半导体器件物理 第1章 图文
半导体物理基础第一章课件
1.7.5只有一种杂质的半导体
• 2、P型半导体
• 在杂质饱和电离的温度范围内有：p N a • 导带电子浓度为： n ni2 ni2
p Na
• 费米能级为
EF
EV
KT ln
NV Na
EF
Ei
KT
ln
Na ni
43
1.7.5只有一种杂质的半导体
• 结论：对于P型半导体，在杂质饱和电离 温度范围之内，费米能级位于价带顶之上， 本征费米能级之下。随着掺杂浓度提高， 费米能级接近价带顶；随着温度升高，费 米能级远离价带顶。
成共价键时，将因缺少一个价电子而形 成一个空穴，于是半导体中的空穴数目 大量增加。
22
1.6杂质能级
• Acceptor，掺入半导体的杂质原子向半导 体中提供导电的空穴，并成为带负电的 离子。
• 掺入受主杂质的半导体为P（Positive）型 半导体。施主杂质的浓度记为NA。
23
1.6杂质能级
• 受主接受电子称为受主杂 志，提供了一个局域化的 电子态，相应的能级称为 受主能级—Ea。
NV
2 2mdp KT
h3
3 2
• 称为价带有效状态密度
34
1.7.3能带中电子和空穴的浓度
• 导带电子浓度和价带空穴浓度之积
Eg
np Nc NV e KT • 式 把中它E写g为成禁经带验宽关度系。式与E温g 度有E关g0 ， 可T以
• 其 时中的Eg值为。禁带宽度温度系数，Eg0为0K
Chap1 半导体物理基础
1
1.2 能带
一、能带的形成 • 能级：电子所处的能量状态。 • 当原子结合成晶体时，原子最外层的价
半导体器件基础 第1章(第二版)PPT课件
电 子的浓度是一定的，反向电流在一定
的电压范围内不随外界电压的变化而
子 变化，这时的电流称为反向饱和电流，第
技 以IR(sat) 表示。
一
术 章
基
础
电
少数载流子的浓度很小，由
子 此而引起的反向饱和电流也很小， 技 但温度的影响很大。表1.2.1是硅 第
管的反向电流随温度的变化情况 一
术 章
基
础
三、PN结的伏安特性
一
术 温度每升高8℃，硅的载流子浓度增加一倍。
章
基
+4
+4
+4
+4
+4
+4 自
由
础
+4
+4
+4
+4
+4
+4 电
子
空穴
+4
+4
+4
+4
+4
+4
1.1.3 杂质半导体的导电特性
电
掺杂后的半导体称为杂质半导体，
子 杂质半导体按掺杂的种类不同，可分为N 第
技 型（电子型）半导体和P型（空穴型）半
一
术 导体两种。
1.2.1 PN结的形成
电
当P型半导体和N型半
子 导体相互“接触”后，在
它们的交界面附近便出现
第
技 了电子和空穴的扩散运动。
一
术 N区界面附近的多子电子将 基 向P区扩散，并与P区的空
同样，P区界面形章 成一个带负电的薄电
础穴复合，N区界面附近剩下 荷层。于是在两种半 了不能移动的施主正离子， 导体交界面附近便形
成了一个空间电荷区，
半导体器件物理教案课件
半导体器件物理教案课件PPT第一章：半导体物理基础知识1.1 半导体的基本概念介绍半导体的定义、特点和分类解释n型和p型半导体的概念1.2 能带理论介绍能带的概念和能带结构解释导带和价带的概念讲解半导体的导电机制第二章：半导体材料与制备2.1 半导体材料介绍常见的半导体材料，如硅、锗、砷化镓等解释半导体材料的制备方法，如拉晶、外延等2.2 半导体器件的制备工艺介绍半导体器件的制备工艺，如掺杂、氧化、光刻等解释各种制备工艺的作用和重要性第三章：半导体器件的基本原理3.1 晶体管的基本原理介绍晶体管的结构和工作原理解释n型和p型晶体管的概念讲解晶体管的导电特性3.2 半导体二极管的基本原理介绍半导体二极管的结构和工作原理解释PN结的概念和特性讲解二极管的导电特性第四章：半导体器件的特性与测量4.1 晶体管的特性介绍晶体管的主要参数，如电流放大倍数、截止电流等解释晶体管的转移特性、输出特性和开关特性4.2 半导体二极管的特性介绍半导体二极管的主要参数，如正向压降、反向漏电流等解释二极管的伏安特性、温度特性和频率特性第五章：半导体器件的应用5.1 晶体管的应用介绍晶体管在放大电路、开关电路和模拟电路中的应用解释晶体管在不同应用电路中的作用和性能要求5.2 