physicsofsemiconductor第一章介绍.ppt

PhysicsofSemiconductorDevices(双语),李聪邮箱:cong.li网址:,注意是限选课，请同学们在网上选课，否则无法登成绩！,内容,课程简介授课形式课程安排关于教材关于作业专业英语学习的三要素,课程简介-重要性,“教育要面向现代化、面向世界、面向未来。“-邓小平,课程简介-目的,英语不断线：大学英语-科技英语-专业英语;用英语学习专业知识,掌握专业词汇,表达和写作;了解微电子领域最新研究成果.,课程简介-历史,微电子专业英语,PhysicsofSemiconductorDevices（双语）,课程简介-改进,加强专业词汇讲解；多涉及微电子领域的前沿知识；有关本专业目前和未来发展状况；专业课学习，考研，出国；增加英文多媒体资料；增加英语口语授课量；增加课堂练习与课堂互动；新的课堂作业方式。,授课形式-听、说、读、写,听（课堂听讲+视频资料）说（课堂讨论）读（课文+文献）写（论文，摘要，结论，综述）,课程安排,（1）介绍，回顾（2）课文-PN结（1）（3）课文-PN结（2）（4）视频-半导体材料（5）文献阅读（1）（6）课文-BJT（1）（7）课文-BJT（2）（8）视频-集成电路设计（9）文献阅读（2）（10）课文-MOSFET（1）（11）课文-MOSFET（2）,（12）课文-MOSFET（3）（13）视频-半导体工艺（1）（14）文献阅读（3）（15）课文-模拟IC（16）课文-数字IC（17）课文-射频IC（18）视频-半导体工艺（2）（19）文献阅读（4）（20）论文写作，投稿（21）总结-复习,教材目录1,Session1IntroductiontoSemiconductorSession2CrystalStructureSession3BandModelSession4TheSemiconductorinEquilibriumSession5CarrierTransportSession6NonequilibriumExcessCarriersinSemiconductorSession7ThepnJunction（I）Session8ThepnJunction（II）Session9Metal-SemiconductorContactsSession10HeterojunctionsSession11TheBipolarJunctionTransistor（I）Session12TheBipolarJunctionTransistor(II)Session13BasicsofMOSFETsSession14NonidealeffectsofMOSFETsSession15AdvancedMOSFETDevices,教材目录2,Session16IntroductiontoIntegratedCircuitsSession17AnalogIntegratedCircuitsDesignSession18DigitalIntegratedCircuitsDesignSession19RadioFrequencyIntegratedCircuitsDesignSession20SimulationandVerificationofIntegratedCircuitsSession21IntroductiontotheSemiconductortechnology（I）Session22IntroductiontotheSemiconductortechnology(II)Session23BipolarTechnologyandGaAsDigitalLogicProcessSession24CMOSTechnologySession25Reliability,教材使用,重点讲解内容：第4-8，11-19，21-22，24讲重点学习专业词汇和“Notes”,关于作业,课堂练习：课上做，交纸质版课后作业：课后做，发电子邮件,参考教材,Thephysicsofsemiconductordevices,ThirdEditionFraser,D,AClarendonPress,Oxford1983Semiconductorphysicsanddevices:basicprinciplesDonaldA.NeamenMcGraw-HillPhysicsofsemiconductordevicesS.M.SzeandKwokK.NgWiley,推荐采用合适的字典,“英汉科学技术词典”清华大学外语系“英汉科学技术词典”编写组编国防工业出版社“LongmanDictionaryofContemporaryEnglish”朗文当代英语词典外语教学与研究出版社,专业英语学习的三要素,专业词汇基本语法关系结合专业内容,1、专业词汇特别注意行业内的普遍认可的名称。,Wafer；Die；Chip,晶片（晶圆）；裸片；芯片,1、专业词汇特别注意行业内的普遍认可的名称。,ThemajorityofbipolartransistorsusedinICsareofthenpntypebecausethehighermobilityofminoritycarriers(electrons)inthebaseregionresultsinhigherspeedperformancethancanbeobtainedwithpnptypes.翻译1：IC中所用双极晶体管大多数是NPN型的，因为它在基区中少数载体（电子）的更高移动性产生比PNP型所能得到的更高速度的性能。翻译2：IC中所用双极晶体管大多数是NPN型的，因为基区中少数载流子（电子）具有较高的迁移率，使NPN晶体管的速度性能高于PNP晶体管。,2、基本语法关系分析语法关系是为了帮助正确理解内容，不能为了追求语法细节而分析语法。,Inthissectionwediscussthephysicaleffectsthatareexploitedinthosesemiconductormemoriesthatcanretainstoreddataafterpowersuppliesaredisconnected,andwherethestoreddatacanbemodified.提示：该句有5个谓语，分析从句关系有助于理解内容。全局可翻译为：本节讨论具有下述特点的半导体存储器中采用的物理效应：这种存储器在切断电源后仍然能保留业已存储的数据，而且其中存储的数据可以被修改。,3、结合专业内容,Hencecarriersmoveawayfromthejunctionsafterinjectionbydiffusionandtheactionofanyfieldsbuiltinbyvariabledoping.提示：如果根据其位置关系分析，可能认为“bydiffusionandtheactionofanyfields”是修饰直接位于其前面的“injection”。但是基于物理含义分析，应该修饰“move”。这是专业英语中经常出现的问题，即如果对物理含义不是很清楚，在翻译时出现的错误不是语法问题，而是违背了物理含义；“byvariabledoping”修饰其前面的“builtin”。全句可翻译为：因此，载流子在注入以后将通过扩散的方式离开结，如果（基区）杂质分布不均匀还会受到自建电场的作用。