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微电子学原理回顾

课程概述课程目标本课程旨在帮助学生回顾和巩固微电子学的基本原理，掌握集成电路的设计和制造流程，了解微电子学领域的必威体育精装版发展趋势，培养解决实际问题的能力。主要内容课程内容涵盖半导体物理基础、PN结、BJT、MOSFET、CMOS技术、集成电路制造工艺、存储器技术、模拟集成电路、射频集成电路、功率管理电路、传感器技术等。学习方法

微电子学发展历史1晶体管的发明1947年，贝尔实验室发明了晶体管，标志着微电子学的开端。晶体管体积小、功耗低、可靠性高，迅速取代了真空管，引发了电子技术的革命。集成电路的诞生1958年，德州仪器和仙童半导体分别独立发明了集成电路，将多个晶体管和其他元件集成在同一芯片上，实现了电子设备的小型化和高性能化。3摩尔定律

半导体物理基础能带理论能带理论是研究半导体电子结构的基础，它描述了电子在晶体中允许存在的能量范围。能带理论解释了半导体的导电特性，为器件设计提供了理论依据。价带、导带和禁带是能带结构的关键概念。载流子载流子是半导体中参与导电的粒子，包括电子和空穴。电子带负电，空穴带正电。载流子的浓度、迁移率和寿命是影响半导体导电性能的重要参数。载流子的行为受到外加电场、温度和掺杂的影响。

半导体中的电子和空穴1有效质量有效质量是描述电子和空穴在晶体中运动时所受到的等效质量。由于晶格势场的影响，电子和空穴的有效质量可能与其自由空间质量不同。有效质量影响载流子的迁移率和扩散系数。2迁移率迁移率是描述载流子在电场作用下运动速度的参数。迁移率受到温度、掺杂浓度和晶格缺陷的影响。高迁移率的半导体材料有利于提高器件的性能。3漂移和扩散漂移是载流子在电场作用下的定向运动，扩散是载流子在高浓度区域向低浓度区域的运动。漂移和扩散是半导体中载流子运动的两种基本方式，它们共同决定了器件的电流传输特性。

本征半导体和掺杂半导体掺杂类型掺杂是指在半导体中引入杂质原子以改变其导电性能的过程。常见的掺杂类型包括n型掺杂和p型掺杂。n型掺杂引入施主杂质，增加电子浓度；p型掺杂引入受主杂质，增加空穴浓度。载流子浓度载流子浓度是指单位体积内载流子的数量。在本征半导体中，电子和空穴的浓度相等。在掺杂半导体中，多数载流子的浓度远大于少数载流子的浓度。载流子浓度可以通过掺杂浓度和温度来控制。

半导体中的电导电导率电导率是描述材料导电能力的参数，它是电阻率的倒数。半导体的电导率受到载流子浓度和迁移率的影响。通过掺杂可以改变半导体的电导率，实现对器件性能的控制。霍尔效应霍尔效应是指当电流通过置于磁场中的半导体时，在垂直于电流和磁场的方向上产生电压的现象。霍尔效应可以用来测量半导体的载流子类型、浓度和迁移率。

PN结基础PN结形成PN结是由p型半导体和n型半导体结合形成的。在结合处，电子和空穴发生复合，形成耗尽区。耗尽区内不存在自由载流子，具有较高的电阻。内建电场由于耗尽区内存在电荷分离，因此在PN结内部形成内建电场。内建电场阻碍多数载流子的扩散，维持PN结的平衡状态。内建电场的大小取决于掺杂浓度和温度。

PN结的电流-电压特性正向偏置当PN结的p端接正电压，n端接负电压时，PN结处于正向偏置状态。正向偏置会降低耗尽区的宽度和内建电场，使多数载流子更容易通过PN结，形成较大的正向电流。反向偏置当PN结的p端接负电压，n端接正电压时，PN结处于反向偏置状态。反向偏置会增大耗尽区的宽度和内建电场，阻碍多数载流子的通过，只允许少量的少数载流子通过，形成较小的反向电流。

PN结的击穿现象雪崩击穿雪崩击穿是指在较高的反向电压下，少数载流子在电场作用下获得足够的能量，碰撞晶格原子，产生新的电子和空穴，这些新的载流子又会碰撞其他原子，产生更多的载流子，形成雪崩效应，导致PN结击穿。1齐纳击穿齐纳击穿是指在重掺杂的PN结中，耗尽区很窄，反向电压下的电场很强，可以直接将价带中的电子激发到导带，形成较大的反向电流，导致PN结击穿。2

金属-半导体接触1肖特基势垒当金属与半导体接触时，由于功函数不同，会在接触面形成肖特基势垒。肖特基势垒会阻碍载流子的传输，形成整流特性。2欧姆接触欧姆接触是指金属与半导体之间的电阻很小，电流-电压特性呈线性关系的接触。欧姆接触有利于载流子的传输，是器件正常工作的基础。

双极结型晶体管(BJT)原理1NPN和PNP结构BJT分为NPN型和PNP型两种结构。NPN型BJT由两块n型半导体和一块p型半导体组成，PNP型BJT由两块p型半导体和一块n型半导体组成。2工作模式BJT有三种工作模式：截止区、放大区和饱和区。在放大区，BJT的输出电流与输入电流成比例关系，实现电流放大。

BJT的电流放大作用输入电流输出电流共射极放大电路是BJT最常用的放大电路，具有较高的电压增益和电流增益。BJT的电流增益是指输出电流与输入电流的比值，它是衡量B