新型微电子器件

J章：1、 纳米材料的显著性质及潜在应用：(1)纳米粒子有很大的表面积与体积比，也称之为比表面积，原子数越少的原子团其比表面积越大，因此其表面活性和界面特性与宏观块体材料完全不同；(2)局域化尺寸效应对纳米材料的电、光、磁、热、力等物理性质带来了质的影响；(3)对纳米材料的组装加工可以实现各种功能纳米结构和相应的微型器件，这些微型器件在生物学和信息等领域有重要的应用前景。2、 纳米科技是一把双刃剑：(1)纳米材料体积小，在常温、常压下就可以作布朗运动，悬浮于空气或某些液体中，这种漂浮和弥散行为在其组装和加工方面可以得到利用，但是与普通粉尘相比，它更无孔不入，控制不好会对环境和生物体造成污染和损害；(2)纳米技术从应用角度会对电子、医疗、汽车等产业产生有益的改变，但其在军事方面的应用将对人类社会形成潜在的威胁;(3)纳米科技是在纳米尺度对物质的操纵，其远远超越了人类以往对自然界和自身的改造，如何协调纳米科技和人类的互动发展，是纳米科技面临的一个严肃课题。3、 摩尔定律：摩尔定律是由英特尔(Intel)创始人之一戈登•摩尔(GordonMoore)提出来的。其内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。4、 纳米电子学发展过程中最重要的三种研究途径：(1)两种基本的技术途径(自上而下和自底向上)；(2)有效的混合途径(利用一些自上而下方法形成基本互连图形，然后在设计的位置上利用自底向上的方法制备纳米结构)；(3)材料计算和器件模拟。5、 纳米电子材料可分类为：(1)零维纳米电子材料，主要指纳米颗粒和纳米粉体材料；(2)一维纳米电子材料，包括纳米线、纳米管、纳米带等；(3)二维纳米电子材料，包括纳米薄膜、超晶格或量子阱等；(4)纳米中孔材料，包括多孔硅、分子筛等。二章：1、 量子阱：也称之为二维纳米结构，举例来说GaAs外延层被作为两个AlGaAs层的夹心结构构成量子阱或者超晶格结构；量子线：也称之为一维纳米结构，即在二维结构的基础上再附加一个横向限制。举例来说外延层沉积过程中可以在基片的V型沟槽中形成一维纳米线；量子点：也称之为零维纳米结构。在应变基片上利用S-K生长模式形成的岛状结构。2、 纳米结构薄膜的制备：(1)物理沉积方法，主要包括蒸发镀膜、分子束外延MolecularBeamEpitaxy，MBE)、脉冲激光沉积和各种溅射沉积;(2)化学沉积方法，主要包括各种化学气相沉积，化学溶液沉积，电化学沉积，电泳沉积等。注：金属氧化物化学气相沉积(MetalOrganicCompoundCVD，MOCVD)是最先进的CVD外延技术，和MBE技术并列为半导体异质外延的两大先进技术。3、 半导体超晶格:将两种不同掺杂或不同组分的半导体超薄层材料交替叠合生长在衬底上，使在外延生长方向(z方向)形成附加的人造一维周期结构。三章：1、 特征尺寸：晶体管沟道长度，也是集成电路上金属层的最小分辨尺寸，也就是金属线宽或者线间距，所以特征尺寸常常称之为线宽。2、 按比例缩小限制：在MOS器件内部电场不变的情况下，通过等比例缩小器件的纵向、横向尺寸，以增加跨导和减少电容，由此提高集成电路的性能。理想的按比例缩小理论遵循三条规律：(1)器件的所有横向和纵向尺寸都缩小k倍(k>1)；(2)阈值电压和电源电压缩小k倍；(3)所有的掺杂浓度增加k倍。注：因为尺寸和电压同时减小，所以晶体管内部所有电场保持不变，因而成为“恒定电场按比例缩小”，简称CE律。3、 高介电常数和低介电常数在CMOS器件工艺中的应用：？？？4、 下一代光刻技术：(1)X射线光刻(XRL):采用1倍X射线接近式投影光刻，1倍掩膜，分辨率为100nm延伸至40nm，应用于ULSI、GaAsIC、纳米加工、MEMS；(2)极紫外光刻(EUVL)即软X射线投影光刻：采用4倍缩小扫描投影，约80层Mo-Si结构多层膜，激光等离子体光源，波长范围11nm-13nm，分辨率100nm延伸至30nm以下，应用于ULSI；(3)电子束投影光刻(如限散射角电子束光刻，SCALPEL):采用4倍缩小电子束投影，钨散射掩膜，分辨率从100nm延伸至50nm，应用于ULSI、MEMS。5、 沟道杂质随机分布：？？？6、 SOIMOSFET：是一种采用SOI衬底材料制备的MOSFET器件。与体硅CMOS技术相比，由于埋氧化层的存在，SOI电路集成电容小，而且易于实现全介质隔离，工艺简单，集成度高。避免闩锁效应，有效地解决一些缩小器件尺寸带来的器件和工艺问题，如浅结、软失效等。寄生电容小，有利于提高电路速度。7、 双栅MOSFET：是在传统的MOSFET结构的沟道下方再增加一个栅，以增强栅偏置对沟道电势的控制能力。