微电子技术

微电子技术微电子技术是在电子电路和系统的超小型化和微型化过程中逐渐形成和发展起来的，微电子第二次大战中、后期，由于军事需要对电子设备提出了不少具有根本意义的设想，并研究出一些有用的技术。

1947年晶体管的发明，后来又结合印刷电路组装使电子电路在小型化的方面前进了一大步。

到1958年前后已研究成功以这种组件为基础的混合组件。

集成电路技术是通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照-定的电路互连，“集成”在一块半导体单晶片上，执行特定电路或系统功能。

微电子学是研究在固体（主要是半导体）材料上构成的微小型化电路、电路及系统的电子学分支。

作为电子学的分支学科，它主要研究电子或离子在固体材料中的运动规律及其应用，并利用它实现信号处理功能的科学，以实现电路的系统和集成为目的，实用性强。

微电子学又是信息领域的重要基础学科，在这一领域上，微电子学是研究并实现信息获取、传输、存储、处理和输出的科学，是研究信息获取的科学，构成了信息科学的基石，其发展书评直接影响着整个信息技术的发展。

微电子科学技术的发展水平和产业规模是一个国家经济实力的重要标志。

微电子学是一门综合性很强的边缘学科，其中包括了半导体器件物理、集成电路工艺和集成电路及系统微电子技术。

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。

信息技术发展的方向是多媒体（智能化）、网络化和个体化。

要求系统获取和存储海量的多媒体信息、以极高速度精确可靠的处理和传输这些信息并及时地把有用信息显示出来或用于控制。

所有这些都只能依赖于微电子技术的支撑才能成为现实。

超高容量、超小型、超高速、超高频、超低功耗是信息技术无止境追求的目标，是微电子技术迅速发展的动力。

微电子技术，乍听起来给人一种很高深很复杂的感觉。

其实它并没有您想象中的那么神秘，下面就让我们揭开它的面纱，了解一下它在军事领域的应用。

如何学好微电子知识。

（1）温度是粒子（分子、原子、电子等）平均动能的量度。

热量是粒子的随机运动、通过碰撞把动能从较高温度的物体传递给较低温度的物体的平均动能。

对于热平衡系统，其中无热量的转移。

（2）热平衡状态就是整个系统中温度均匀的状态；对于几个系统而言，即是处于相同温度的一种状态，它们之间不存在热量转移的现象。

（3）热涨落是系统的能量或者温度发生瞬间波动（起伏）的现象。

虽然处于热平衡状态的两个体系之间并无净能量的转移；但是热平衡是一种动态平衡。

从某一个瞬间来看，由于粒子的速度有高、有低（服从Maxwell速率分布定律），则仍然存在着瞬间动能——热量的传递，这就会造成热涨落。

（4）热噪声（又称为Johnso npihyg kunhn、/m/prod_view.aspx?TypeId=65&Id =185&Fid=t3:65:3&typefid=65噪声）是电路系统中发生的电流和电压不可控制的一种涨落现象。

因为热涨落是热平衡体系中存在的一种普遍现象，则在电路系统中，载流子的热涨落就会导致载流子浓度发生涨落（起伏），并从而产生电流和电压的涨落——热噪声。

（5）晶体结构的种类：有七大类，即7个晶系。

按照晶格型式，则共有14种（因为每一个晶系可以有几个不同的晶格型式），即14种Bravais 格子。

按照点群对称性，则共有32种，即32个点群。

按照空间群对称性，则共有230种，即230个空间群。

（6）原胞是晶体的最小重复单元，但只反映了晶体的周期性；晶胞也是晶体的一种重复单元，但反映了晶体的对称性（一般，体积要大一些）。

原胞中只有一个原子的晶格是简式晶格，原胞中有一个以上原子的晶格是复式晶格。

简式晶格的热振动只有声学波，复式晶格的热振动则既有声学波、也有光学波。

（7）晶体原胞的选取方法可以有无穷多种（体积不变），但是最具有对称性的一种原胞是所谓Wigner-Seitz原胞；这种原胞是由一个格点到所以的近邻格点连线的垂直平分面所构成的一种多面体。

例如，体心立方格子的Wigner-Seitz 原胞，就是把一个体心立方晶胞切去8个顶角之后、所得到的14面体（有6个正方形和8个正六边形）；Wigner-Seitz原胞的体积是其晶胞体积的1/4。

（8）晶体的正格子与其倒格子具有相同的对称性。

例如，面心立方格子的倒格子是体心立方格子，体心立方格子的倒格子是面心立方格子，都具有立方晶系的对称性。

（9）对于晶体中的电子波和格波，由于受到晶体体积的限制，则表示电子波和格波状态的波矢，它们的取值也要受到一定的限制，即是被限制在由kx、ky、kz构成的波矢空间的Wigner-Seitz原胞中；该原胞也就是所谓Brillouin区。

对于Si、Ge、GaAs这些由面心立方Bravais格子构成的半导体而言，其Brillouin区也就是面心立方的倒格子的Wigner-Seitz原胞，因此Brillouin区的形状就是由6个正方形和8个正六边形包围而成的14面体。

（10）晶体电子的状态与晶体对称性有关，并且由波矢k表示。

波矢k被限制在Brillouin区中，Brillouin区中的一个代表点就表示一种状态；由于代表点的状态与对称性有关，因此就常常采用与对称性相关的符号来标志这些代表点，例如，在Brillouin区内部的代表点用大写希腊字母标志：Brillouin区中心——Γ，在<100>晶向上的代表点——Δ，在<111>晶向上的代表点——Λ；在Brillouin区边界上的代表点用大写英文字母标志：在<100>晶向的边界上（即正方形中心）——X，在<111>晶向的边界上（即正六边形中心）——L。