半导体二极管的应用介绍半导体二极管在整流电路、滤波电路和稳压电路中的应用解释二极管在不同应用电路中的作用和性能要求第六章：场效应晶体管（FET）6.1 FET的基本结构和工作原理介绍FET的结构类型，包括MOSFET、JFET等解释FET的工作原理和导电机制讲解FET的输入阻抗和输出阻抗6.2 FET的特性介绍FET的主要参数，如饱和电流、跨导、漏极电流等解释FET的转移特性、输出特性和开关特性分析FET的静态和动态特性第七章：双极型晶体管（BJT）7.1 BJT的基本结构和工作原理介绍BJT的结构类型，包括NPN型和PNP型解释BJT的工作原理和导电机制讲解BJT的输入阻抗和输出阻抗7.2 BJT的特性介绍BJT的主要参数，如放大倍数、截止电流、饱和电流等解释BJT的转移特性、输出特性和开关特性分析BJT的静态和动态特性第八章：半导体存储器8.1 动态随机存储器（DRAM）介绍DRAM的基本结构和工作原理解释DRAM的存储原理和读写过程分析DRAM的性能特点和应用领域8.2 静态随机存储器（SRAM）介绍SRAM的基本结构和工作原理解释SRAM的存储原理和读写过程分析SRAM的性能特点和应用领域第九章：半导体集成电路9.1 集成电路的基本概念介绍集成电路的定义、分类和特点解释集成电路的制造工艺和封装方式9.2 集成电路的设计与应用介绍集成电路的设计方法和流程分析集成电路在电子设备中的应用和性能要求第十章：半导体器件的测试与故障诊断10.1 半导体器件的测试方法介绍半导体器件测试的基本原理和方法解释半导体器件测试仪器和测试电路10.2 半导体器件的故障诊断介绍半导体器件故障的类型和原因讲解半导体器件故障诊断的方法和步骤第十一章：功率半导体器件11.1 功率二极管和晶闸管介绍功率二极管和晶闸管的结构、原理和特性分析功率二极管和晶闸管在电力电子设备中的应用11.2 功率MOSFET和IGBT介绍功率MOSFET和IGBT的结构、原理和特性分析功率MOSFET和IGBT在电力电子设备中的应用第十二章：光电器件12.1 光电二极管和太阳能电池介绍光电二极管和太阳能电池的结构、原理和特性分析光电二极管和太阳能电池在光电子设备中的应用12.2 光电晶体管和光开关介绍光电晶体管和光开关的结构、原理和特性分析光电晶体管和光开关在光电子设备中的应用第十三章：半导体传感器13.1 温度传感器和压力传感器介绍温度传感器和压力传感器的结构、原理和特性分析温度传感器和压力传感器在电子测量中的应用13.2 光传感器和磁传感器介绍光传感器和磁传感器的结构、原理和特性分析光传感器和磁传感器在电子测量中的应用第十四章：半导体器件的可靠性14.1 半导体器件的可靠性基本概念介绍半导体器件可靠性的定义、指标和分类解释半导体器件可靠性的重要性14.2 半导体器件可靠性的影响因素分析半导体器件可靠性受材料、工艺、封装等因素的影响14.3 提高半导体器件可靠性的方法介绍提高半导体器件可靠性的设计和工艺措施第十五章：半导体器件的发展趋势15.1 纳米晶体管和新型存储器介绍纳米晶体管和新型存储器的研究进展和应用前景15.2 新型半导体材料和器件介绍石墨烯、碳纳米管等新型半导体材料和器件的研究进展和应用前景15.3 半导体器件技术的未来发展趋势分析半导体器件技术的未来发展趋势和挑战重点和难点解析重点：1. 半导体的基本概念、分类和特点。
半导体物理第一章+ppt课件
E(k)-E(0)=1/2 ×(d2E/dk2)k=0k2
E(k)-E(0)=1/2 ×(d2E/dk2)k=0k2
E(k)-E(0)=1/2 ×(d2E/dk2)k=0k2 而在k=0处
(d2E/dk2)k=0一定是一确定值。令 1/ħ2 ×(d2E/dk2)k=0=1/mn*
⑧
由于价带有一个空形状，在这一过程中就有电流。
设电流密度为J， J＝价带(k态空出)电子总电流 J =？
假定以一电子填充到它的k形状，这个电子的电流等于 电子电荷-q乘以k形状电子的速度v(k)，即:
必需留意: 能带顶mn*＜0，能带顶附近k为正值时，v是负值。
v=1/ħ×dE/dk
－3π/a －2π/a－π/a 0 π/a 2π/a 3π/a
1．3．3半导体中电子的加速度 外电场作用下半导体中电子的运动规律？
外加电场，半导体内部电子除遭到周期性势 场作用外，还遭到外加电场作用。
在这种情况下，半导体中电子的运动规律又 是怎样的呢?
