微电子器件(4-2)

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电子科技大学《微电子器件》课程重点与难点

重点与难点第1章半导体器件基本方程一般来说要从原始形式的半导体器件基本方程出发来求解析解是极其困难的，通常需要先对方程在一定的具体条件下采用某些假设来加以简化，然后再来求其近似解。

随着半导体器件的尺寸不断缩小，建立新解析模型的工作也越来越困难，一些假设受到了更大的限制并变得更为复杂。

简化的原则是既要使计算变得容易，又要能保证达到足够的精确度。

如果把计算的容易度与精确度的乘积作为优值的话，那么从某种意义上来说，对半导体器件的分析问题，就是不断地寻找具有更高优值的简化方法。

要向学生反复解释，任何方法都是近似的，关键是看其精确程度和难易程度。

此外，有些近似方法在某些条件下能够采用，但在另外的条件下就不能采用，这会在后面的内容中具体体现出来。

第2章PN结第2.1节PN结的平衡状态本节的重点是PN结空间电荷区的形成、内建电势的推导与计算、耗尽区宽度的推导与计算。

本节的难点是对耗尽近似的理解。

要向学生强调多子浓度与少子浓度相差极其巨大，从而有助于理解耗尽近似的概念，即所谓耗尽，是指“耗尽区”中的载流子浓度与平衡多子浓度或掺杂浓度相比可以忽略。

第2.2节PN结的直流电流电压方程本节的重点是对PN结扩散电流的推导。

讲课时应该先作定性介绍，让学生先在大脑中建立起物理图象，然后再作定量的数学推导。

当PN结上无外加电压时，多子的扩散趋势正好被高度为qV b.的势垒所阻挡，电流为零。

外加正向电压时，降低了的势垒无法阻止载流子的扩散，于是构成了流过PN结的正向电流。

正向电流的电荷来源是P区空穴和N区电子，它们都是多子，所以正向电流很大。

外加反向电压时，由于势垒增高，多子的扩散变得更困难。

应当注意，“势垒增高”是对多子而言的，对各区的少子来说，情况恰好相反，它们遇到了更深的势阱，因此反而更容易被拉到对方区域去，从而构成流过PN结的反向电流。

反向电流的电荷来源是少子，所以反向电流很小。

本节的难点是对有外加电压时势垒区两旁载流子的运动方式的理解、以及电子（空穴）电流向空穴（电子）电流的转化。

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 。

微电子器件(2-1)

C =−
E(x) = q
q
εs
NDxn
(0 ≤ x ≤ xn )
（2-5a））
εs
( x−xn ) ND
同理，耗尽区中求解泊松方程，同理，在 P 区耗尽区中求解泊松方程，得
E(x) =−
( x+ x ) N ε
q
s p
A
(−xp ≤ x ≤0)
（2-5b））
P
N
E Emax
−xp
0
xn
x
内建电场。以上求得的 E(x) 就是 PN 结的内建电场。
ND >> NA
N0 ≈ NA
以上各式又可简化为
1 2
P
N+
E ax m
2qNA ≈ V εs bi
−xp
0
E
xn ≈ 0
2 s ε xp ≈ xd ≈ V bi qNA
1 2
− xp
0
x
可见，耗尽区主要分布在低掺杂的一侧， m 可见，耗尽区主要分布在低掺杂的一侧， E ax 与 x 也 d 主要取决于低掺杂一侧的杂质浓度。主要取决于低掺杂一侧的杂质浓度。
2.1.3 能带图
已知突变结耗尽区内的电场分布 E(x) 后，对 E(x) 作一次积分就可以求出耗尽区内的电位分布 ψ(x)以及电子的电位能分布 [ −q (x)] 。 ψ 在平衡状态下，在平衡状态下， PN 结能带图中的费米能级 EF 是水平的，而导带底 EC、价带顶 EV 与本征费米能级 Ei 则均与 [ −q (x)] 有 ψ 相同的形状，结的能带图如下图所示。相同的形状，由此可画出平衡 PN 结的能带图如下图所示。

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(2-1)

