几种重要的微电子器件
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Ø电可擦除只读存储器(ROM) Ø静态随机存储器(SRAM) Ø线阵或面阵型图像传感器驱动电路
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几种重要的微电子器件
? 液晶显示器
Ø驱动电压和功耗低、体积小、重量 轻、无X射线辐射等一系列优点
Ø为了降低串扰，提高扫描线数，在 每个像素上配置一个开关器件，形 成有源矩阵液晶显示，消除了像素 间的交叉串扰
Ø形成光谐振腔，使受激辐射光子增生，产生 受激振荡，导致产生的激光沿谐振腔方向发 射
Ø满足一定的阈值条件，使电子增益大于电子 损耗，即激光器的电流密度必须大于产生受 激发射的电流密度阈值
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几种重要的微电子器件
光电探测器
?光电探测器：对各种光辐射 进行接收和探测的器件
? CCD器件不同于其他器件的突出特点： 以电荷作为信号，即信息用电荷量(称 为电荷包)代表，而其他器件则都是以 电压或电流作为信号的
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几种重要的微电子器件
? CCD器件的应用
Ø广泛用于影像传感、数字存储和信 息处理等三个领域，其中最重要的 应用是作为固态摄像器件，其次是 作为存储器件
Ø具有光生伏特结构，即有一个内建电场所 对应的势垒区
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几种重要的微电子器件
? 影响太阳 能电池转 换效率的 主要因素 有：表面 太阳光的 反射、pn 结漏电流 和寄生串 联电阻等
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CCD器件
? 电荷耦合器件(Charge Coupled Device，简称CCD)：70年代初由美国 贝尔实验室研制成功的一种新型半导 体器件
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几种重要的微电子器件
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TFT有源矩阵的结构
几种重要的微电子器件
光电子器件
? 光电பைடு நூலகம்器件：光子担任主要角色的 电子器件
Ø发光器件：将电能转换为光能
ü发光二极管(Light Emitting Diode，缩 写为LED)
ü半导体激光器
Ø太阳能电池：将光能转换为电能 Ø光电探测器：利用电子学方法检测光
? 雪崩光电二极管：雪崩光电二极管是借助 强电场作用产生载流子倍增效应(即雪崩倍 增效应)的一种高速光电器件
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几种重要的微电子器件
太阳能电池
? 吸收光辐射而产生电动势，它是半导体 太阳能电池实现光电转换的理论基础
? 产生光生伏特效应的两个基本条件：
Ø半导体材料对一定波长的入射光有足够大 的光吸收系数，即要求入射光子的能量h 大于或等于半导体的禁带宽度Eg
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几种重要的微电子器件
? 光子探测器：利用入射光子与半导体中 处于束缚态的电子(或空穴)相互作用， 将它们激发为自由态，引起半导体的电 阻降低或者产生电动势
? 光子探测器的三个基本过程：
Ø光子入射到半导体中并产生载流子
Ø载流子在半导体中输运并被某种电流增益 机构倍增
Ø产生的电流与外电路相互作用，形成输出 信号，从而完成对光子的探测
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2020/11/10
几种重要的微电子器件
主要内容
?薄膜晶体管TFT ?光电器件 ?电荷耦合器件
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几种重要的微电子器件
薄膜晶体管
? 薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT) 通常是指利用半导体薄膜材料制 成的绝缘栅场效应晶体管
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演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
Ø非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT) Ø多晶硅薄膜晶体管(poly-Si TFT) Ø碳化硅薄膜晶体管(SiC TFT)
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几种重要的微电子器件
? TFT的结构
Ø立体结构型 Ø平面结构型
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几种重要的微电子器件
? TFT的应用领域
Ø大面积平板显示──有源矩阵液晶显示 (Active Matrix Liquid Crystal Display, 缩写为AMLCD)
