构学和点阵动力学为基础，主要研究半导体的晶体结构、晶体生长，以及晶体中的杂质和各种类型的缺陷。
研究半导体中的电子状态是以固体电子论和能带理论为基础，主要研究半导体的电子状态，半导体的光电和热电效应、半导体的表面结构和性质、半导体与金属或不同类型半导体接触时界面的性质和所发生的过程、各种半导体器件的作用机理和制造工艺等。
半导体物理学的发展不仅使人们对半导体有了深入的了解，而且由此而产生的各种半导体器件、集成电路和半导体激光器等已得到广泛的应用。
典型的半导体主要是由共价键结合的晶体。
如硅、锗的晶体具有半导体物理学金刚石结构（图1），Ⅲ-Ⅴ化合物以及一些Ⅲ-Ⅵ化合物具有闪锌矿结构（图2）或纤锌矿结构（图3）。
这些都是最典型的共价键结合的晶体结构，其中每个原子由四个共价键与近邻原子相结合。
能带的概念组成共价键的价电子呈现出相对集中于近邻原子之间的空间分布，它们同时又是运动于晶体中的共有电子，具有典型的连续能量分布（图4）就是由X射线电子谱所测的硅中价电子的能量分布）。
按照固体的能带理论，晶体中的电子态分属于若干能带，每个能带包含能量连续分布的2N个电子态（计入自旋），N代表晶体包含的元胞总数。
上述价电子的能量分布实际上包含着几个部分相互重叠的能带，它们正好被晶体中的价电子所填满，统称为价带。
原理能带中的电子态是用一个波数矢k标志的，它的意义近似于一个自由电子的德布罗意波的波数。
为了展示能带中的电子态，往往采用以k为坐标的“k空间”，k空间中的一点表示一个电子态(不计自旋),k的取值限于环绕原点的一个具有晶体对称性的多面体区域，称为布里渊区。
图5表示半导体物理学金刚石(或闪锌矿)晶体的布里渊区。
电子材料科学中的半导体器件和集成电路设计
电子材料科学中的半导体器件和集成电路设计随着现代科技的飞速发展，电子产品已经成为当代人日常生活中必不可少的一部分。
在电子产品的制造过程中，半导体器件和集成电路设计是一个不可或缺的领域。
它们是电子产品中关键的构建单元，为电子产品的工作稳定和高效发挥了重要作用。
半导体器件是指通过半导体材料制成的电子元件。
半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的电性质。
当施加电场或光照射时，半导体物质可以自由地控制电子的运动和流动，实现电子元件的工作。
半导体器件应用十分广泛，包括晶体管、场效应管、光电二极管和太阳能电池等。
晶体管是半导体器件中最基本的一种。
它是一种三端电子元器件，由三个不同材料的半导体组成，包括一个基区和两个控制区。
当在基区注入一小量电流时，控制区的压摆作用会使基区中的电子增加或减少，从而使电流输出增大或减小。
晶体管具有响应快、功率小、可靠性高的特点，被广泛应用于放大器和开关电路中。
场效应管也是一种重要的半导体器件。
它是一种三极管，由一片半导体材料制成。
当施加电场时，控制区的电势会影响通道的电子移动，从而控制管子其它两端间的电流。
场效应管具有高速、低噪声和能承受高电压等特点，常用于放大器、频率变换器和开关电路等领域。
光电二极管是一种能将光能转化为电能的器件。
它是由一个p型半导体和一个n型半导体相接成的二极管，可将波长在可见光范围内的光照射至器件电极上，产生电子和空穴对，从而产生电流。
光电二极管具有响应速度快、功耗小和抗干扰能力强的特点，常用于光通信、数码相机和测光仪等领域。
太阳能电池是一种将阳光能转化为电能的器件。
它是由光伏半导体材料组成的，在阳光下产生电能，可用于人工卫星、船只、灯具等领域中的电源供应。
太阳能电池最大的特点是丰富的资源、无污染、可再生，但其成本较高，目前还不能完全替代传统能源。
集成电路是指将大量的电子元件集成在一起，成为一个单独的电路板。
它是数字电路和模拟电路的集合体，由大量的传输晶体管、寄存器、存储单元及控制单元等组成。
pn_t01103-1992_半导体器件.分立器件和集成电路的通用规格
pn t01103-1992 半导体器件.分立器件和集成电路的通用规格1. 引言1.1 概述半导体器件是现代电子科技中不可或缺的重要组成部分。
它们在各个领域中发挥着关键作用，包括通信、计算机、娱乐和能源等。