价带顶展开，极值处k=0有 (dE/dk)k=0 =0 E(k)-E(0)=1/2 × (d2E/dk2)k=0k2 =1/ mn* mn*称为能带顶电子的有效质量 留意：E〔k〕-E〔0〕<0 mn*是负值
结论: 引进有效质量〔由实验可测〕，定出其值，那么
确定带极 值附近E(k)与k关系
E(k)-E(0)=ħ2k2/(2mn*)
〔1-26〕
将式 E(k)-E(0)=ħ2k2/(2mn*)
代入，能带极值附近电子速度为：
v=ħk/ mn*
半导体晶体v=ħk/ mn* 自在电子 v=ħk/ / m0 类似 有效质量mn*代换惯性质量m0
半导体器件物理 教案 课件
半导体器件物理教案课件PPT第一章：半导体简介1.1 半导体的定义与特性1.2 半导体材料的分类与应用1.3 半导体的导电机制第二章：PN结与二极管2.1 PN结的形成与特性2.2 二极管的结构与工作原理2.3 二极管的应用电路第三章：晶体三极管3.1 晶体三极管的结构与类型3.2 晶体三极管的工作原理3.3 晶体三极管的特性参数与测试第四章：场效应晶体管4.1 场效应晶体管的结构与类型4.2 场效应晶体管的工作原理4.3 场效应晶体管的特性参数与测试第五章：集成电路5.1 集成电路的基本概念与分类5.2 集成电路的制造工艺5.3 常见集成电路的应用与实例分析第六章：半导体器件的测量与测试6.1 半导体器件测量基础6.2 半导体器件的主要测试方法6.3 测试仪器与测试电路第七章：晶体二极管的应用7.1 二极管整流电路7.2 二极管滤波电路7.3 二极管稳压电路第八章：晶体三极管放大电路8.1 放大电路的基本概念8.2 晶体三极管放大电路的设计与分析8.3 晶体三极管放大电路的应用实例第九章：场效应晶体管放大电路9.1 场效应晶体管放大电路的基本概念9.2 场效应晶体管放大电路的设计与分析9.3 场效应晶体管放大电路的应用实例第十章：集成电路的封装与可靠性10.1 集成电路封装技术的发展10.2 常见集成电路封装形式与特点10.3 集成电路的可靠性分析与提高方法第十一章：数字逻辑电路基础11.1 数字逻辑电路的基本概念11.2 逻辑门电路及其功能11.3 逻辑代数与逻辑函数第十二章：晶体三极管数字放大器12.1 数字放大器的基本概念12.2 晶体三极管数字放大器的设计与分析12.3 数字放大器的应用实例第十三章：集成电路数字逻辑家族13.1 数字逻辑集成电路的基本概念13.2 常用的数字逻辑集成电路13.3 数字逻辑集成电路的应用实例第十四章：半导体存储器14.1 存储器的基本概念与分类14.2 随机存取存储器（RAM）14.3 只读存储器（ROM）与固态硬盘（SSD）第十五章：半导体器件物理在现代技术中的应用15.1 半导体器件在微电子技术中的应用15.2 半导体器件在光电子技术中的应用15.3 半导体器件在新能源技术中的应用重点和难点解析重点：1. 半导体的定义、特性及其导电机制。
01第1章01_101缓变pn结与突变pn结
半导体器件物理(1)第1章pn结大多数半导体器件（包括集成电路）, 都包含一个或者多个pn结（pn Junction）。
这些器件的特性均与pn结密切相关，因此深入理解并熟练掌握pn结原理是学习其他半导体器件理论的关键。
半导体器件物理(I)p 区与n 区的交界面称为冶金结。
1. pn 结的结构组成半导体材料一个区域为p 型，相邻区域为n 型，则组成pn 结。
1-1 平衡pn 结定性分析一、pn 结的形成和杂质分布（Doping Profile ）半导体器件物理(I)第1章pn结为便于分析，采用剖面图并且旋转90度，采用一维方式显示杂质分布。