器 Ø异质结的发展对结型发光器件性能的提高也起
了很大的推进作用
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几种重要的微电子器件
? 半导体发射激光，即要实现受激发射，必 须满足下面三个条件：
Ø通过施加偏压等方法将电子从能量较低的价 带激发到能量较高的导带，产生足够多的电 子空穴对，导致粒子数分布发生反转
信号的
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? 辐射跃迁和 光吸收：
Ø在固体中， 光子和电子 之间的相互 作用有三种 基本过程： 吸收、自发 发射和受激 发射
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•两个能级之间的三种基本跃迁过程 •(a) 吸收 (b) 自发发射 (c) 受激发射
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几种重要的微电子器件
Ø热探测器 Ø光子探测器
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几种重要的微电子器件
? 热探测器：利用探测元吸收入射光(通 常是红外光)产生热量，引起温度上升， 然后再借助各种物理效应把温度的变 化转变成电学参量
? 热探测器进行光电转换的过程：
Ø探测器吸收光辐射引起温度上升
Ø利用探测器的某些温度效应把温升转换 成电学参量
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几种重要的微电子器件
? 光敏电阻：光敏电阻通常由一块状或薄膜 状半导体及其两边的欧姆接触构成
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几种重要的微电子器件
? 光电二极管：光电二极管实际上就是一个 工作在反向偏置条件下的pn结，p-i-n光电 二极管是最常用的光电探测器件
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几种重要的微电子器件
? 发光器件
Ø发光二极管：靠注入载流子自发复 合而引起的自发辐射；非相干光
Ø半导体激光器则是在外界诱发的作 用下促使注入载流子复合而引起的 受激辐射；相干光，具有单色性好、 方向性强、亮度高等特点
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几种重要的微电子器件
? 半导体电致发光有着悠久的历史
Ø1907年观察到电流通过硅检波器时发黄光现象 Ø1923年在碳化硅检波器中观察到类似的现象 Ø1955年观察到III-V族化合物中的辐射 Ø1961年观察到磷化镓pn结的发光 Ø60年代初期GaAs晶体制备技术的显著发展 Ø1962年制成GaAs发光二极管和GaAs半导体激光
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几种重要的微电子器件
? 液晶显示器
Ø驱动电压和功耗低、体积小、重量 轻、无X射线辐射等一系列优点
Ø为了降低串扰，提高扫描线数，在 每个像素上配置一个开关器件，形 成有源矩阵液晶显示，消除了像素 间的交叉串扰
Ø形成光谐振腔，使受激辐射光子增生，产生 受激振荡，导致产生的激光沿谐振腔方向发 射
Ø满足一定的阈值条件，使电子增益大于电子 损耗，即激光器的电流密度必须大于产生受 激发射的电流密度阈值
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光电探测器
?光电探测器：对各种光辐射 进行接收和探测的器件
? CCD器件不同于其他器件的突出特点： 以电荷作为信号，即信息用电荷量(称 为电荷包)代表，而其他器件则都是以 电压或电流作为信号的
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几种重要的微电子器件
? CCD器件的应用
Ø广泛用于影像传感、数字存储和信 息处理等三个领域，其中最重要的 应用是作为固态摄像器件，其次是 作为存储器件
Ø具有光生伏特结构，即有一个内建电场所 对应的势垒区
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几种重要的微电子器件
? 影响太阳 能电池转 换效率的 主要因素 有：表面 太阳光的 反射、pn 结漏电流 和寄生串 联电阻等
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几种重要的微电子器件
CCD器件
? 电荷耦合器件(Charge Coupled Device，简称CCD)：70年代初由美国 贝尔实验室研制成功的一种新型半导 体器件
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TFT有源矩阵的结构
几种重要的微电子器件
光电子器件
? 光电பைடு நூலகம்器件：光子担任主要角色的 电子器件
Ø发光器件：将电能转换为光能
ü发光二极管(Light Emitting Diode，缩 写为LED)
ü半导体激光器
Ø太阳能电池：将光能转换为电能 Ø光电探测器：利用电子学方法检测光
? 雪崩光电二极管：雪崩光电二极管是借助 强电场作用产生载流子倍增效应(即雪崩倍 增效应)的一种高速光电器件
