物理学与新能源技术
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1959年硅平面工艺的发展和集成电路的发明——微电 子技术第二个里程碑；
1971年微机的问世——微电子技术第三个里程碑。
物理学与新能源技术
6
电子元器件和线路越来越小、细，集成度越来越高，芯 片运行的速度越来越高快。
人的头发 Intel 80386 Intel 80486 Intel Pentium Intel P II Intel P III 最近已经达到 目前集成电路制造商进军
21
三、集成电路
“集成电路”(Integrated Circuit，IC) 把由若干个晶体管、电阻、电容等器件组成的、 实现某种特定功能的电子线路，集中制造在一块 小小的半导体芯片上
集成度发展神速 1962：几个、 1965：近100个（IC ） 1967：100~1000个（中规模IC ） 1967-1973：1000—10000个（LSIC） 1978：达10万~100万个单元（VLSIC） 目前集成度已突破千万单元
2. 晶体管参与导电的是电子—空穴，因此称其为双极型器件；
场效应管是电压控制元件，参与导电的只有一种载流子，
因此称其为单级型器件。
3. 晶体管的输入电阻较低，一般102~104；
场效应管的输入电阻高，可达109~1014
场效应管的分类
结型场效应管JFET MOS型场效应管JFET
物理学与新能源技术
15
100微米 1.20微米工艺 0.80微米工艺 0.60微米工艺 0.35微米工艺 0.25微米工艺 0.13微米 ≤0.1微米工艺
33MHz 100MHz 200MHz 500MHz 800MHz 2 GMHz
大规模芯片生产已达到0.25微米工艺 ，0.06微米已应用于显示， 目前最窄：32纳米。
物理学与新能源技术
4
微电子无处不在：
公共汽车IC卡、银行储蓄卡和信用卡、小区智 能卡、电子手表、语言贺卡和玩具、电子琴、手机、 洗衣机、电视机、电话机等等日常生活用品中都有 芯片（微电子）。
物理学与新能源技术
5
2、微电子技术发展及现状
1948年BELL实验室发明第一只晶体管——微电子技术 第一个里程碑；
电容等
芯片上。
物理学与新能源技术
2
一、引 言
微电子技术是信息社会生活和工作的基础。 信息化的关键是计算机和通讯机，其基础都是微电子技术。 微电子技术已经渗透到社会的各个领域，影响面极广，发 展微电子技术是当今高科技发展的关键问题。 微电子技术的核心是集成电路技术；集成电路的标志性产 品是CPU（即中央处理器）； 它广泛应用于人类社会的各个领域。如科技、经济、军事、 金融、文教乃至家庭生活。
物理学与新能源技术
3
1、微电子技术应用
微电子技术被广泛应用于社会的各个行业 微电子技术与计算机技术相辅相成，推动了信息
技术的高速度发展 传统工业的行业改造和技术更新 使商业领域的传统账册产生了根本的变化 与其他技术的结合和渗透发展成新的技术 现代化的军事与国防也离不开微电子技术
深刻地、广泛地影响着人们的生活
摩尔定律 ：集成度（容量）每1、2、1.5年（65、97年、媒体）
翻一番，而价格保持不变甚至下降。
物理学与新能源技术
7
大规模集成电路的集成度是微电子技术的重要标志； 单晶片的尺寸已经从原来的5英寸发展到了今天的8英寸、12 英寸。
3、向微米工艺的极限挑战
光刻技术
目前，由Intel为代表的多家公司正在开发“极
物理学与新能源技术
17 Sect
结型场效应管
结型场效应管（JFET)结构
N沟道结型场效应管
D 导电沟道 N
G
P+ P+
S
物理学与新能源技术
18
4、薄膜晶体管 (TFT )
ATO=
Al2O3/TiO2超晶格
物理学与新能源技术
19
Ga-doped ZnO
物理学与新能源技术
20
物理学与新能源技术
微电子技术
一、引言
二、晶圆 三、基本元件结构 四、集成电路 五、集成电路走向系统芯片
六、半导体材料的制备和表征
物理学与新能源技术
1
一、引 言
微电子： 微型的电子电路 微电子技术： 微型电子电路技术
半 导把 体由 基若 片干 上个
晶体管
实现某种特定功能的电子线路，
电阻 器件组成 集中制造在一块小小的半导体
11
物理学与新能源技术
12
2．晶体管
半导体是制造晶体管的基本材料 本征半导体、自由电子和空穴 共价电子与 N型半导体 、P型半导体 p-n结 二极管和三极管极其工作原理
物理学与新能源技术
13
物理学与新能源技术
14
3、场效应管
场效应管与晶体管的区别
1. 晶体管是电流控制元件；场效应管是电压控制元件。
端紫外”光刻技术，用氙灯将波长降至0.01微米；
IBM则致力于0.005微米波长的X射线光刻技术研究
工Fra Baidu bibliotek。