即由Γ点到X点连线上的任一个状态都是Δ，由Γ点到L点连线上的任一个状态都是Λ。

Γ点表示的状态的对称性最高。

（11）Si、Ge是元素半导体，但从晶体结构来看，其中却有两种原子（它们的共价键取向不同），因此这些半导体的晶格是复式晶格，则存在光学波模式的晶格振动。

（12）Si、Ge (111)晶面上的原子分布最均匀（每个原子的周围都有6个原子），故采用这种晶面来制作扩散p-n结时，能够获得平坦的结面（以得到窄的基区宽度和较高的击穿电压）。

Si、Ge (100)晶面上的共价键密度最小，故采用这种晶面来制作MOS器件时，能够获得较低、而可控的阈值电压。

（13）GaAs (111)晶面的晶体片，若片子的正面是Ga原子面，则片子的背面必然是As原子面（因为GaAs具有离子性，<111>是它的极性轴，为了保持电中性，就必然如此）；Ga原子面（又称为A面）和As原子面（又称为B面）的性质不同，因此在使用时必须事先区分清楚（在Ga原子面上可以看到腐蚀坑）。

（14）Si、Ge、GaAs等立方晶系的晶体，沿着一定方向生长而成的晶体锭，其外表上都呈现出规则分布的所谓生长棱：沿[111]晶向生长的晶体锭，有3根主要的棱；沿[100]晶向生长的晶体锭，有4根主要的棱。

并且(111)晶体片上会出现三角形的腐蚀坑；(100) 晶体片上会出现四边形的腐蚀坑。

（15）Si、Ge等共价键晶体（原子半导体）中的点缺陷，可以存在单个的空位或者间隙原子。

但是GaAs等离子性半导体中的点缺陷，却只能存在正、负离子成对的点缺陷（这样才能保证整个晶体的电中性）。

例如，正、负离子对的空位（两个原子的空位），即Frenkel缺陷；或者分别带正、负电荷的空位和间隙原子，即Schottky缺陷。

（16）半导体热处理的目的：一是为了激活施主或受主杂质（使得杂质原子进入替代位置，如离子注入以后的退火），二是为了消除晶体中的应力（以避免产生缺陷）。

金属热处理的目的：主要是控制其中晶粒的大小，以获得所需要的力学特性（因为金属是多晶体，它的力学性质与晶粒尺寸直接有关）。

（17）晶体原子的热运动及其效果：随着温度的升高，晶体原子的热运动将表现出不同的形式。

①晶格振动～只要不是0K，原子就会不断地在其平衡位置附近进行热振动（小振幅的振动），产生格波或者声子，将对晶体的比热和导电提供贡献。

并且声子会散射载流子（例如，在室温下半导体中载流子的迁移率主要就决定于声子散射的作用），影响到迁移率；同时声子还会引起绝缘体或者半导体的传热（热导率最高的金刚石就是声子传热的结果）。

注意，即使是在0K，由于载流子要受到测不准关系的限制，则也将存在着晶格振动（称为零点振动）。

②热膨胀～在较高一些温度时，原子热振动的振幅增大，即使得原子的互作用势能曲线呈现出不对称性（即热振动的非线性效应），从而导致晶体体积发生膨胀。

这时原子之间的化学键仍然维持不变（即并未断裂）。

③产生热缺陷～晶体原子在热运动过程中，由于能量的热涨落，总会有一些能量较高的原子离开其平衡位置（发生价键的断裂），这就产生出晶格空位和间隙原子——热缺陷。

④晶体熔化～当温度升高到某一定程度时，晶体原子的许多化学键发生了断裂，即使得长程有序的晶体转变为短程有序的液体。

（18）声子～晶格振动呈现为格波的形式，格波能量的量子就称为声子。

每一个格波对应于一种简正振动，即对应于一种声子；一个格波中可包含许多个声子（声子的数目由该格波所对应的能量来决定，它们遵从Bose-Einstein分布）。

（19）晶体表面原子的分布不同于体内的三种情况：①出现悬挂键～这就是产生本征表面态（即Tamm态）的根源；②表面重构～表面上相邻的两个悬挂键之间互相结合成共价键时，将使得表面原子发生微小的位移，即导致表面的晶格常数不同于体内，这种情况称为表面原子的重构；③表面吸附～例如，Si表面吸附H原子、O原子或者H2O分子的现象；表面通过化学吸附某些原子以后，即可适当中和一些悬挂键、使表面态密度降低。

（20）相对于固态而言，液态与非晶态的内部结构都是短程有序的物质，即在原子分布上极为相似。

因此，如果让液态物质以极快的速度冷却而成为固体的话，则可以把液态中原子的分布状况固定起来，即得到内部结构类似于液态的固体——非晶态物质。

事实上，许多氧化物（如SiO2、B2O2、GO2、P2O5等）以及许多合金（如Cu66Zr33、Fe80B20、Pd80Si20等），都能够采用这种快速冷却的办法来制备它们的非晶体；但是纯金属的非晶体不能采用这种方法来制备。

（21）杂质的分凝系数就表示杂质在两种材料中、或者在两种相中的溶解度不同的一种效果。

例如，杂质在固相-液相的分凝系数就等于杂质在固相中的溶解度与杂质在液相中的溶解度之比。

金属杂质Al在Si中的分凝系数<1，这就意味着液相Si中的Al含量要高于固相Si中，因此当液相Si冷却、再结晶后，即成为了p型层。