1-1 平衡pn 结定性分析一、pn 结的形成和杂质分布（Doping Profile ）2. 平面工艺与缓变结半导体器件物理(I)第1章pn结平面工艺中的“选择性掺杂”：2. 平面工艺与缓变结1-1 平衡pn 结定性分析一、pn 结的形成和杂质分布（Doping Profile ）只要p 区与/或n 区为非均匀掺杂，则称为缓变结（Graded Junction ）。
X j 为冶金结面与半导体表面之间的距离，称为结深（Junction Depth）。
半导体器件物理(I)第1章pn结3. 合金工艺与突变结早期pn 结采用“合金”工艺制备，其特点是掺杂为均匀分布。
若p 区与n 区均为均匀掺杂，则称为突变结（Step Junction ）。
1-1 平衡pn 结定性分析一、pn 结的形成和杂质分布（Doping Profile ）半导体器件物理(I)第1章pn结3. 合金工艺与突变结为了突出物理过程，本章以突变结为对象介绍pn 结基本工作原理。
1-1 平衡pn 结定性分析一、pn 结的形成和杂质分布（Doping Profile ）半导体器件物理(I)第1章pn结第1章pn结1-1 平衡pn结定性分析一、pn结的形成和杂质分布（Doping Profile）上面简要介绍了pn的构成和杂质分布。
第1章半导体器件基础
E = 200 lx
符号 2. 主要参数
E = 400 lx
特性
工作条件： 反向偏置
u
电学参数： 暗电流，光电流，最高工作范围
光学参数：
光谱范围，灵敏度，峰值波长
实物照片
模电拟 电子子 技技术 术
1.2.6 二极管应用举例
例1：已知ui是幅值为10V的正弦信号，试画出ui和uo 的波形。设二极管正向导通电压可忽略不计。
模电拟 电子子 技技术 术
例二：在图示稳压管稳压电路中，已知稳压管的稳定电压 UZ=6V，最小稳定电流Izmin=5mA，最大稳定电流Izmax=25mA； 负载电阻RL=600Ω。求解限流电阻R的取值范围。
分析：
由KCL I R I DZ I L
I DZ
UI
UZ R
UZ RL
而 5mA IDZ 25mA
(击穿电压 < 4 V，负温度系数)
雪崩击穿：反向电场使电子加速，动能增大，当反向电压增加到较
大数值时，耗尽层的电场使少子加快漂移速度，从而与 共价键中的价电子相碰撞，把价电了撞出共价键，产生 电子-空穴对。新产生的电子与空穴被电场加速后又撞 出其它价电子，载流子雪崩式地倍增，致使电流急剧增 加，这种击穿称为雪崩击穿。 (击穿电压 > 7V，正温度系数)
模电拟 电子子 技技术 术
二、PN 结的单向导电性 1. 外加正向电压(正向偏置)— forward bias
IF P 区
外电场
N区 内电场
扩散运动加强形成正向电流 IF
外电场使多子向 PN 结移动, 中和部分离子使空间电荷区变窄。
限流电阻
模电拟 电子子 技技术 术
2. 外加反向电压(反向偏置) — reverse bias
半导体物理 第一章正文ppt
5，晶体中结点的不同排列，均是由原子核
及核外电子的相互作用特点所决定的 。
二、量子理论概述
讨论范围：
量子理论的
基本概念（观念）， 基本关系式，
基本结论，
基本做法 。
量子理论的讨论对象适用对象：微观世界的随机过程
本教材、本授课中，处理问题的方法， 基本上是“半经典半量子化的（量子理 论与经典理论结合在一起使用）”，有 时又是“准经典的”，请在学习过程中 加以体会。
电子自旋角动量：
3 2
（4）轨道磁量子数
ml ：
轨道角动量在z轴投影，其大小为：ml
对一个
l
ml l ,(l 1),,0,, (l 1),l
l l l
l 2 l 1
l
取值， ml 有 (2l 1) 个取值：
z
（5）自旋磁量子数
ms：
自旋角动量在z轴投影，其大小： ms 对一个s取值，
定态薛定谔方程：