Emax
s
qN0
Emax
（2-8）
式中，N0

NA ND NA ND
称为约化浓度。
4、内建电势
对内建电场作积分可得内建电势（也称为扩散电势）Vbi
Vbi

xn E(x) dx
xp
1 2
xn xp
Emax
s
2qN0
E2 max
1
或
Emax

2qN0

2
1
xn
s
qND
Emax

2
q
s

ND
NA (NA
ND )
Vbi
2
1
xp

s
qNA
Emax

2s
q

NA
ND (NA
ND
)
Vbi
2
1
xd xn xp
2Vbi Emax

2 s
qN0
Vbi

2
5、单边突变结的情形对于 P+N 单边突变结，
3、耗尽区宽度
在 x = 0 处，内建电场达到最大值，
q
q
E(0)

Emax

s
xn ND s
xp NA
由上式可求出 N 区与 P 区的耗尽区宽度及总的耗尽区宽度，
xn
s
qND
Emax
xp

s
qNA
Emax
（2-6）（2-7）
xd

xn

微电子器件(4-3)

V D I D③沟道内的载流子迁移率为常数。

④采用强反型近似，即认为当表面少子浓度达到体内平衡多子浓度时沟道开始导电。

)(,inv S S φφ=也即⑤Q OX 为常数，与能带的弯曲程度无关，将Q OX 等价于在氧化层－半导体界面处的电荷密度。

后，沟道内产生横向电场dV E y −=dyy dV y x n )(),(b(y)分别为沟道长度、沟道宽度与沟道厚度b(y)b(y)dV在强反型时（V G > V T ），沟道中有大量的反型载流子（电子）反型载流子（电子）对来自栅电极的纵向电场起到屏蔽作用¾能带的弯曲程度几乎不再随V G 增大¾表面势φS 也几乎维持φS,inv 不变。

2、沟道电子电荷面密度Q n （y)3、求强反型表面势φS,inv (y )和Q A (y)当外加V D ( > V S ) 后，沟道中将产生电势V ( y ) 。

V (y ) 随y 而增加，考虑到衬底加有反向偏压-V B ，则在y 处的总反偏压为y zx()BV y V −I DI DsatV DSV Dsat当VDS>V D sat后，简单的处理方法是从抛物线顶点以水平方向朝右延伸出去。

以不同的VGS 作为参变量，可得到一组ID~ V DS曲线，这就是MOSFET的输出特性曲线。

课堂作业某N沟道MOSFET的VT= 1V，β= 10-3AV -2，求当VGS = 4V ，而VDS分别为2V、3V、4V 时的漏极电流之值。

答案：4 mA、4.5 mA、4.5 mA因此)()(T G T G OX n V V V V C Q ≥−−≅MOS 电容整个背面接地，而MOSFET 背面“极板”电势则从源端V S 变化到漏端的V D ，如图所示，MOSFET 可比作电阻型平板电容，在源端两极间电势差为V G -V S ，漏端为V G -V D ，任一点y 处为V G -V(y)，于是)())(()(T G T G OX n V V y V V V C y Q ≥−−−≅长沟模型当V DS > V Dsat 后，沟道中满足V = V Dsat 和Q n = 0 的位置会怎么变化呢？已知当V DS = V Dsat 时，V (L ) = V Dsat ，Q n (L ) = 0 。

微电子器件(4-8)

理论计算表明，随着 MOSFET 尺寸的缩小，速度过冲效应将会变得很重要。
4.8.4 应变硅 MOSFET
集成电路特征尺寸不断按比例缩小，使得MOS器件表面有效电场强度不断增大，载流子迁移率持续下降。，应. 变硅技术是使NMOS器件沟道内产生拉伸应力以提高电子迁移率；对PMOS器件沟道产生压缩应力，提高空穴迁移率。
重要限制。为了避免多晶硅出现耗尽层的影响，可以采用难熔
金属或难熔金属硅化物作为栅电极材料。
3、速度过冲效应在电子的输运过程中，如果不能发生足够的散射，就会导致电子被加速到超过饱和漂移速度的速度，这种现象称为速度过冲效应。速度过冲效应将使电子的平均速度超过饱和漂移速度，从而使 MOSFET 的漏极电流和跨导增大。
L L , K
Z Z , K
TOX

