第四章信息及器件案例.ppt

第四章 信息材料及器件;;第一节 前言;; ①具有信息收集功能的器件主要有: 传感器和探测器 如对温度变化有传感作用的器件： 热敏电阻——PTC、NTC 热敏材料 对光有传感作用的器件有： 光敏电阻、光敏二极管、光电探测器、红外探测器等——光敏电阻材料、半导体光电探测器材料 对气体种类和含量有传感作用的器件： 气敏传感器——n型或p型金属氧化物半导体气敏材料 对湿度变化有传感作用的器件： 湿敏传感器——湿敏陶瓷; ②具有信息存储功能的器件主要是一些存储器。 例如固定只读存储器（ROM） 可编程只读存储器（PROM） 磁带 各种磁盘 光盘 相应这些存储器有对应的信息存储材料。 ; ③具有信息处理功能的器件分为 微电子信息处理器件 光信息处理器件 各种晶体管 各种调制器 二极管 振荡器 集成电路 放大器 用于制作这些器件的材料有：硅、锗等半导体材料、GaAs系列、InP系列等等 。; ④具有信息传输功能的器件主要是指：光通信、微波通信、移动电话通信等的器件。; ⑤具有信息显示功能的器件主要是：阴极射线管、液晶显示、等离子体显示、电致发光显示、真空荧光显示等各种平板显示器。 其材料有： 用于液晶显示的非晶硅、多晶硅 用于等离子体显示的红、绿、蓝三基色荧光粉 用于电致发光显示的掺Cu、Al、Mn的ZnS基质发光粉等等。 ;二、信息材料的发展历程; 20世纪初 硅被用于无线电通信器件之一的矿石检波器。 20世纪20~30年代 量子力学理论和pn结概念的提出以及高纯硅材料的研制成功促进了硅材料的发展。 1941年 锗的载流子迁移率高，被成功用于制作二极管。; 1947年 贝尔实验室研制成功全世界第一个锗点接触式三极管，把锗材料的研究推向了新的高潮。 1950年 第一颗锗单晶拉制成功，推动了锗生产技术的飞跃发展。 1952年 第一颗硅单晶拉制成功，由于硅技术的突破晚于锗，因此这一时期仍以锗的研究为主。 这时，英国的达默率先提出了集成电路的概念，目的是把大量晶体管、电阻、电容等电子元件小型化、微型化并构成尽可能小的电路。 ; 1958年 美国得克萨斯仪器公司终于实现了达默的设想，用锗材料制成了世界上第一块集成电路。 1959年 美国仙童公司采用平面工艺和pn结隔离技术，制成了第一块硅集成电路。其平面工艺为后来大规模集成电路发展奠定了基础。; 由于集成电路平面工艺的出现，导致硅材料和锗材料在半导体技术中的地位发生了逆转。 主要因为硅材料除了载流子迁移率比锗稍差之外，许多性能都优于锗。 ① 硅的禁带宽度比锗高，故硅的工作温度高，更适于功率器件的制作； ② 硅在高温下能氧化成二氧化硅薄膜，其薄膜兼有杂质扩散掩膜、绝缘膜和保护膜三重功能，故硅很适合集成电路平面工艺； ③ 硅的受主和施主的扩散系数几乎相同，可为集成电路的工艺制作提供更大的自由度。 硅的这些优点使其至今在集成电路中仍然占有最重要的地位。 ; 1998年 IBM公司用SOI材料（称为绝缘层上的硅材料，为新一代的硅材料）研制成功计算机用的高速、低功耗中央处理器芯片，这一成功，说明SOI技术可以用来取代传统硅集成电路技术。 SOI材料的主要优点是： 寄生电容小、功耗低、集成度和电路速度高、抗辐照和耐高温性能