,3、结合专业内容,Theassociateddelaytimesarefoundbydividingthechargethatmustbemovedbythecurrentthatmovesit.提示：根据物理含义分析，“bythecurrent”应该是修饰动名词dividing（表示数学运算中的“除”），表示用来除“thecharge”。如果从语法角度分析，可以认为“bythecurrent”修饰直接位于其前面的moved，但是如果这样翻译成汉语，尽管不应该说语法错误，但是物理含义不对；句子两个that均是引导定语从句，分别修饰各自前面的名词charge和current。全句可翻译为：用必须被移开的电荷除以用于移动电荷的电流，就得到相应的延迟时间。,3、结合专业内容,Whenpassingcurrentalldeviceshavebeenfoundtohavelow-frequencynoisepowerinexcessofthevaluepredictedby4kTRdf.提示：“by4kTRdf”修饰“predicted”表示预计值为4kTRdf，而不是修饰“inexcessof”表示超过的大小为4kTRdf。如果仅仅从英语语法考虑，上述两种修饰关系均有可能。但是结合物理含义分析，只能理解为修饰“predicted”，否则翻译出的语句出现物理含义错误。翻译：业已发现，在有电流通过时，所有器件都具有比预计值4kTRdf大的低频噪声功率。,3、结合专业内容,TheintrinsicFermilevelmustshiftawayfromthebandwiththelargerdensityofstatesinordertomaintainequalnumbersofelectronsandholes.提示：要正确翻译本句必须明确with是修饰动词shift还是修饰名词band。从语法分析，两种理解均可，但是译文的含义有所差别。一种翻译是：本征费米能级的位置也必定将随着状态密度的增大而发生移动，以保持电子和空穴的数量相等。一种翻译是：本征费米能级的位置也必定将向远离具有更大态密度的能带的方向移动，以保持电子和空穴的数量相等。,复习,我的研究方向,新型半导体器件的建模与仿真双栅MOSFET（Double-gate）纳米线MOSFET（nanowire）无结MOSFET（junctionless）隧穿场效应晶体管（TFET）石墨烯碳纳米管场效应晶体管（graphenecabonnanotube）,研究成果,论文SCI检索11篇EI检索12篇研究团队博士3名硕士3名,项目国家自然基金高k栅隧穿机理研究国家自然基金无结围栅纳米线MOSFET的短沟道效应研究中央高校基本业务费围栅纳米线隧穿场效应晶体管的建模及优化,1.建模（Modeling）-以围栅为例,泊松方程（圆柱坐标系）,通解形式,式中，C(1)n,C(2)n,C(3)n,D(1)n,D(2)n和D(3)n由z方向连续性边界条件确定！,贝塞尔级数系数,阈值电压的确定,阈值电压为沟道表面势最低点达到两倍费米势时的栅压，令,求解此时的栅压得,式中,其中,BSIM-(BerkeleyShort-channelIGFETModel),BSIM3（BSIM3v3）BSIM4（22/20nm）BSIM6(Newmodel)BSIMSOIBSIMCMG(Multi-gate),Modeling是器件研究的主要方向,截止目前TED（IEEETRANSACTIONSONELECTRONDEVICES）发表的论文总数为7700篇，其中Modeling相关的有3100篇，占40%。因此Modeling是开展器件研究的主要手段。,2.TCAD-TechnologyComputerAidedDesign(半导体工艺和器件仿真软件),SentaurusTCADISE-TCADSilvacoMedici,TCAD仿真过程-以sentaurus为例,SentaurusTCAD全面继承了Tsuprem4，Medici和ISE-TCAD的特点和优势，它可以用来模拟集成器件的工艺制程，器件物理特性和互连线特性等。SentaurusTCAD提供全面的产品套件，其中包括SentaurusWorkbench,Ligament,SentaurusProcess,SentaurusStructureEditor,MeshNoffset3D,SentaurusDevice,TecplotSV，Inspect,AdvancedCalibration等等。,Sentaurus应用,SentaurusProcess和SentaurusDevice可以支持的仿真器件类型非常广泛，包括CMOS，功率器件，存储器，图像传感器，太阳能电池，和模拟/射频器件。SentaurusTCAD还提供互连建模和参数提取工具，为优化芯片性能提供关键的寄生参数信息。,Simulationpackages,Viewresults,Processsimulation,SentaurusProcess(optional)diosLigamentcangeneratecommandfilesforProcess,Mesh,noffset3dcreatedevicemeshesusingacommandfileSentaurusStructureEditor(andMDraw)createmesheswithGUI,SentaurusDevicedessis,InspectPlottinggraphsofelectrodecurrentsetc.TecplotProducingimagesofelectricfieldpatternsetc.throughoutdevice,WorkbenchCanrunlargenumbersofsimulationsconveniently,Projectcontrol,Exampleofsimulationflow,Mesh,*msh.bnd-boundaryfile*msh.cmd-commandfile,Inspect,SentaurusDevice,*msh.grdgridfile(structureofmesh)*msh.datdopingfile(dopingateachpoint),*des.cmdcommandfile,*des.pltcurrentfile,Tecplot,*des.datplotfiles,Imagefiles(E-fieldetc.),Graphs(imagesorexporteddata),Stripdetectorsimulation,FilesavailableinSENTAURUS/Seminar/Introduction,集成界面,集成工艺仿真系统SentaurusProcess,淀积（Deposition）离子注入（Implant）刻蚀（Etching）扩散（Diffusion）掩膜（Mask）,器件结构编辑工具SentaurusStructureEditor,器件仿真工具SentaurusDevice,SentaurusDevice是新一代的器件物理特性仿真工具，内嵌一维、二维和三维器件物理模型，通过数值求解一维、二维和三维泊松方程、连续性方程和输运方程，可以准确预测器件的众多电学参数和电学特性。SentaurusDevice支持很多器件类型的仿真，