《电子科学与技术》基础知识简介

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！电子科学与技术向（一）电子科学与技术专业的主干学科概况1998年4月，光电子技术、微电子技术、电子材料与元器件、物理电子技术、物理电子与光电子技术等五个专业何为电子科学与技术专业，从1999年开始招生。1、微电子技术专业（1956年创办）北京大学创办半导体物理专门化20世纪70年代，一些高校成立半导体物理与器件专业90年代初更名为微电子技术专业1998年调整为电子科学与技术专业的一个方向微电子技术使器件尺寸不断缩小，进入特征尺寸达到纳米量级的系统集成阶段，另一方面则与光学技术、接卸技术和生物技术等学科成功结合，诞生了以微光机电系统、微电子机械系统和生物芯片等高新技术产品为标志的新兴学科和产业正增长点。2、光电子技术专业（起源于由7个最先开展激光技术研究的高校在1971年成立的激光专业）1985年改名为光电子技术专业1998年调整为电子科学与技术专业的一个方向光电子技术是由光学、激光、电子学和计算机技术和信息技术互相渗透而形成的一门高新技术学科。以物理学为基础，涵盖光学和电子学两大技术领域，在激光、通信、显示以及信息的探测、存储于传输等方面，形成了新兴的产业，光电子信息产业是适应未来社会发展的战略性产业。3、电子材料与元器件专业（起源于20世纪50~60年代成立的无线电元件与材料专业）70年代初更名为电子元器件与材料专业1985年改为电子材料与元器件专业1998年调整为电子科学与技术专业的一个方向材料是社会进步的物质基础与先导，材料、能源和信息被认为是现代文明社会的三大支柱，电子材料是电子科学与技术专业和材料学科的重要方向。4、物理电子技术专业（起源于1952年一些高校设立的电真空技术专业）1986年更名为物理电子技术专业1998年调整为电子科学与技术专业的一个方向（一）微电子1、基本内涵（1）微电子技术（使电路系统微型化的技术）机械、化工、光学、电路与系统、材料、半导体器件与集成电路相关理论及设计制造等多领域集成技术。（2）微电子学（推动半导体器件与集成电路发展的理论）1、理论物理、固体物理、材料学、半导体物理学、电子线路、电路与系统、计算机等理论的交叉学说。2、半导体器件与集成电路高速/高性能发展瓶颈①面临物理与工艺极限A、工艺极限：nm（−9m）尺度如何实现B、物理极限：微电子器件理论模型不再成立②需要理论与技术创新A、技术创新：研究新型技术，突破技术极限B、理论创新：研究新型理论，突破物理极限（二）改变世界的发明1、晶体管发明（1947年）发明者：BellLab-WilliamShockley；WaiterBrattain；JohnBardeen2、集成电路发明（1958年）｛元器件组成：1个晶体管、3个电阻、1个电容，振荡电路｝发明者：JackKilbyBobertNoyce（Fairchild）与Kilby合作发明了Si平面ICNoyce成功创建：IntegratedElectronics-Intel1971年Intel霍夫（Hoff）发明“4004”微处理器（基于日本Busicom公司5片IC设想）世界第一台通用计算机问世：“4004”集成2300只晶体管，组成：中央处理器CPU、存储指令的只读存储器ROM、存储动态数据的随机存取器RAM、输入输出的移位寄存器。处理能力相当于世界第一台计算机ENIAC（使用了1.8万个真空管，占地150，功率140KW）“4004”开创了微电子和集成电路改变世界的新时代。（1）集成电路高速、高性能发展①芯片集成越来越高，单片晶体已过10亿只②电路运算速度越来越快③结构越来越复杂（层结构）④功能越来越强大SoC芯片（SystemonChip）将算法、操作系统软件、功能电路集成于一芯片。