TOX K
,
xj

xj K
,
NA KNA ,
VGS

VGS K
,
VDS

VDS K
这时器件及集成电路的性能发生如下改变：
阈电压
VT

VT K
,
漏极电流Biblioteka I DID K
,
总栅电容 C C , K
跨导 gms 不变，最高工作频率 fT KfT
p
y

OX
2
VGS VFB s
2q s NPTOX 2
y2
考虑多晶硅耗尽后的阈值电压为
VT
VFB
2Fp
QB COX

1 2av

QB COX
2
多晶硅耗尽区的电压降与多晶珪掺杂浓度成反比，与氧化

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(2-3)

18
N区
1.5 1018 7.35 1016 7.20 1016 3.5 1015 1.5 1015 1.5 105
1.5 102
xp
xnxLeabharlann P区小注入大注入
N区
1.5 1018
7.20 1016
3.5 1015 1.5 1015
xp
xn
x
P区
V1
V2
自建电场
N区
1.5 1018
这相当于空穴电流仍只由扩散电流构成，但扩散系数扩大了一倍。这个现象称为 Webster 效应。利用 N 区的大注入少子边界条件来求解扩散方程，可得到 N 区内的少子分布为（以 xn 处作为坐标原点）
qV p n ( x ) ni exp 2 kT
x exp 2 Lp
另一方面，已知在有外加电压时，耗尽区中（包括耗尽区边界处）的载流子浓度乘积为
qV nn pn n exp kT
2 i
2 p n
于是可得当 N 区发生大注入时在 xn 处，
qV pn ( xn ) ni exp 2 kT
同理，当 P 区发生大注入时在 -xp 处，
电子的浓度梯度将略小于空穴的浓度梯度。
pn ( x )
N区
E n ( x) n
x
pn ( x )
N区
E nn ( x )
x
电荷在空间上的分离形成了一个电场 E ，它使空穴向右作漂移运动，加强了原有的扩散运动；同时使电子向左作漂移运动，抵消了原有的扩散运动。利用 Jn = 0 的条件可求出大注入条件下的自建电场 E 。令得

微电子器件材料与制备技术研究

微电子器件材料与制备技术研究一、引言近年来，微电子技术的快速发展对现代社会的各个领域产生了深远影响。

微电子器件作为电子信息产业的核心，对于实现数字化、智能化和网络化的目标至关重要。

而微电子器件的材料和制备技术的研究则是实现微电子器件制造的关键。

本文将介绍微电子器件材料与制备技术的研究现状和发展趋势。

二、微电子器件的材料需求1. 主要材料类型微电子器件的主要材料包括：1）半导体材料：如硅、锗、砷化镓等。

半导体材料的选择对器件的基本性能有着直接的影响。

2）绝缘体材料：如二氧化硅、氮化硅等。

绝缘体材料用于制造器件的绝缘层。

3）金属材料：如铝、铜、金等。

金属材料用于制造导线等微电子器件中的连接和电极部分。

4）有机材料：如聚合物、有机小分子材料等。

有机材料在柔性电子领域有广泛应用。

2. 材料要求微电子器件的材料需要满足以下要求：1）电学性能：具有良好的导电、绝缘或半导体性能，以确保器件在工作过程中能够正常传递和控制电信号。

2）热学性能：具有较低的热阻，以保持器件的稳定工作温度。

3）机械性能：具有良好的机械强度和耐磨性，以确保器件的稳定性和可靠性。

4）光学性能：如透明性和发光性能，以满足一些光电子器件的需求。

三、微电子器件制备技术研究1. 光刻技术光刻技术是一种用来制造微电子器件图形的关键技术。

通过将掩膜图案转移到光敏剂上，并进行光照、显影等步骤，最终得到所需的图形。

目前，光刻技术已经发展到纳米级别，实现了更高的分辨率和更小的器件尺寸。

2. 汇流排制备技术汇流排是微处理器中非常重要的部分，用于将不同功能模块之间的电信号传递。

汇流排的制备技术主要包括镀膜、蚀刻、沉积等工艺，以形成导线层和绝缘层，确保信号传输的可靠性。

3. 3D集成技术随着技术的进步，二维集成已经不能满足需求，逐渐向三维集成发展。

三维集成技术通过将不同功能模块堆叠起来，提高集成度和性能，并实现器件尺寸的缩小。

4. 柔性电子技术柔性电子技术是一种通过使用具有良好柔韧性的材料制造电子器件的技术。

微电子器件(2-2)