物理学与新能源技术
8
二、基本元件结构
电子管 晶体管 场效应管（厚膜） 薄膜晶体管
物理学与新能源技术
9
1．电子管
电子管又称“真空管”（Vacuum Tube） 电子管拥有三个最基本的极
– 阴极(Cathode, K)：释放出电子流 – 屏极(Plate，P) ：吸引和收集阴极发射的电子 （集极） – 栅极(Gird, G)：控制电子流的流量
电子管的放大作用 直热式三极管灯丝（Filament）的制作材料
– 钨丝 – 钍钨合金 – 氧化硷土
物理学与新能源技术
10
物理学与新能源技术
增强型MOS场效应管
N沟道增强型MOS场效应管结构
源极S
栅极G→基极B
→发射极E
漏极D→集电极C
电极—金属 绝缘层—氧化物 基体—半导体 因此称之为MOS管
衬底B
物理学与新能源技术
16 Sect
耗尽型MOS场效应管
N沟道耗尽型MOS场效应管结构
耗尽型MOS管存在 原始导电沟道
+++++++
•• •• •• •• •• •• •• •• ••
物理学与新能源技术
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100个晶体管以下的集成电路称为小规模集成电路 100—1000个晶体管的集成电路称为中规模集成电路 1000个晶体管以上的集成电路称大规模集成电路 10万个晶体管以上的集成电路称超大规模集成电路
物理学与新能源技术
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第一代（以厘米为尺度的电子管）电子管计算机 （1946-1957） 第二代（以毫米为尺度的半导体）晶体管计算机 （1959-1964） 第三代小规模集成电路计算机（1964-1970） 第四代大规模集成电路计算机（1970-）
1971年微机的问世——微电子技术第三个里程碑。
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电子元器件和线路越来越小、细，集成度越来越高，芯 片运行的速度越来越高快。
人的头发 Intel 80386 Intel 80486 Intel Pentium Intel P II Intel P III 最近已经达到 目前集成电路制造商进军
21
三、集成电路
“集成电路”(Integrated Circuit，IC) 把由若干个晶体管、电阻、电容等器件组成的、 实现某种特定功能的电子线路，集中制造在一块 小小的半导体芯片上
集成度发展神速 1962：几个、 1965：近100个（IC ） 1967：100~1000个（中规模IC ） 1967-1973：1000—10000个（LSIC） 1978：达10万~100万个单元（VLSIC） 目前集成度已突破千万单元
2. 晶体管参与导电的是电子—空穴，因此称其为双极型器件；
场效应管是电压控制元件，参与导电的只有一种载流子，
因此称其为单级型器件。
3. 晶体管的输入电阻较低，一般102~104；
场效应管的输入电阻高，可达109~1014
场效应管的分类
结型场效应管JFET MOS型场效应管JFET
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100微米 1.20微米工艺 0.80微米工艺 0.60微米工艺 0.35微米工艺 0.25微米工艺 0.13微米 ≤0.1微米工艺
33MHz 100MHz 200MHz 500MHz 800MHz 2 GMHz
大规模芯片生产已达到0.25微米工艺 ，0.06微米已应用于显示， 目前最窄：32纳米。
物理学与新能源技术
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微电子无处不在：
公共汽车IC卡、银行储蓄卡和信用卡、小区智 能卡、电子手表、语言贺卡和玩具、电子琴、手机、 洗衣机、电视机、电话机等等日常生活用品中都有 芯片（微电子）。
物理学与新能源技术
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2、微电子技术发展及现状
1948年BELL实验室发明第一只晶体管——微电子技术 第一个里程碑；
电容等
芯片上。
物理学与新能源技术
2
一、引 言
微电子技术是信息社会生活和工作的基础。 信息化的关键是计算机和通讯机，其基础都是微电子技术。 微电子技术已经渗透到社会的各个领域，影响面极广，发 展微电子技术是当今高科技发展的关键问题。 微电子技术的核心是集成电路技术；集成电路的标志性产 品是CPU（即中央处理器）； 它广泛应用于人类社会的各个领域。如科技、经济、军事、 金融、文教乃至家庭生活。
物理学与新能源技术