单芯片完成系统功能，可以在同样工艺条件下实现更高性能系统指标。⑤集成电路发展规律-Moore定律（IBM.GordonE.Moore,1965）芯片晶体管数每18～24个月增加1倍器件设计规则（尺寸）缩小140倍（2）集成电路类型与分类①按器件结构：双极型（Bipolar）单极型（MOS/CMOS）单双极复合型（BiCMOS）②按电路功能：数字集成电路（DigitaIIC）模拟集成电路（AnalogIC）数模混合集成电路（Digital-AnalogIC）③按规模：SSI、MSI、LSI、VLSI、ULSI、GSI（3）极限挑战①物理极限a、量子效应b、沟道长度接近自由程c、自热效应-功率密度增加d、布线延迟②工艺极限如何实现nm尺寸—成本3、LED（LightEmittingDiodes）发光二极管—固态照明代替传统照明的一次技术革命（1）LED的特点①节能，发光效率高，耗电量仅为白炽灯的12%②寿命长（1万～2万小时，约为日光灯的10倍）③片面封装，“短、小、轻、薄”④坚固，不易破碎⑤无汞等有毒物质污染⑥直流低电压（5V），安全⑦显色性等接近日光灯（2）GaN（氮化镓）基白光LED实现方法①RGB三色基混合②在LED紫外光芯片上涂覆RGB荧光粉③在LED蓝光的芯片上涂覆黄荧光粉（3）LED薄膜制备方法之一MOCVD有机金属化学汽相沉积（一）新型激光器技术1、高重频峰值功率调QDPL技术2、大功率激光二极管光束整形及耦合技术目前对大功率固体激光器的需求大大增加。Nd：YAG单晶在大功率领域的应用受到限制。（二）高热导高透明激光陶瓷优点1、热膨胀各向同性2、热损伤阈值高3、耐热冲击性能好由于陶瓷工艺的灵活性，Nd：YAG陶瓷可以方便的生产大尺寸特殊形状的产品。Nd浓度及分布可控：延长泵浦光的吸收长度，甚至实现沿泵浦光方向的均匀吸收，有效改善固体激光器目前存在热耗过度集中问题，降低其热透镜效应。陶瓷固体激光器利于实现大功率输出。美国劳伦斯—利弗莫尔国家实验室研制陶瓷激光器（2006年67KW）（三）超级电容器1、不同称呼：双电层电容器（ElectricDoubleLayerCapcitor）超级电容器（SupercapacitorUltracapacitor）伪电容器（赝电容器）（Pseudocapacitor）2、NEC东金开发出混合动力车用双电层电容器。每个单元最大电压为2.3V，最大容量为1800F。3、日产柴油机：电容器适应于刹车时的能量回收，每个单元最大电压为2.7V，最大容量为1500F，能量密度为6.3Wh/kg，内部电阻为2.3Ω4、旭硝子电容器：能量密度高达10Wh/L，每个电池单元的单位体积静电容量为13F/mL，耐压为3.0V。5、日本电子：2003年10月3日研制出能量密度10倍的双层电容器，单位质量的能量密度高达50～75Wh/kg。6、存在的问题：耐压低、容量需进一步提高。（四）纳米碳管的特性及和应用1991年被正式发现，在电学、磁学、力学、热学以及物理化学方面具有独特的性能，因而在纳米电子学、纳米机械系统、电子场致发射、电磁吸收、传感器、催化、探测生物细胞用电极及其他领域具有广泛的应用前景。1、纳米碳管的结构（1）锯齿型（2）手椅型（3）手性型2、纳米碳管的电学特性与应用(1)半导体特性：通过控制纳米碳管的手性结构来控制SWCNT的导电特性。在同一根纳米碳管上实现金属—半导体（M-S）异质结，半导体—半导体（S-S）异质结以及其他的异质结构。通过五元环/七元环的缺陷对，可将不同螺旋度的纳米碳管联结在一起形成异质结。（2）通流能力和导热性：纳米碳管的通流能力可以达到9～A/2，在这样的高温度下稳定存在，没有电迁移现象发生。纳米碳管的导热系数几乎和金刚石、蓝宝石一样高，可有效的降低电路温度。（3）场发射特性及应用表征场发射性能的重要参数包括：开关电场φ、门槛电场φ