分立器件和集成电路作为半导体器件的两个主要类别，都具有各自独特的特点和应用。
因此，对于这些器件的规格和性能要求进行统一和规范化非常必要。
1.2 文章结构本文将系统地探讨分立器件和集成电路的通用规格，在每个部分中详细介绍其定义、分类、基本原理以及应用及发展趋势。
首先，我们将对半导体器件的概念进行阐述，并介绍其主要分类方式。
然后，我们将深入了解分立器件的特点与规格要求，包括整体特点介绍、电气性能规范以及封装形式和尺寸要求。
接下来，我们将探索集成电路的特点与规格要求，主要包括集成度和功能复杂性要求、表面弧顶压力测试方法和标准值范围规定以及温度特性测试和评估要求。
最后，我们将对整篇文章进行总结，并展望未来的发展趋势。
1.3 目的本文的主要目的是为了提供关于分立器件和集成电路通用规格的全面了解。
通过明确不同器件类型的特点和规范要求，可以帮助相关从业人员更好地选择和应用半导体器件，并提高其性能和可靠性。
此外，本文也旨在为行业内研究者指明未来发展的方向，促进半导体技术的创新与进步。
通过深入研究半导体器件规格标准化问题，有助于推动整个行业的发展，并满足不断增长的市场需求。
2. 半导体器件的概念2.1 定义和分类半导体器件是一种基于半导体材料制造的电子元件，它能够在特定条件下控制电流的流动。
半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的电导性能，这使得制造出的器件能够被广泛应用于各种电子设备中。
根据功能和结构的不同，半导体器件可以被分为两大类：分立器件和集成电路。
分立器件是指由单个或几个半导体元素组装而成、能够完成独立功能的器件。
常见的分立器件包括二极管、晶体管、场效应晶体管等。
这些器件通常具有较简单的结构，并且可以独立使用。
常用半导体器件介绍
基极和发射极之间 的PN结称为发射
结
基极和集电极之间 的PN结称为集电
结
发射结和集电结之 间的区域称为基区
基区非常薄，通常 只有几微米
三极管内部电流的 流动方向与PN结 的导电方向有关
三极管具有放大作 用，可以将小信号
放大成大信号
三极管的特性
01 电流放大：三极管具有电流放大作用，可以 将微弱的输入信号放大为较大的输出信号。
半导体器件可以分为两类：主动器 件和被动器件。主动器件如晶体管、 集成电路等，可以控制电流的流动； 被动器件如电阻、电容、电感等， 主要用来传输和存储信号。
半导体器件的性能和可靠性对电 子设备的性能和可靠性具有重要 影响。
半导体器件的分类
双极型晶体管（BJT）： 场效应晶体管（FET）：
如PNP、NPN等
事等
光电器件的发 展趋势是高速、 低功耗、集成
化
光电器件的分类
光电导器件：利用光电效应工作的器件，如光敏 二极管、光敏三极管等。
光电发射器件：利用外光电效应工作的器件，如 光电管、光电倍增管等。
光敏电阻：利用光敏电阻的光电导效应工作的器 件，如光敏电阻、光敏电容等。
光敏晶体管：利用光敏晶体管的光电导效应工作 的器件，如光敏晶体管、光敏场效应晶体管等。
01
由一个PN结组成
03
PN结具有单向导电性
02
P型半导体和N型半导体相 互接触形成PN结
04
电流只能从P型半导体流向N 型半导体，不能反向流动
二极管的特性
01
单向导电性：二极 管只允许电流从一 个方向通过，具有 单向导电性。
02
整流作用：二极管 可以将交流电转换 为直流电，具有整 流作用。
通信电子中的半导体器件与集成电路技术
通信电子中的半导体器件与集成电路技术随着现代科技的飞速发展，通信电子行业已经成为了国家经济中不可或缺的一部分。
而在这个行业中，半导体器件和集成电路技术的应用尤其重要。
它们不仅是通信电子行业的核心技术，也是现代科技发展的重要支柱。
本文将从多个方面来探讨半导体器件和集成电路技术在通信电子中的应用。
一、半导体器件在通信电子中的应用半导体器件是指那些半导体材料制成的器件，例如二极管、晶体管以及场效应管等。
通信电子中常用的半导体器件主要有三种：可控硅（thyristor）、二极管和场效应晶体管（FET）。
这三种器件各自有着不同的特性和优势，因此被广泛应用于通信电子行业。