2 V (r ) (r ) E (r ) 2m
2
量子理论中用波函数描述物理状态，波 函数是“几率函数”，由之可知某物理 量取某值的几率。 E为粒子能量
物理量的平均值： Q
ˆ (r )Q (r )dr
ˆ p p i, i j k (梯度算子) x y z
坐标表象：
ˆ rp L L ˆ ˆ
2 ˆ i V (r ) EH t 2m
2
H=T+V
h 2
p2/2m
物理量的量子化： 物理量的取值觃律
*
半导体器件物理课件1
5.半导体中的基本控制方程 1）连续性方程 粒子数守恒：
利用电流密度表达式：
（1-212）
在一维情况下，取电流沿x方向：
半导体物理基础
1.6非平衡载流子
5.半导体中的基本控制方程 2）泊松方程
在饱合电离的情况下：
（1-220）
设空间电荷所形成的电势分布为 ，则 与 之间满 足泊松方程：
为自由空间电容率，其数值为
半导体物理基础
1.6非平衡载流子
3.修正的欧姆定律
其中： 分别称为电子和空穴的等效电导率。修正欧姆定律虽然在 形式上和欧姆定律一致，但它包括了载流子的漂移和扩散 的综合效应。 从修正欧姆定律可以看出，费米能级恒定（即
）是电流为零的条件。处于热平衡的 半导体，费米能级恒定。或者说，热平衡系统具有统一的 费米能级。
Ø光学波 特点：对于光学波，相邻两种不同原子 的振动方向是相反的。原胞的质心保持 不动，由此也可以定性的看出，波长很 长的光学波（长光学波）代表原胞中两 个原子的相对振动。
晶格振动能量的量子化 ---声子
半导体物理基础
2.载流子的散射
1）平均自由时间与驰豫时间 载流子在电场中作漂移运动时，只有在连续两次散射之
第一章 半导体物理基础
●半导体中的电子状态 ●载流子的统计分布 ●简并半导体 ●载流子的散射 ●载流子的输运 ●非平衡载流子
概述
1、本课程的主要内容 2、本课程的考核方式、答疑时间
半导体物理基础
1.1半导体中的电子状态
●半导体中电子的波函数和能量谱值 ●能带 ●有效质量 ●导带电子和价带空穴 ●Si/Ge/GaAs的能带结构 ●杂质和缺陷能级
这些就是本课程的主要内容。
半导体物理基础
半导体物理基础
《半导体物理第一章》课件
3
1.3.3 pn结的I-V特性
详细解释pn结的I-V特性曲线，包括正向和反向电流的变化。
1.4 光电应及其在太 阳能电池中的应用。
2 1.4.2 光电二极管
阐述光电二极管的原理 及其在通信和显示技术 中的应用。
3 1.4.3 光电池
讨论光电池的构造、工 作原理和应用领域。
1.5 半导体器件的制作技术
晶体生长
介绍半导体晶体生长方法和技 术，如Czochralski法和液相外 延。
晶体制备
讨论半导体晶体的切割、抛光 和清洗等制备工艺。
制作半导体器件
概述半导体器件制作的关键步 骤，包括光刻、扩散和金属沉 积等工艺。
1.6 总结与展望
1.6.1 半导体物理的应用前景
评估半导体物理在电子技术、通信和能源领域 的未来发展。
1.1 半导体材料的基本性质
半导体的定义
介绍半导体的定义，以及其与导体和绝缘体的区别。
半导体的基本性质
探讨半导体的导电性、禁带宽度、载流子等基本特性。
半导体的能带结构
解释能带理论，讨论导带与禁带之间的能量差异对电子行为的影响。
1.2 掺杂半导体
1.2.1 掺杂的概念
介绍半导体掺杂的概念，包 括n型和p 型半导体的区别。
《半导体物理第一章》 PPT课件
An engaging and comprehensive introduction to the fundamental properties of semiconductor materials and their applications in electronic devices.