空间电荷区形成与特征空间电荷区参数求解思路：利用耗尽近似与中性近似，分区求解泊松方程。

内建电势求解思路：利用平衡态时静空穴（或电子）密度等于零为条件，从相应的电流密度方程推导而得。

⎧q dE ⎪ ( N D − N A ) = ⎨ε dx ⎪0 ⎩ − x p ≤ x ≤ xn x ≤ − x p , x ≥ xnVbi =kT N A N D ln q ni21 2xn =⎡ 2ε ⎤ NA Emax = ⎢ s ⋅ (Vbi − V )⎥ qND ⎣ q ND ( N A + ND ) ⎦εs单边突变结的简化1 2xp =εsqNAEmax⎡ 2ε s ⎤ ND =⎢ ⋅ (Vbi − V )⎥ ⎣ q N A ( N A + ND ) ⎦1 2⎡ 2ε s ⎤ x d = xn + x p = ⎢ (Vbi − V )⎥ ⎣ qN 0 ⎦⎛ 2qN 0 ⎞ ⎟ Emax = ⎜ V V ( − ) bi ⎜ ε ⎟ ⎝ s ⎠1 2Ec P区 EiN区EFEvEFqVbiEcEiEv⎡ qψ ( x) ⎤ n0 ( x) = nn 0 exp ⎢ ⎣ kT ⎥ ⎦⎡ qVbi + qψ ( x) ⎤ p0 ( x) = pp0 exp ⎢ − ⎥ kT ⎣ ⎦ ⎛ qV ⎞ n0 ( x) ⋅ p0 ( x) = nn0 pp0 exp ⎜ − bi ⎟ = ni2 ⎝ kT ⎠⎡ qVbi − qV ⎤ ⎛ qV ⎞ 2 n ( x ) ⋅ p ( x ) = nn0 pp 0 exp ⎢ − = ni exp ⎜ ⎟ ⎥ kT ⎣ ⎦ ⎝ kT ⎠§2-2 PN 结的直流电压电流方程本节掌握的主要知识点：1 有外加电压时势垒区载流子的运动过程与特点 2 势垒区少子分布边界条件，并建立正偏注入，反偏抽取的物理图像 3 理想二极管I-V特性的表达式，并能推广到薄基区二极管 4 复合电流的表达式 5 扩散电流和复合电流与电压关系本节掌握的分析方法微电子器件（pn）直流IV特性的分析方法本节与其它章节的关系耗尽层的产生/复合电流（2.2）理想PN结 I-V特性（2.2）实际PN结 I-V特性大注入效应（2.3）雪崩/齐纳击穿（2.4）1.理想pn结的直流电流电压方程理想pn结的假定条件包括：a. p型区及n型区掺杂均匀分布，是突变结 b. 电中性区宽度远大于少子扩散长度 c. 冶金结为面积足够大的平面，不考虑边缘效应，载流子在pn结中一维流动 d. 空间电荷区宽度远小于少子扩散长度，不考虑空间电荷区的产生－复合作用 e. p型区和n型区的电阻率都足够低，外加电压全部降落在空间电荷区。