可控硅是一种双向可导的半导体器件，具有可控的导电性。
它主要用于高压电路控制和直流交流转换等方面。
在通信电子行业中，可控硅通常被应用于电话线路保护中，起到保护通信设备的作用。
此外，在光纤通信系统中，可控硅也被应用于信号放大和调制等方面。
二极管是一种具有二向导电性的半导体器件，由P型半导体和N型半导体组成。
在通信电子中，二极管被广泛应用于电源稳压、信号检测和振荡电路等方面。
例如，在无线电通信中，二极管被应用于射频放大器中，增强信号的幅度和频率。
此外，二极管还可以被用于制作光电二极管，用于光通信中。
场效应晶体管是一种利用场效应控制电流的半导体器件，由源、漏和栅三个电极组成。
场效应晶体管主要有两种类型：MOSFET （金属氧化物场效应晶体管）和JFET（结型场效应晶体管）。
在通信电子中，场效应晶体管被广泛应用于信号放大、功率放大和开关等方面。
例如，在Wi-Fi信号放大器中，场效应晶体管被用于增强无线信号的强度和质量。
二、集成电路技术在通信电子中的应用集成电路是指将多个电子器件和电路集成在同一片半导体晶片上的电路技术。
集成电路技术的出现极大地提高了电子器件和电路的集成度和性能，并为通信电子行业的发展带来了重大的创新和推动。
在通信电子行业中，集成电路技术被广泛应用于各个领域，例如通信终端、无线电通信、光纤通信和卫星通信等。
半导体器件与集成电路的工作原理
半导体器件与集成电路的工作原理一、引言半导体器件与集成电路是现代电子技术的核心，广泛应用于计算机、通信、汽车电子、医疗仪器等领域。
本文将详细介绍半导体器件与集成电路的工作原理，以帮助读者更好地理解其在现代科技中的重要性。
二、半导体器件的工作原理1. P-N结的形成与性质半导体器件中最基本的组成元素是P-N结。
P-N结由P型半导体和N型半导体通过特定的工艺处理形成。
在P型半导体中，硅原子的空位被硼原子填充，形成“接受”电子的杂质；而在N型半导体中，硅原子的空位被磷原子填充，形成“供给”电子的杂质。
当P-N结形成后，会产生一个电势差，即电场，形成电子的正负扩散。
2. P-N结的导电性当P型半导体与N型半导体相接触时，电子从N型半导体向P型半导体移动，同时P型半导体中的空穴也会向N型半导体移动。
这种电子和空穴的扩散使得P-N结区域形成导电通道，电流得以流动。
3. PN结的整流特性当正向偏置P-N结时，即P型半导体连接正极，N型半导体连接负极，电子与空穴的扩散会进一步增强，导电性增加。
这种情况下，P-N结具有较低的电阻，电流可以顺利通过，形成导通状态。
而当反向偏置P-N结时，即P型半导体连接负极，N型半导体连接正极，电子与空穴的运动受到电场的限制，无法通过P-N结区域，导电通道关闭。
这种情况下，P-N结具有较高的电阻，电流无法通过，形成截止状态。
三、集成电路的工作原理1. 集成电路的概念与分类集成电路是指把多个半导体器件（如晶体管、电阻器、电容器等）集成在一块半导体芯片上的电路。
根据集成度的不同，集成电路可分为小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）和大规模集成电路（LSI）等。
2. 集成电路的逻辑门逻辑门是集成电路中最基本的单元，常见的逻辑门包括与门、或门、非门、与非门、或非门等。
通过逻辑门的组合连接，可以实现各种逻辑功能，如与、或、非、异或等。
逻辑门的输出根据输入的逻辑状态进行判断。
3. 集成电路的工作方式集成电路的工作方式主要分为数字电路和模拟电路两种。
半导体器件及其应用在集成电路中
半导体器件及其应用在集成电路中半导体器件是指在特定电压、电流或接受光能的作用下可以表现出半导体性质的电子元件。
它由半导体材料制成，可分为两类：N型半导体和P型半导体。
N型半导体导电子，P型半导体导空穴。
当N型半导体和P型半导体电接触时，会在接触面上生成PN结，它具有整流作用，这也是整流二极管和发光二极管的基础。
半导体器件的性能和应用多种多样，其中最为广泛的应用之一是在集成电路中。
集成电路是将大量晶体管、电容器和电阻器等半导体器件装配在单个芯片上的电子元件，形成一种高度集成的电路。
