几种重要微电子器件.ppt

几种重要的微电子器件 北京大学 主要内容 薄膜晶体管TFT 光电器件 电荷耦合器件 薄膜晶体管 薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)通常是指利用半导体薄膜材料制成的绝缘栅场效应晶体管 非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT) 多晶硅薄膜晶体管(poly-Si TFT) 碳化硅薄膜晶体管(SiC TFT) TFT的结构 立体结构型 平面结构型 TFT的应用领域 大面积平板显示──有源矩阵液晶显示(Active Matrix Liquid Crystal Display, 缩写为AMLCD) 电可擦除只读存储器(ROM) 静态随机存储器(SRAM) 线阵或面阵型图像传感器驱动电路 液晶显示器 驱动电压和功耗低、体积小、重量轻、无X射线辐射等一系列优点 为了降低串扰，提高扫描线数，在每个像素上配置一个开关器件，形成有源矩阵液晶显示，消除了像素间的交叉串扰 TFT有源矩阵的结构 光电子器件 光电子器件：光子担任主要角色的电子器件 发光器件：将电能转换为光能 发光二极管(Light Emitting Diode，缩写为LED) 半导体激光器 太阳能电池：将光能转换为电能 光电探测器：利用电子学方法检测光信号的 辐射跃迁和光吸收： 在固体中，光子和电子之间的相互作用有三种基本过程：吸收、自发发射和受激发射 发光器件 发光二极管：靠注入载流子自发复合而引起的自发辐射；非相干光 半导体激光器则是在外界诱发的作用下促使注入载流子复合而引起的受激辐射；相干光，具有单色性好、方向性强、亮度高等特点 半导体电致发光有着悠久的历史 1907年观察到电流通过硅检波器时发黄光现象 1923年在碳化硅检波器中观察到类似的现象 1955年观察到III-V族化合物中的辐射 1961年观察到磷化镓pn结的发光 60年代初期GaAs晶体制备技术的显著发展 1962年制成GaAs发光二极管和GaAs半导体激光器 异质结的发展对结型发光器件性能的提高也起了很大的推进作用 半导体发射激光，即要实现受激发射，必须满足下面三个条件： 通过施加偏压等方法将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带，产生足够多的电子空穴对，导致粒子数分布发生反转 形成光谐振腔，使受激辐射光子增生，产生受激振荡，导致产生的激光沿谐振腔方向发射 满足一定的阈值条件，使电子增益大于电子损耗，即激光器的电流密度必须大于产生受激发射的电流密度阈值 光电探测器 光电探测器：对各种光辐射进行接收和探测的器件 热探测器 光子探测器 热探测器：利用探测元吸收入射光(通常是红外光)产生热量，引起温度上升，然后再借助各种物理效应把温度的变化转变成电学参量 热探测器进行光电转换的过程： 探测器吸收光辐射引起温度上升 利用探测器的某些温度效应把温升转换成电学参量 光子探测器：利用入射光子与半导体中处于束缚态的电子(或空穴)相互作用，将它们激发为自由态，引起半导体的电阻降低或者产生电动势 光子探测器的三个基本过程： 光子入射到半导体中并产生载流子 载流子在半导体中输运并被某种电流增益机构倍增 产生的电流与外电路相互作用，形成输出信号，从而完成对光子的探测 光敏电阻：光敏电阻通常由一块状或薄膜状半导体及其两边的欧姆接触构成 光电二极管：光电二极管实际上就是一个工作在反向偏置条件下的pn结，p-i-n光电二极管是最常用的光电探测器件 雪崩光电二极管：雪崩光电二极管是借助强电场作用产生载流子倍增效应(即雪崩倍增效应)的一种高速光电器件 太阳能电池 吸收光辐射而产生电动势，它是半导体太阳能电池实现光电转换的理论基础 产生光生伏特效应的两个基本条件： 半导体材料对一定波长的入射光有足够大的光吸收系数，即要求入射光子的能量h?大于或等于半导体的禁带宽度Eg 具有光生伏特结构，即有一个内建电场所对应的势垒区 影响太阳能电池转换效率的主要因素有：表面太阳光的反射、pn结漏电流和寄生串联电阻等 CCD器件 电荷耦合器件(Charge Coupled Device，简称CCD)：70年代初由美国贝尔实验室研制成功的一种新型半导体器件 CCD器件不同于其他器件的突出特点：以电荷作为信号，即信息用电荷量(称为电荷包)代表，而其他器件则都是以电压或电流作为信号的 CCD器件的应用 广泛用于影像传感、数字存储和信息处理等三个领域，其中最重要的应用是作为固态摄像器件，其次是作为存储器件 作 业 简单描述集成电路CAD的主要方法和主要内容。 光电器件主要包括哪几类？ 半导体发光器件的基本原理是什么？ * * 两个能级之间的三种基本跃迁过程 (a) 吸收 (b) 自发发射 (c) 受激发射 * * * * *