1.2.2 正、负离子掺 杂
说明正、负离子掺杂对半导 体电子结构的影响。
半导体器件物理课件一.ppt
第一章 半导体物理基础
能量为E的电子状态密度
EC 导带底 h 普朗克常数 mn* 电子的有效质量
广东工业大学
第一章 半导体物理基础
能量为E的空穴状态密度
mp* 空穴的有效质量 EV 价带顶
广东工业大学
第一章 半导体物理基础
费米-狄拉克分布函数
能量为E的一个量子态被一个电子占据的几率
E 电子能量 k0 玻耳兹曼常数 T 热力学温度 EF 费米能级 常数，大多数情况下，它的数值在半导体能 带的禁带范围内，和温度、半导体材料的导电类型、杂质的 含量以及能量零点的选取有关。只要知道了EF的数值，在一 定温度下，电子在各量子态上的统计分布就完全确定了。
广东工业大学
第一章 半导体物理基础
1.3 半导体中的平衡与非平衡载流子
载流子 参与导电的电子和空穴统称为半导体的载流子。
载流子的产生 本征激发 电子从价带跃迁到导带，形成导带电子和价带空穴 杂质电离 当电子从施主能级跃迁到导带时产生导带电子；
当电子从价带激发到受主能级时产生价带空穴
广东工业大学
第一章 半导体物理基础
广东工业大学
第一章 半导体物理基础
深能级杂质
非Ⅲ、Ⅴ族元素掺入硅、锗中也会在禁带中引入能级。 非Ⅲ、Ⅴ族元素产生的能级有以下两个特点：
（1）施主能级距离导带底较远，受主能级距离价带顶也较 远。称为深能级，相应的杂质称为深能级杂质；
（2）这些深能级杂质能产生多次电离，每一次电离相应地 有一个能级。因此，这些杂质在硅、锗的禁带中往往引入若干 个能级。而且，有的杂质既能引入施主能级，又能引入受主能 级。
若E> EF，则f（E）<1/2
当系统的温度高于绝对零度时，如 果量子态的能量比费米能级低，则 该量子态被电子占据的几率大于百 分之五十；若量子态的能量比费米 能级高，则该量子态被电子占据的 几率小于百分之五十。 因此，费米能级是量子态基本上被 电子占据或基本上是空穴的一个标 志。
半导体物理1
基矢：确定原胞（晶胞）大小的矢量。原胞 （晶胞）以基矢为周期排列，因此，基矢的大 小又成为晶格常数。
晶轴：以（布拉菲）原胞（或晶胞）的基矢为 坐标轴——晶轴
格矢：在固体物理学中，选某一格点为原点O， l任1 , l 一2 , l格3为点晶A轴的上格的矢投为影，取整RA 数，l1a1l2a2l3a3 a1, a2 , a3为晶轴上的单位矢量。
l1 , l 2 , l 3 为对应晶轴上的投影，取有理数 a1, a2 , a3为晶轴上的单位矢量。
-5- 2020/1/17
S信HA息R学ED院C电O子M系M微IT电ME子N专T.业S必HA修R课ED程RESOURCES. ONE SOLUTION.
§1.1 晶体结构预备知识，半导体晶体结构 1.晶体结构的描述（有关的名词）
如果只考虑晶格的周期性，可用固体物理学原胞表示：
简立方原胞：与晶胞相同，含一个原子。
体心立方原胞：为棱长
3 2
a 的简立方，含一个原子。
面心立方原胞：为棱长
2 2
a
的菱立方，由面心立方体对
角线的；两个原子和六个面心原子构成，含一个原子。
§1.1 晶体结构预备知识，半导体晶体结构 1.晶体结构的描述（有关的名词）
反映晶体周期性的重复单元，有两种选取方法： 在固体物理学中——选取周期最小的重复单
元，即原胞。 在晶体学中——由对称性取选最小的重复单
元，即晶胞（单胞）
-3- 2020/1/17
S信HA息R学ED院C电O子M系M微IT电ME子N专T.业S必HA修R课ED程RESOURCES. ONE SOLUTION.
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微电子学以实现电路和系统的集成为目的， 故实用性极强。 微电子学的渗透性极强，它可以是与其他学 科结合而诞生出一系列新的交叉学科，例如 微机电系统(MEMS)、生物芯片等。
半导体器件物理
电子与信息学院
微电子科学技术的战略地位
半导体器件物理
电子与信息学院
信息技术的领域
半导体器件物理 电子与信息学院
晶体管的发明
第一只晶体管什么时候发明的?
