半导体简介.pptVIP

半导体器件物理 半导体器件Semiconductor Devices 主讲：徐 军 2014年2月 绪 论 这门课在学科群中的地位 --课程定位 半导体器件的发展简介 --历史与趋势 一些具体问题的说明 --教材,习题,考试 半导体器件 ? 器件 (器件物理; 器件原理; 器件工艺): 电子器件(双极型器件,MOS器件,各种特种器件); 光电子器件(激光器,发光管,光电转换器件); 其他各种效应的应用(热电,压电 ……) 相关课程(领域) ? 物理 (对物理问题更深入,更专门的讨论): 高等半导体物理; 半导体理论; 半导体表面物理; 非晶态半导体物理; 半导体光学 …… ? 材料 (材料性质,应用的物理模型,材料制备,新材料的研制): 体材料; 薄膜材料; 微结构材料; 人工设计材料;…… ? 集成电路— 集成电路原理及其设计(线路设计,版图设计,工艺设计); 集成电路中的物理问题,材料问题…… 半导体器件基本结构 （1）金半结 （2）PN结 （3）异质结 （4）MOS结构 平面工艺中主要工序 （1）外延生长 （2）氧化 （3）扩散 （4）离子注入 （5）光刻 量子力学诞生于19世纪末，现代物理学的一系列发现揭示了微观物理世界的基本规律，以此为基础诞生了现代物理学的理论基础－量子力学（以海森堡和薛定锷建立的量子力学体系为基础，其中薛定锷提出的薛定锷方程已经成为量子力学最基本和广泛使用的方程） 量子力学理论的建立，实际上是近代在物理学研究方面取得的一系列理论和实验成果共同推动的结果。 ? Born提出的概率波（Probability wave）概念和波函数(wave function) ，为量子力学的应用奠定了基础； ? 基于量子力学的能带论建立，构成了固体物理学的基础。 ? 现代固体物理学的成熟、完善和应用，为晶体管的发明奠定了理论基础。 晶体管的发明是固体物理理论研究、半导体材料、技术科学研究取得重大突破后的必然结果。 获2000年诺贝尔物理学奖 MOS device CMOS Technology for 25 nm Channel Length CMOS Technology for 25 nm Channel Length Chandrasakan lab UWB project chips Chandrasakan lab UWB project chips Original Motivation:Moore’s Law CNT FETs Integrated Nanotube Systems:Complementary Carbon Nanotube Inverter Si Nanowires as DNA sensors 微电子发展的主要挑战 超大尺寸晶片的不断增大 亚100nm分辨率的光刻系统 超小尺寸的逻辑存贮器件 多级互连的寄生RC延迟 微电子产业的高额投资 解决途径 新材料：非晶硅，多晶硅，SiGe，Ⅲ-Ⅴ族复合半导体，有机材料，宽禁带半导体（SiC、GaN） 新结构器件 新互连方法：铜连线、低K，光连接等。 深亚微米尺度下器件和电路设计CAD工具 新电路 新电源：板上太阳能，生物电，空间微波等 纳米技术 3D电路 微电子发展的极限 ? 固体的最小尺寸 ? 功耗限制 ? 电压或电流感应击穿的限制 ? 噪声限制 ? Heisenberg不确定原理的限制 主要半导体器件 总结与展望： 双极型晶体管 化合物半导体器件 MOSFET 功率器件 量子器件 光电子器件 内容：课程章节 本课是一门重要的专业基础课 了解半导体器件的工作原理，物理概念和器件特性。 掌握研究半导体器件工作原理和器件特性的基本方法，为从事半导体器件的研制和应用打下基础。 课程章节 前 言 半导体器件进展 第一章： 半导体物理基础 半导体材料、半导体能带、本征载流子浓度、载流子输运现象、非本征载流子及光学性质。 第二章： p-n结 热平衡下的pn结，耗尽区（耗尽层）和耗尽层电容，直流特性，pn结的瞬态特性，结击穿，异质结与高低结。 第三章： 双极型晶体管 基本原理，静态特性，频率响应和开关特性，异质结晶体管HBT、可控硅器件。 课程章节 第四章： 单极型器件 金半接触，肖特基势垒二极管，结型场效应晶体管，肖特基栅场效应晶体管，异质结MESFET。 第五章： MOS器件（MOSFET） MOS结构及MOS二极管，MOS场效应晶体管MOSFET，CMOS器件,