微电子器件 （1-1）电子器件发展简史_第1页
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微

电

子

器

件电子科技大学集成电路科学与工程学院本课程的主要内容是什么？为什么要学习本课程？怎样学好本课程？电子器件发展简史1904年：真空二极管1907年：真空三极管电子管

美国贝尔实验室发明的世界上第一支锗点接触双极晶体管1947年：双极型晶体管

1960年：实用的

MOS

场效应管固体器件1950

年发明了结型双极型晶体管，并于

1956

年获得诺贝尔物理奖。1956

年出现了扩散工艺，1959

年开发出了

硅平面工艺

，为以后集成电路的大发展奠定了技术基础。1959

年美国的仙童公司（Fairchilds

）开发出了第一块用硅平面工艺制造的集成电路，并于

2000

年获得诺贝尔物理奖。1.1-1.5半导体物理基础：概念复习

1.1半导体的晶体结构1.2半导体的电子状态1.3平衡状态下的载流子浓度1.4非平衡载流子1.5载流子的输运现象1.1半导体的晶体结构金刚石结构

闪锌矿结构（a）简立方

（b）体心立方

（c）面心立方结构采用密勒指数来确定不同的晶面求出该晶面在三个主轴上的截距，然后对这三个数值各取倒数，乘以它们的最小公分母，简化为三个最小整数，把结果括在圆括弧内就得到了密勒指数（hkl）。晶面的法线方向为晶向，用方括号[hkl]表示。1.2半导体的电子状态晶体每立方厘米体积内约有1022〜1023个原子。当n个原子互相靠近结合成晶体后，每个电子都要受到周围原子势场的作用，结果每一个n度简并的能级都分裂成n个彼此相距很近的能级，这n个能级组成一个能带。电子不再属于某一个原子而是在晶体中做共有化运动。分裂的每一个能带都称允带，允带之间因没有能级称为禁带。半导体硅和锗的能带图mn*为导带底电子有效质量，反映了晶体周期势场对电子的作用采用有效质量近似后，电子在晶体中的运动类似于处在真空中，满足牛顿定律。导体、绝缘体和半导体的能带示意图从能带论来看，电子的能量变化，就是电子从一个能级跃迁到另一个能级上去。1.3平衡状态下的载流子浓度电中性条件得到的本征费米能级杂质半导体的载流子浓度n型硅中电子浓度与温度关系当费米能级远在ED之下时，可以认为施主杂质几乎全部电离。同理，当EF远在EA之上时，受主杂质几乎全部电离。当EF远在EA之下时，受主杂质基本上没有电离。1.4非平衡载流子小注入、大注入的概念非平衡载流子的注入与复合非平衡载流子的平均生存时间称为非平衡载流子的寿命，对硅材料，寿命为100㎲量级。1.5载流子的输运现象载流子的漂移运动及扩散运动在外场作用下，半导体中载流子要逆（顺）电场方向做定向运动，这种运动称为漂移运动，其定向运动速度v称为漂移速度mn为电子迁移率，单位为cm2/V×s对于掺杂的锗、硅等原子半导体，主要的散射机构就是声学波散射和电离杂质散射，相应地总的迁移率m可以表示为存在载流子

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