微电子学概论全套教学课件.pptx

微电子学概论 ;2;3;4;5;授课、成绩评定方法;;8;9;;;12;13;;集成电路：Integrated Circuit (IC) 将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源元件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体单晶片(如硅或砷化镓)上 通过一系列特定的加工工艺来集成 封装在一个外壳内 执行特定电路功能;;;;;硅单晶片与加工好的硅片 硅片：wafer 芯片：chip，die ;集成电路芯片的显微照片;22;23;24;25;26;27;28;;;;;In the future Maybe no person is necessary!;34;35;36;37;38;39;40;41;42;43;44;45;46;47;48;49;50;51;52;1959年7月第一块平面单片集成电路??Fairchild公司的Noyce 在Si 衬底制备了平面集成电路：氧化物隔离，Al互联;54;55;56;57;58;59;60;61;62;63;64;65;66;67;68;69;70;71;72;73;74;75;76;77;78;79;80;81;82; 半导体及其基本特性 北京大学;固体材料：超导体: 大于106(?cm)-1 导 体: 106~104(?cm)-1 半导体: 104~10-10(?cm)-1 绝缘体: 小于10-10(?cm)-1;1. 半导体的结构;半导体的结合和晶体结构;2. 半导体中的载流子：能够导电的自由粒子;电子：Electron，带负电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚 后形成的自由电子，对应于导带中占据的电子 空穴：Hole，带正电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚 后形成的电子空位，对应于价带中的电子空位;;;价带：0K条件下被电子填充的能量最高的能带 导带： 0K条件下未被电子填充的能量最低的能带 禁带：导带底与价带顶之间能带 带隙：导带底与价带顶之间的能量差;半导体中载流子的行为可以等效为自由粒子，但与真空中的自由粒子不同，考虑了晶格作用后的等效粒子 有效质量可正、可负，取决于与晶格的作用;4.半导体的掺杂;施主和受主浓度：ND、NA;;本征载流子浓度： n=p=ni np=ni2 ni与禁带宽度和温度有关;6. 非本征半导体的载流子;多子：多数载流子 n型半导体：电子 p型半导体：空穴 少子：少数载流子 n型半导体：空穴 p型半导体：电子;7. 电中性条件: 正负电荷之和为0;n型半导体：电子 n ? Nd 空穴 p ? ni2/Nd p型半导体：空穴 p ? Na 电子 n ? ni2/Na;8. 过剩载流子;9. 载流子的输运;影响迁移率的因素： 有效质量 平均弛豫时间（散射〕;扩散电流;过剩载流子的扩散和复合;描述半导体器件工作的基本方程;方程的形式1; 电流连续方程 ; 电流密度方程 ;爱因斯坦关系;重 点;作 业;半导体器件物理基础北京大学;重 点;据统计：半导体器件主要有67种，另外还有110个相关的变种 所有这些器件都由少数基本模块构成： pn结 金属－半导体接触 MOS结构 异质结 超晶格;PN结的结构;1. PN结的形成;2. 平衡的PN结：没有外加偏压;费米能级EF：反映了电子的填充水平某一个能级被电子占据的几率为： E=EF时，能级被占据的几率为1/2 本征费米能级位于禁带中央;自建势qVbi;3.正向偏置的PN结情形;正向的PN结电流输运过程;4. PN结的反向特性;;5. PN结的特性;6. PN结的击穿;§ 2.4 双极晶体管;双极晶体管的两种形式：NPN和PNP;双极晶体管的结构和版图示意图;2.3 NPN晶体管的电流输运机制;NPN晶体管的电流输运;2.3 NPN晶体管的几种组态;3. 晶体管的直流特性;3. 晶体管的直流特性;4. 晶体管的特性参数;4. 晶体管的特性参数;4. 晶体管的特性参数 （续）;4. 晶体管的特性参数 （续）;5. BJT的特点;输入电容由扩散电容决定;缺点：;当代BJT结构;§ 2.5 MOS场效应晶体管;1. MOS 电容;关于电容;一 MOS结构;;未加偏压时的MOS结构; 功函数; 平带电压;施加偏压后的不同状态：积累、耗尽、反型;施加偏压后的不同状态：积累、耗尽、反型;施加偏压后的不同状态：积累、耗尽、反型;施加偏压后的不同状态：积累、耗尽、反型;MOS场效应晶体管;S;转移特性曲线;长沟MOSFET的输出特性;亚0.1微米MOSFET器件的发展趋势;作业;作业;北京