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几种重要的微电子器件
太阳能电池
? 吸收光辐射而产生电动势，它是半导体 太阳能电池实现光电转换的理论基础
? 产生光生伏特效应的两个基本条件：
Ø半导体材料对一定波长的入射光有足够大 的光吸收系数，即要求入射光子的能量h 大于或等于半导体的禁带宽度Eg
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几种重要的微电子器件
? 光子探测器：利用入射光子与半导体中 处于束缚态的电子(或空穴)相互作用， 将它们激发为自由态，引起半导体的电 阻降低或者产生电动势
? 光子探测器的三个基本过程：
Ø光子入射到半导体中并产生载流子
Ø载流子在半导体中输运并被某种电流增益 机构倍增
Ø产生的电流与外电路相互作用，形成输出 信号，从而完成对光子的探测
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主要内容
?薄膜晶体管TFT ?光电器件 ?电荷耦合器件
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薄膜晶体管
? 薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT) 通常是指利用半导体薄膜材料制 成的绝缘栅场效应晶体管
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几种重要的微电子器件
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
Ø非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT) Ø多晶硅薄膜晶体管(poly-Si TFT) Ø碳化硅薄膜晶体管(SiC TFT)
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几种重要的微电子器件
? TFT的结构
Ø立体结构型 Ø平面结构型
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几种重要的微电子器件
? TFT的应用领域
Ø大面积平板显示──有源矩阵液晶显示 (Active Matrix Liquid Crystal Display, 缩写为AMLCD)
器 Ø异质结的发展对结型发光器件性能的提高也起
了很大的推进作用
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几种重要的微电子器件
? 半导体发射激光，即要实现受激发射，必 须满足下面三个条件：
Ø通过施加偏压等方法将电子从能量较低的价 带激发到能量较高的导带，产生足够多的电 子空穴对，导致粒子数分布发生反转
信号的
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? 辐射跃迁和 光吸收：
Ø在固体中， 光子和电子 之间的相互 作用有三种 基本过程： 吸收、自发 发射和受激 发射
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•两个能级之间的三种基本跃迁过程 •(a) 吸收 (b) 自发发射 (c) 受激发射
几种重要的微电子器件
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几种重要的微电子器件
Ø热探测器 Ø光子探测器
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? 热探测器：利用探测元吸收入射光(通 常是红外光)产生热量，引起温度上升， 然后再借助各种物理效应把温度的变 化转变成电学参量
? 热探测器进行光电转换的过程：
Ø探测器吸收光辐射引起温度上升
Ø利用探测器的某些温度效应把温升转换 成电学参量
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几种重要的微电子器件
? 光敏电阻：光敏电阻通常由一块状或薄膜 状半导体及其两边的欧姆接触构成
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几种重要的微电子器件
? 光电二极管：光电二极管实际上就是一个 工作在反向偏置条件下的pn结，p-i-n光电 二极管是最常用的光电探测器件
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几种重要的微电子器件
? 发光器件
Ø发光二极管：靠注入载流子自发复 合而引起的自发辐射；非相干光
Ø半导体激光器则是在外界诱发的作 用下促使注入载流子复合而引起的 受激辐射；相干光，具有单色性好、 方向性强、亮度高等特点
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几种重要的微电子器件
? 半导体电致发光有着悠久的历史
Ø1907年观察到电流通过硅检波器时发黄光现象 Ø1923年在碳化硅检波器中观察到类似的现象 Ø1955年观察到III-V族化合物中的辐射 Ø1961年观察到磷化镓pn结的发光 Ø60年代初期GaAs晶体制备技术的显著发展 Ø1962年制成GaAs发光二极管和GaAs半导体激光