它可以完成各种计算、控制和处理操作，是现代电子技术中的核心部分。
现代集成电路最高可达数十亿个晶体管，比以前的小型计算机还有更强大的处理能力。
在集成电路中，半导体器件的种类和数量非常丰富。
下面我们将分别讨论一些常见的半导体器件及其在集成电路中的应用。
1. 晶体管晶体管是集成电路中最基本的元件之一，它是一种受控电流源，用于开关电路。
由于其小巧、可靠和易于集成，晶体管已经取代了以前使用的电子管和继电器，成为现代电子技术中最重要的器件之一。
晶体管分为N沟道场效应晶体管和P沟道场效应晶体管两种，它们都具有改变电流和电压之间的关系的特点。
在集成电路中，晶体管通常用于构建逻辑门和放大器电路。
2. 二极管二极管是一种半导体整流器，它具有单向导电性。
在集成电路中，二极管通常用于保护集成电路中其他器件免于过高电压的破坏。
3. 双极性晶体管双极性晶体管是一种用于放大和开关电路的晶体管。
它被广泛应用于计算机内存和处理器的构建中。
4. MOSFETMOSFET是一种金属氧化物半导体场效应管，通常用于开关电路。
它与双极性晶体管相比，具有更高的开关速度和更低的功耗。
MCOFET在集成电路中的应用非常广泛，包括放大器、逻辑门、驱动器和开关电路等。
5. 光电器件光电器件是一种能够将光转换为电子能量的半导体器件。
它们通常由光敏电阻器、光敏二极管或光敏晶体管组成。
电路中的半导体器件与集成电路设计
电路中的半导体器件与集成电路设计在现代电子技术的发展中，半导体器件和集成电路设计起着至关重要的作用。
本文将对电路中的半导体器件和集成电路设计进行探讨，以期为读者提供一些有用的信息和见解。
第一部分：半导体器件半导体器件是电路中的关键组成部分之一，主要用于控制和调节电流的流动。
以下将介绍几种常见的半导体器件。
1. 二极管二极管是一种最简单的半导体器件，由P型和N型半导体材料组成。
它的主要作用是将电流限制在一个方向上流动，常用于电源电路和信号调制。
2. 晶体管晶体管是一种用于放大和开关电流的半导体器件。
它由三个区域组成：发射区、基区和集电区。
晶体管可以被用作模拟和数字电路中的放大器和开关。
3. MOSFETMOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种常见的功率放大器和开关器件。
它具有低功耗和高效率的特点，常用于计算机芯片和功率放大器中。
4. 三极管三极管是一种通过调节电流的大小来放大信号的半导体器件。
它由发射极、基极和集电极三个区域组成。
三极管广泛应用于电子设备中，如收音机和放大器。
第二部分：集成电路设计集成电路是将多个半导体器件和其他电子元件集成到一个芯片上的技术。
它具有体积小、功耗低和性能高的优点，被广泛应用于各个领域。
1. SSI、MSI和LSI集成电路按规模可以分为SSI（小规模集成电路）、MSI（中等规模集成电路）和LSI（大规模集成电路）。
不同规模的集成电路适用于不同的应用场景，SSI常用于计数器和触发器，而LSI常用于微处理器和存储器。
2. CMOS技术CMOS（互补性金属-氧化物半导体）是集成电路设计中常用的技术之一。
它具有低功耗和高速度的特点，广泛应用于数字电路和微处理器中。
3. ASIC和FPGAASIC（专用集成电路）和FPGA（现场可编程门阵列）是两种常见的集成电路设计方法。
ASIC用于特定的应用，如通信和图形处理，而FPGA可根据需要进行编程和调整，适用于快速原型设计和小批量生产。
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中国科学院微电子研究所博士研究生入学考试
《半导体器件及集成电路》考试大纲
一、考试科目基本要求及适用范围
本考试大纲适用于中国科学院微电子研究所“微电子学与固体电子学”和“电子与信息”领域的博士研究生入学考试。
半导体器件与集成电路是微电子学与固体电子学、电子工程、半导体器件与物理、集成电路工程等许多学科的基础理论课程。
要求考生熟悉半导体器件的基本原理，掌握集成电路的基本工艺流程和集成方法，并实现灵活应用。
二、考试形式和试卷结构
考试采取闭卷笔试形式，考试时间180分钟，总分100分。