较传统的MOSFET相比，双栅MOSFET由于沟道下方引入另外一个栅电极使得栅对沟道电势控制更加完备，从而增加了器件的电流驱动能力，提高器件抑制短沟道效应的能力，并增加了器件的跨导，减小了DIBL效应和阈值电压随沟道长度变化量等。较体硅CMOS器件，双栅MOSFET具有较好的短沟道控制能力、较低的垂直电场，从而具有较好的载流子输运能力（高迁移率）。四章：1、 平均自由程：一个电子在经历理性散射（即初始动量被破坏）前所运动距离的平均值。2、 相弛豫长度：一个电子在经历非弹性散射（即初始的共振态被破坏）前所运动距离的平均值。3、 电导量子化：在纳米结构中，电子波的弹道输运机制将导致电导率是e"2/h的整数倍，不再像经典物理所描述那样是一个常数。推导：P88-P89五章：1、 量子电子器件按照其物理机理主要有下面三类：（1）共振隧穿器件;（2）纳米场效应晶体管;（3）单电子晶体管及其集成电路。注：半导体双势垒结构的电子透射系数在特定能量出现尖峰的这种隧穿现象被称之为共振隧穿效应。相比于其他半导体器件，RTD另一个应用特点是它具有更高的工作速度，这在高频电子器件应用领域具有相当的优势。2、 RTT（共振隧穿晶体管）和RTD（共振隧穿二极管）的区别：RTT相当于是在在RTD的基础上增加了一个控制端口。RTT其实就是一个栅控RTD，它的结构特征是在RTD的发射极的旁边制作一个肖特基栅或者pn结栅来控制RTD区域的发射电流，从而达到对共振电流峰值的控制。RTT的集成可以实现多重输入和多重输出功能，从而可以实现数据的并行计算结构。3、 碳纳米管的优势：（1）碳纳米管的外径很小，可以构建小尺度纳米电子器件，使得硅电子技术继续沿着按比例缩小的方向发展；（2）碳纳米管具有特殊的电子输运性质，其导电性质的转变比硅工艺中复杂的掺杂技术要容易得多，其中金属型的碳纳米管可以用来作为集成电路中的引线和电极以及单电子晶体管中库伦岛，而半导体型的碳纳米管可以用来构建场效应晶体管和存储器等功能器件。4、 碳纳米管作为互联的优势：碳纳米管具有完整的表面结构，可以克服散射效应；金属型碳纳米管的轴向电子传输因为兀电子系统的存在而变得容易;如果管子的长度在电子一声子的散射长度内，沿着管子纵向的电子输运具有弹道输运性子，从而获得比金属更高的电流密度。六章：1、 激子：半导体与绝缘体带间跃迁光谱除吸收光子成对地产生自由的电子和空穴所对应的连续谱区外，也还可以存在与某种激发态相联系的分立谱线，这种激发态对应于电子已被从价态激发，但仍因库伦互作用而和价带中留下的空穴互相联系在一起的一种中性的非传导电的束缚状的电子激发态，并成为激子。2、 LED基本工作原理：LED的核心是pn结，因此它具有一般pn结的I-V特性，即正向导通而反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。图P133在光电二极管中，由于入射光子与半导体晶格的相互作用会生成自由电子一空穴对，反过来，当自由电子和空穴复合时也会像光子一样释放出能量。3、 白光LED实现方法：（1）通过组合红、绿、蓝不同颜色的LED获得混合白光；（2）利用紫外LED激发红、绿、蓝混合荧光粉获得白光；（3）利用蓝色LED激发黄色荧光体，LED发出的部分蓝光与荧光粉发出的橙黄光混合获得白光。4、 自发发射：不受外界干扰，原子自发的从激发态回到基态引起的光子发射过程。5、 受激发射：当激发态原子（上能级被电子占据）受到一个能量满足E=hw（h有一横）入射光子作用时，受激原子跃迁回基态，并发射出与入射光具有相同频率和传播方向的光子。6、 内光电效应和外光电效应：入射光的光子和物质内的电子相互作用产生载流子（即光电效应），由外电路的电流或电压的变化来探测光。按这一原理制成的探测器称为量子探测器。量子探测器又可以分为两种：一种是利用半导体内部产生载流子的称为内光电效应；另一种是像光电子倍增管那样，利用光阴极直接向外部放出电子的称为外光电效应。7、 光子晶体：当电磁波在由不同介电材料组成的周期性的结构中传播时，同半导体中的电子一样，布喇格散射也会形成能带结构一一光子能带和光子能隙。具有光子能隙的由介电材料构成的周期结构就叫做光子晶体。七章：1、扫描电子显微镜（SEM）：利用“二次电子成像”获得样品表面形貌图像。2、 扫描隧道显微镜工作原理：在一个电压扫描单元的驱动下，探针可以扫描几个纳米到几个微米的横向面积，根据隧道电流在扫描过程中随扫描位置的变化而形成了表面微观图像。让针尖沿着样品表面扫描，随着表面原子级的高低起伏，场致发射电流将随之变化，记录这个变化就可以描绘出样品表面的形貌，STM的这种工作方式为恒压模式。利用负反馈电路控制，保持隧道电流不变即z不变，这样电压将随样品的表面形貌改变，这是恒流模式。八章：1、场致电子发射：在强电场作用下，发射电子的现象称为场致电子发射。场致电子发射是通过外加电场改变表面势垒，使其高度降低，宽度变窄，致使固体内部的电子不需要另外增加