半导体器件物理-Chapter1-绪论

半导体器件物理

参考书：

《微电子学概论》张兴/黄如/刘晓彦，北京大学出版社,2000.1。

《微电子概论》郝跃/贾新章/吴玉广，高等教育出版社，2003.6《半导体器件物理》孟庆巨/刘海波/孟庆辉，科学出版社，2005。半导体物理基础知识

pn结及金属半导体接触集成电路制造工艺

MOS场效应晶体管

TFT及其制造技术课程介绍第一章绪论

Ø什么是微电子技术Ø晶体管的发明和半导体器件的发展Ø集成电路的发展历史和现状电子学微电子学什么是微电子学？100

m头发丝粗细

50

m

30

m1

m

1

m(晶体管的大小)90年代生产的集成电路中晶体管大小与人类头发丝粗细、皮肤细胞大小的比较微电子：Microelectronics微电子技术——微型电子技术核心——集成电路微电子学是研究在固体材料上构成微小型化电子线路、子系统及系统的电子学分支学科。是电子学最重要的组成部分，是计算机科学、信息科学、固态电子学、医用电子学等的发展基础。－《固体物理学大词典》微电子的特点

微电子学是信息领域的重要基础学科微电子学是电子学的一门分支学科微电子学是一门综合性很强的边缘学科

涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试与加工、图论、化学等多个学科。微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向。微电子学以实现电路和系统的集成为目的，故实用性极强。微电子学的渗透性极强，它可以是与其他学科结合而诞生出一系列新的交叉学科，例如微机电系统(MEMS)、生物芯片等。微电子科学技术的战略地位核心和基础：微电子信息获取信息处理信息传输、交换信息存储信息的随动执行和应用关键技术：微（纳）电子与光电子、软件、计算机和通信基础：软件、微（纳）电子与光电子信息安全信息管理信息技术的领域信息显示

实现社会信息化的网络及其关键部件不管是各种计算机和/或通讯机，它们的基础都是微电子。第一台通用电子计算机：ENIAC

ElectronicNumericalIntegratorandCalculator1946年2月14日MooreSchool，Univ.ofPennsylvania18,000个电子管组成大小：长24m，宽6m，高2.5m速度：5000次/sec；重量：30吨；功率：140KW；平均无故障运行时间：7min1946年第一台计算机：ENIAC这样的计算机能够进入办公室、车间、连队和家庭？当时有的科学家认为全世界只要4台ENIAC。目前，全世界计算机不包括微机在内有几百万台，微机总量约6亿台，每年由计算机完成的工作量超过4000亿人年工作量。集成电路的作用小型化价格急剧下降功耗降低故障率降低2020年世界最大的30个市场领域：其中与微电子相关的21个市场：5万亿美元（NikkeiBusiness1999）几个概念微电子学：Microelectronics

一门学科，一门研究集成电路设计、制造、测试、封装等全过程的学科。半导体：Semiconductor内涵及外延均与微电子类似，是早期的叫法。集成电路IC（IntegratedCircuit）：一类元器件的统称，该类器件广泛应用于电子信息产业，几乎所有的电子产品均由集成电路装配而成。芯片：chip

没有封装的集成电路，但通常也与集成电路混用，作为集成电路的又一个名称.

第一只晶体管什么时候发明的?

A.1945B.1947C.1951D.1958

哪家公司发明的？

A.IBMB.BellLabC.TID.Motorola晶体管的发明

晶体管的发明

1946年1月，Bell实验室正式成立半导体研究小组,W.Schokley，J.Bardeen、W.H.Brattain。Bardeen提出了表面态理论，Schokley给出了实现放大器的基本设想，Brattain设计了实验。1947年12月23日，第一次观测到了具有放大作用的晶体管－transistor。晶体管的三位发明人：巴丁、肖克莱、布拉顿NPNGe晶体管成为现代电子工业的基础获得1956年Nobel物理奖1947年12月23日第一个晶体管NPNGe晶体管J.Bardeen,W.Schokley,W.Brattain1958年第一块集成电路：TI公司的Kilby，12个器件，Ge晶片1962年Wanlass、C.T.Sah——CMOS技术现在集成电路产业中占95%以上1967年Kahng、S.Sze——非挥发存储器1968年Dennard——单晶体管DRAM1971年Intel公司微处理器——计算机的心脏目前全世界微机总量约6亿台，在美国每年由计算机完成的工作量超过4000亿人年工作量。美国欧特泰克公司认为：微处理器、宽频道连接和智能软件将是21世纪改变人类社会和经济的三大技术创新ä

基本模块M-S结构PN结MOS结构异质结量子阱据统计,半导体器件主要有67种，另外还有110多个相关的变种，所有这些器件都是由少数的基本模块构成.半导体器件及其发展ä

重要器件双极晶体管

BJTHBT(异质结双极晶体管，高速器件）MOSFET

长沟MOSFET

短沟MOSFET

半导体器件的发展历程

萌芽期1939年Schottky肖特基势垒187019501907年H.J.Round，发光二极管LED1949年Shockleypn结双极晶体管（BJT）1947年晶体管1956年诺贝尔奖1874年F.Buran半导体器件的第1项研究金属－半导体接触19401930半导体的光电导、光生伏特效应、整流效应。量子力学的发展以及半导体材料制备技术的成熟成长期1952年Ebers闸流管模型thyristor195019601954年Chapin,Fuller,Pearson，硅太阳能电池，6％1957年Kroemer异质结双极晶体管HBT2000年诺贝尔奖1958年Esaki隧道二极管1973年诺贝尔奖1952年Schockley结型场效应晶体管JFET第1个半导体场效应器件1963年Gunn渡越电子二极管196019701962年Hall,Nathan,Quist半导体激光器1967年Kahng,Sze非挥发存储器1960年Kahng,Atalla增强型MOSFET1966年MeadMESFET1968年Dennard单晶体管DRAM1962年Wanlass、C.T.SahCMOS技术1974年Chang,Esaki,Tsu共振隧道二极管197019801971年Intel公司微处理器1980年调制掺杂场效应晶体管MODFET1970年Boyle,SmithCCD器件分水岭：1970年前发明的器件全部实现商业化1984年共振隧穿双极晶体管RTBT198019901985年共振隧穿热电子晶体管1984年电荷注入晶体管CHINT1990年单电子存储器SEM1980年后出现了大量的异质结构器件和量子效应器件纳米电子学器件半导体器件的发展

CMOS器件成为主流技术－通过不断地缩小实现性能的优化。摩尔定律Moore’sLaw：

集成电路的特征尺寸每隔18个月缩小倍集成度每隔18个月增加一倍BJT主要用于高频领域新型器件层出不穷MOS器件缩小的极限？MOS之后是什么器件？集成电路技术是近50年来发展最快的技术

按照此图