试卷结构为：基础必答题占60%，如：概念题、简答题，计算推理题等；综合分析题占40%，设置为灵活题型，报考学生可自主选做。
三、考试内容和要求
（一）半导体器件基本概念与基本构件
1、p-n结
1)熟悉p-n结，耗尽区，载流子漂移、扩散，异质结等基本概念；
2)掌握p-n结电流电压特性；
3)掌握p-n结击穿类型，了解不同击穿机制的机理差异。
2、金属半导体接触
1)熟悉金属-半导体接触的概念与类型，掌握界面态、接触电势差、功函数等基本物
理概念；
2)理解镜像力、费米能级钉扎效应；
3)理解金半接触电流输运过程（热电子发射，隧穿，复合，电子的扩散，空穴的扩散）；
4)掌握欧姆接触定义及形成策略。
3、MIS结构
1)熟悉MIS结构的高频/低频C-V曲线特性，理解积累、耗尽、平带、反型状态的含
义；
2)熟悉硅MOS电容的介质陷阱类型，掌握MOS电容界面陷阱和氧化物电荷陷阱的
类型和特点。
（二）半导体器件原理与应用
1、双极型器件
1)掌握双极型器件的基本结构；
2)理解双极型器件工作原理与应用，掌握静态I-V特性；
2、MOSFET及相关器件
1)掌握MOSFET定义、结构、工作原理；
2)掌握迁移率、阈值电压、等比例缩小、DIBL、热载流子效应等基本概念；
3)掌握MOSFET器件的电流-电压特性，掌握计算方法；
4)理解MOSFET器件特性随温度、衬底偏置等因素的变化规律，掌握MOS器件的
各种寄生特性；
5)理解现代MOS器件的缩减原理与方式，深入理解短沟道效应，掌握短沟道器件与
长沟道器件的特性差异；
6)了解SRAM、DRAM、Flash等存储器件的基本结构、工作原理；
7)了解现代纳米级MOS器件的特点与发展方向，包括结构变化、技术进化、器件原
理等；了解新结构MOS器件的引入原理与结构特点，分析SOI与多栅器件的缩减
优势，立体多栅器件的设计原则与方法，体硅FinFET、ET-SOI器件特点
3、半导体功率器件
1)理解双极型功率晶体管的工作原理与静态特性，了解高频小信号、大信号特性；
2)了解功率BJT器件结构，输出特性与安全工作区，开关特性及功率损耗；
3)了解晶闸管，IGBT器件结构和制造工艺，了解中子嬗变掺杂，表面钝化，结终
端保护，超结晶体管的概念；
4)了解宽禁带半导体器件的特点，了解其材料优值与制造技术，了解第三代半导体
SiC、GaN电力电子器件的最新发展与应用现状
4、化合物半导体器件
1)熟悉化合物半导体晶格与能带结构，量子效应异质结构，迁移率与载流子散射，理
解调制掺杂，异质PN结特性；
2)理解HEMT和HBT器件的结构、工作原理和优势，了解器件特性、模型，高频与
噪声特性；
5、光学器件
1)理解半导体发光二极管原理，了解外延生长及能带工程，了解半导体激光器原理及
种类；
2)熟悉光电探测器的种类、原理及应用；
3)熟悉太阳能电池原理及未来发展；了解太阳能电池的设计与实现；
（三）集成电路工艺
1、熟悉各基本工艺环节，如氧化与扩散工艺、离子注入工艺、光刻工艺、刻蚀工艺、薄膜生长工艺、后道互连工艺的概念、用途，不同实现方式（技术门类），发展现状以及发展趋势；
2、CMOS工艺集成技术
1)熟悉MOS集成关键工艺模块，包括器件隔离、栅工程、沟道工程、自对准硅化物、
欧姆接触等关键技术模块的基本方式与原理；
2)掌握MOS集成工艺，包括 NMOS、CMOS集成电路工艺的基本流程，发展历程，
关键技术变化等，理解热载流子、闩锁效应及工艺改进方法，了解电容、电阻、电
感器件的集成方法；
3)熟悉先进CMOS技术，如现代CMOS工艺中沟道应变、高K金属栅等新型关键工
艺技术；
3、理解微电子封装的基本功能、定义，了解封装技术的最新发展。
四、指定参考书及出版社：
1.《半导体器件物理》，施敏著，西安交通大学出版社，2008年6月第三版。
2.《半导体制造技术》，（美）Quirk, M.，Serda, J.著，韩郑生等译，电子工业出版社，2009
年7月。
3.《微纳尺度制造工程》，坎贝尔著，电子工业出版社，2011年第三版。
（第1-16章）
编制单位：中国科学院微电子研究所
编制日期：2014年1月23日。