A. 1945 B. 1947 C. 1951 D. 1958
哪家公司发明的？
A. IBM B. Bell Lab C. TI D. Motorola
半导体器件物理
电子与信息学院
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。 • Bardeen提出了表面态理论， Schokley给出 了实现放大器的基本设想，Brattain设计了 实验。 • 1947年12月23日，第一次观测到了具有放大 作用的晶体管－transistor。
半导体器件物理 电子与信息学院
Intel 45nm工艺 12英寸晶园
Intel 45nm 微处理器
Intel 45nm 微处理器管芯图
微电子：Microelectronics 微电子技术——微型电子技术 核心——集成电路
微电子学是研究在固体材料上构成微小型化电子线路、 子系统及系统的电子学分支学科。是电子学最重要的组 成部分，是计算机科学、信息科学、固态电子学、医用 电子学等的发展基础。－《固体物理学大词典》
半导体器件物理 电子与信息学院
第一章绪论
什么是微电子技术 晶体管的发明和半导体器件的发展 集成电路的发展历史和现状
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什么是微电子学？
电 子 学
微电子学
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30μm
100μ m 头发丝粗细
50μm
1μm × 1μm (晶体管的大小)
90年代生产的集成电路中晶体管大小与人 类头发丝粗细、皮肤细胞大小的比较
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④《晶体管原理》，张屏英，周佑谟，上海科
学技术出版社, 1985。 ⑤《微电子技术基础-双极、场效应晶体管原 理》，曹培栋，电子工业出版社，2001。 ⑥《半导体器件物理基础》，曾树荣，北京大 学出版社，2002。 ⑦半导体器件基础，黄如等译，电子工业出版 社，2006。 ⑧晶体管原理与设计，陈星弼，张庆中，电子 工业出版社，2005。
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课程内容
半导体物理基础知识 pn结及金属半导体接触 集成电路制造工艺 双极晶体管 MOS场效应晶体管 特种半导体器件（CCD、存储器、功率器件、 微波器件、光电器件、TFT等）
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课程内容
半导体器件物理、模型、结构、特性
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课程要求
掌握半导体器件的原理、特点及应用 学习分析各类半导体器件的方法 提高解决实际问题的能力
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参考书： 1《微电子学概论》 张兴/黄如/刘晓彦，北京大学出版社,2000.1。 2《微电子概论》 郝跃/贾新章/吴玉广，高等教育出版社，2003.6 3《半导体器件物理》 孟庆巨/刘海波/孟庆辉，科学出版社，2005。
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李斌 phlibin@
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Introduction
• 半导体器件的重要性 • 半导体器件的分类 • 课程内容 • 半导体器件的发展
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半导体器件的重要性？
• 半导体器件是信息时至关重要的元件。
为什么选择半导体器件？
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微电子的特点
微电子学是信息领域的重要基础学科 微电子学是电子学的一门分支学科 微电子学是一门综合性很强的边缘学科
涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理 学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设 计、测试与加工、图论、化学等多个学科。
微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成 度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发 展的方向。
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集成电路的作用
小型化 价格急剧下降 功耗降低 故障率降低
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几个概念
• 微电子学： Microelectronics 一门学科，一门研究集成电路设计、制造、测试、 封装等全过程的学科。 • 半导体：Semiconductor 内涵及外延均与微电子类似，是早期的叫法。 • 集成电路IC（Integrated Circuit） ： 一类元器件的统称，该类器件广泛应用于电子信息 产业，几乎所有的电子产品均由集成电路装配而成。 • 芯片：Chip 没有封装的集成电路，但通常也与集成电路混用， 作为集成电路的又一个名称.
•半导体器件的物理特性可以迅速改变。
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半导体器件的分类
PN Electronic device Bipolar M-S FET
MOSFET JFET HEMT npn, pnp HBT npnp
Optoelectronic device
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solar cell, photodetector LED, Laser
1946年2月14日 Moore School， Univ. of Pennsylvania
18,000个电子 管组成
大小：长24m，宽6m，高2.5m 速度：5000次/sec；重量：30吨； 功率：140KW；平均无故障运行时间：7min
– 1946年第一台计算机：ENIAC – 这样的计算机能够进入办公室、车间、连 队和家庭？当时有的科学家认为全世界只 要4台ENIAC。 – 目前，全世界计算机不包括微机在内有几 百万台，微机总量约6亿台，每年由计算机 完成的工作量超过4000亿人年工作量。
信 息 安 全
信
息
管
理
核心和基础： 微电子
关键技术：微（纳）电子与光电子、软件、计算机和通信
基础： 软件、
微（纳）电子与光电子
实现社会信息化的网络及其关键部 件不管是各种计算机和/或通讯机， 它们的基础都是微电子。
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第一台通用电 子计算机：
ENIAC
Electronic Numerical Integrator and Calculator