微电子器件基础知识单选题100道及答案解析

微电子器件基础知识单选题100道及答案解析1. 微电子器件的核心是（）A. 晶体管B. 电容器C. 电阻器D. 电感器答案：A解析：晶体管是微电子器件的核心。

2. 以下哪种材料常用于半导体制造？（）A. 铜B. 硅C. 铝D. 银答案：B解析：硅是常用于半导体制造的材料。

3. 半导体中的载流子主要包括（）A. 电子和质子B. 电子和空穴C. 正离子和负离子D. 中子和电子答案：B解析：半导体中的载流子主要是电子和空穴。

4. PN 结的主要特性是（）A. 单向导电性B. 双向导电性C. 电阻不变性D. 电容不变性答案：A解析：PN 结的主要特性是单向导电性。

5. 场效应管是（）控制型器件。

A. 电流B. 电压C. 电阻D. 电容答案：B解析：场效应管是电压控制型器件。

6. 双极型晶体管是（）控制型器件。

A. 电流B. 电压C. 电阻D. 电容答案：A解析：双极型晶体管是电流控制型器件。

7. 集成电路的集成度主要取决于（）A. 芯片面积B. 晶体管数量C. 制造工艺D. 封装技术答案：B解析：集成电路的集成度主要取决于晶体管数量。

8. 以下哪种工艺常用于芯片制造？（）A. 蚀刻B. 锻造C. 铸造D. 车削答案：A解析：蚀刻工艺常用于芯片制造。

9. 微电子器件的性能参数不包括（）A. 电流放大倍数B. 输入电阻C. 输出电阻D. 重量答案：D解析：重量不是微电子器件的性能参数。

10. 增强型MOS 管的阈值电压（）A. 大于0B. 小于0C. 等于0D. 不确定答案：A解析：增强型MOS 管的阈值电压大于0 。

11. 耗尽型MOS 管的阈值电压（）A. 大于0B. 小于0C. 等于0D. 不确定答案：B解析：耗尽型MOS 管的阈值电压小于0 。

12. 半导体中的施主杂质提供（）A. 电子B. 空穴C. 质子D. 中子答案：A解析：半导体中的施主杂质提供电子。

13. 半导体中的受主杂质提供（）A. 电子B. 空穴C. 质子D. 中子答案：B解析：半导体中的受主杂质提供空穴。

《微电子器件》课件

新型微电子器件
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。

电子科技大学《微电子器件》课件PPT(3-1)

第 3 章双极结型晶体管
3.1 双极结型晶体管基础
PN 结正向电流的来源是多子，所以正向电流很大；反向电流的来源是少子，所以反向电流很小。
如果能用其他方法给反偏 PN 结Байду номын сангаас供大量少子，就能提高反偏 PN 结的电流。
给反偏 PN 结提供少子的方法之一是在其附近制作一个正偏 PN 结，使正偏 PN 结注入的少子来不及复合就被反偏 PN 结收集而形成很大的反向电流。反向电流的大小取决于其附近正偏 PN 结偏压的大小。
E
CE
C
P NP
NP N
B
B
E
C
E
C
B
B
均匀基区晶体管：基区掺杂为均匀分布。少子在基区主要作扩散运动，又称为扩散晶体管。
缓变基区晶体管：基区掺杂近似为指数分布，少子在基区主要作漂移运动，又称为漂移晶体管。
0
NE(x)
N+ P
xje
NB(x) NC
xjc
N
0 xje xjc
x
3.1.2 偏压与工作状态
PN P
通过改变正偏 PN 结的偏压来控制其附近反偏 PN 结的电流的方法称为双极晶体管效应，由此发明的双极结型晶体管获得了诺贝尔物理奖。
双极结型晶体管 ( Bipolar Junction Transistor ) 简称为双极型晶体管，或晶体管。
3.1.1 双极结型晶体管的结构
双极型晶体管有两种基本结构：PNP 型和 NPN 型，其结构示意图和在电路图中的符号如下
定义：发射结正偏，集电结零偏时的 IC 与 IE 之比，称为
共基极直流短路电流放大系数，记为，即
IC
VEB 0,VCB 0

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(3-3)

当 0 时为均匀基区；在实际的缓变基区晶体管中，的值为 4 ~ 8。
令基区多子电流密度为零，
dpB ( x) J p qDp qp pB ( x) E 0 dx
解得内建电场为
1 dpB ( x) 1 dpB ( x) Dn E n pB ( x) dx p pB ( x) dx
当上述的情况针对缓变基区晶体管NPN
dN B (x) 1 E B N B ( x) dx
NE(x) NB(x) NC NE(x) NB(x)
DB
NC
0 xje xjc
x
0 xje xjc
x
对处于放大状态下的缓变基区晶体管NPN 当 dN B (x) dx 0时，对少子是加速场；当 dN B (x) dx > 0时，对少子是减速场。
3.3 缓变基区晶体管的电流放大系数
本节以 NPN 管为例，结电压为 VBE 与 VBC 。 NE(x) NB(x)
N+ P N
0
xje xjc
NC
0 xje xjc
x
基区杂质分布的不均匀会在基区中产生一个内建电场 E ，使少子在基区内以漂移运动为主，所以缓变基区晶体管又称为
漂移晶体管。
第二章习题2-7: 试推导出杂质浓度为指数分布N = N0exp(-x/) 的中性区的内建电场表达式。 P
2 iB
2 niB
qVBE J nE qkT p n R n exp 1 kT qVBE 2 J pE qkT p n R口E niE exp 1 kT 2 J pE R口E niE R口E EG 2 exp J nE R口B1 niB R口B1 kT J pE R口E EG 1 1 exp J nE R口B1 kT