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1、微电子技术应用
微电子技术被广泛应用于社会的各个行业 微电子技术与计算机技术相辅相成，推动了信息
技术的高速度发展 传统工业的行业改造和技术更新 使商业领域的传统账册产生了根本的变化 与其他技术的结合和渗透发展成新的技术 现代化的军事与国防也离不开微电子技术
深刻地、广泛地影响着人们的生活
摩尔定律 ：集成度（容量）每1、2、1.5年（65、97年、媒体）
翻一番，而价格保持不变甚至下降。
物理学与新能源技术
7
大规模集成电路的集成度是微电子技术的重要标志； 单晶片的尺寸已经从原来的5英寸发展到了今天的8英寸、12 英寸。
3、向微米工艺的极限挑战
光刻技术
目前，由Intel为代表的多家公司正在开发“极
物理学与新能源技术
17 Sect
结型场效应管
结型场效应管（JFET)结构
N沟道结型场效应管
D 导电沟道 N
G
P+ P+
S
物理学与新能源技术
18
4、薄膜晶体管 (TFT )
ATO=
Al2O3/TiO2超晶格
物理学与新能源技术
19
Ga-doped ZnO
物理学与新能源技术
20
物理学与新能源技术
微电子技术
一、引言
二、晶圆 三、基本元件结构 四、集成电路 五、集成电路走向系统芯片
六、半导体材料的制备和表征
物理学与新能源技术
1
一、引 言
微电子： 微型的电子电路 微电子技术： 微型电子电路技术
半 导把 体由 基若 片干 上个
晶体管
实现某种特定功能的电子线路，
电阻 器件组成 集中制造在一块小小的半导体
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物理学与新能源技术
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2．晶体管
半导体是制造晶体管的基本材料 本征半导体、自由电子和空穴 共价电子与 N型半导体 、P型半导体 p-n结 二极管和三极管极其工作原理
物理学与新能源技术
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物理学与新能源技术
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3、场效应管
场效应管与晶体管的区别
1. 晶体管是电流控制元件；场效应管是电压控制元件。
端紫外”光刻技术，用氙灯将波长降至0.01微米；
IBM则致力于0.005微米波长的X射线光刻技术研究
工Fra Baidu bibliotek。
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二、基本元件结构
电子管 晶体管 场效应管（厚膜） 薄膜晶体管
物理学与新能源技术
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1．电子管
电子管又称“真空管”（Vacuum Tube） 电子管拥有三个最基本的极
– 阴极(Cathode, K)：释放出电子流 – 屏极(Plate，P) ：吸引和收集阴极发射的电子 （集极） – 栅极(Gird, G)：控制电子流的流量
电子管的放大作用 直热式三极管灯丝（Filament）的制作材料
– 钨丝 – 钍钨合金 – 氧化硷土
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10
物理学与新能源技术
增强型MOS场效应管
N沟道增强型MOS场效应管结构
源极S
栅极G→基极B
→发射极E
漏极D→集电极C
电极—金属 绝缘层—氧化物 基体—半导体 因此称之为MOS管
衬底B
物理学与新能源技术
16 Sect
耗尽型MOS场效应管
N沟道耗尽型MOS场效应管结构
耗尽型MOS管存在 原始导电沟道
+++++++
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物理学与新能源技术
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100个晶体管以下的集成电路称为小规模集成电路 100—1000个晶体管的集成电路称为中规模集成电路 1000个晶体管以上的集成电路称大规模集成电路 10万个晶体管以上的集成电路称超大规模集成电路
物理学与新能源技术
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第一代（以厘米为尺度的电子管）电子管计算机 （1946-1957） 第二代（以毫米为尺度的半导体）晶体管计算机 （1959-1964） 第三代小规模集成电路计算机（1964-1970） 第四代大规模集成电路计算机（1970-）