微电子器件工艺流程考核试卷

7.微电子器件的封装主要有______、______和______等几种形式。
8.离子注入技术的优点包括______、______和______。
9.微电子器件的热管理主要包括______、______和______等方面。
10.提高微电子器件集成度的关键技术之一是______技术的应用。
四、判断题（本题共10小题，每题1分，共10分，正确的请在答题括号中画√，错误的画×）
D.外部环境温度
20.微电子器件在制造过程中，以下哪些措施可以减少缺陷的产生？（）
A.提高工艺控制水平
B.使用高质量材料
C.改善设备条件
D.加强环境控制
（请注意，以上题目仅为示例，实际考试题目应根据教学大纲和课程内容进行设计。）
三、填空题（本题共10小题，每小题2分，共20分，请将正确答案填到题目空白处）
1.微电子器件制造中，通常使用的光刻技术是基于______原理。
2.在微电子器件中，PN结的形成是通过______过程实现的。
3.微电子器件的绝缘层主要材料是______。
4.金属-氧化物-半导体（MOS）结构中，氧化物的主要作用是______。
5.刻蚀技术可以分为湿法刻蚀和______刻蚀。
6.微电子器件的互联线通常采用______材料制作。
C.修复缺陷
D.改善硅片的表面质量
12.下列哪个过程属于薄膜生长过程？（）
A.光刻
B.刻蚀
C.化学气相沉积
D.离子注入
13.以下哪个参数可以反映微电子器件的集成度？（）
A.传输速率
B.尺寸
C.驱动能力
D.工作电压
14.下列哪种工艺用于去除微电子器件中的有机污染物？（）
A.光刻

微电子技术与器件制造基础知识单选题100道及答案解析

微电子技术与器件制造基础知识单选题100道及答案解析1. 微电子技术的核心是（）A. 集成电路B. 晶体管C. 电子管D. 二极管答案：A解析：集成电路是微电子技术的核心。

2. 以下哪种材料常用于制造半导体器件（）A. 铜B. 硅C. 铝D. 铁答案：B解析：硅是最常用的半导体材料。

3. 微电子器件制造中，光刻工艺的主要作用是（）A. 沉积薄膜B. 图形转移C. 刻蚀D. 清洗答案：B解析：光刻工艺用于将设计好的图形转移到半导体材料上。

4. 集成电路制造中，扩散工艺的目的是（）A. 形成PN 结B. 去除杂质C. 增加导电性D. 提高硬度答案：A解析：扩散工艺用于在半导体中形成PN 结。

5. 以下哪种设备常用于半导体制造中的薄膜沉积（）A. 光刻机B. 刻蚀机C. 溅射仪D. 清洗机答案：C解析：溅射仪可用于薄膜沉积。

6. 微电子技术中，MOSFET 是指（）A. 金属-氧化物-半导体场效应晶体管B. 双极型晶体管C. 晶闸管D. 二极管答案：A解析：MOSFET 即金属-氧化物-半导体场效应晶体管。

7. 在半导体中，多数载流子是电子的称为（）A. P 型半导体B. N 型半导体C. 本征半导体D. 化合物半导体答案：B解析：N 型半导体中多数载流子是电子。

8. 微电子器件的封装技术主要作用不包括（）A. 保护芯片B. 提高性能C. 便于连接D. 增加重量答案：D解析：封装技术不会增加重量，而是起到保护、便于连接等作用。

9. 以下哪种工艺可以提高半导体材料的纯度（）A. 外延生长B. 离子注入C. 化学机械抛光D. 区熔提纯答案：D解析：区熔提纯可提高半导体材料的纯度。

10. 半导体制造中，氧化工艺形成的氧化层主要作用是（）A. 导电B. 绝缘C. 散热D. 增加硬度答案：B解析：氧化层主要起绝缘作用。

11. 集成电路中的布线通常使用（）A. 铝B. 铜C. 金D. 银答案：B解析：集成电路中的布线常用铜。