微

電

子

器

件電子科技大學(xué)微電子與固體電子學(xué)院授課教師：張建國辦公室：計算機學(xué)院112房間電話：

028－83203830，E-mail:

2

總學(xué)時數(shù)：64學(xué)時其中課堂講授：52

學(xué)時，實驗：12

學(xué)時

成績構(gòu)成：期末考試：70

分、期中考試：10分、平時成績：10

分、實驗成績：10

分上課安排第1周~第13周，共52課時每周4學(xué)時周三5、6節(jié)C408

周五3、4節(jié)C408相關(guān)課程：半導(dǎo)體物理、固體物理答疑時間：4研究領(lǐng)域：硅基光電子學(xué)（Silicon-basedOptoelectronics

）研究方向：硅基光電材料與器件，包括

1、硅基摻鉺光波導(dǎo)放大器（EDWA)2、硅基電注入激光器參考：

問題：1、半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在有哪幾項革命性的器件？

2、估算單個MOS管運算速度。3、為什么單核CPU主頻（10億次）最近十多年很難繼續(xù)往

上提升？CPU芯片中金屬連線長度的演化摩爾定律（每隔12到18個月集成度增加一倍，性能也提升一倍）6RCtimeconstantsR=ρL/AC=kA/d金屬連線瓶頸（電子是傳輸信號的載體）

7《半導(dǎo)體制造技術(shù)》

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硅基光電集成片上系統(tǒng)(SOC)所需的電子學(xué)單元和光子學(xué)單元

9*10李國蒸杰*11*12*13*14電子垂器件移發(fā)展吊簡史19鐘04年：潛真空庸二極智管19充07年：飲真空諸三極葉管電子去管美國牙貝爾連實驗倚室發(fā)穩(wěn)明的研世界同上第犁一支洪鍺點瓣接觸牛雙極惠晶體蠢管19腸47年：尚雙極頓型晶殼體管19讀60年：補實用遭的MO漢S場效臨應(yīng)管固體陸器件19統(tǒng)50年發(fā)越明了客結(jié)型跟雙極遵型晶乖體管軌，并判于19爹56年獲吐得諾想貝爾恨物理丘獎。19戀56年出憶現(xiàn)了政擴散產(chǎn)工藝供，19總59年開偉發(fā)出瓶了硅平場面工販藝，為吉以后錄集成杜電路呆的大寒發(fā)展穿奠定漲了技尸術(shù)基折礎(chǔ)。19倡59年美爺國仙桿童公呀司（Fa疫ir蓄ch盛il和ds）開嗎發(fā)出祝了第演一塊姥用硅憶平面殊工藝悄制造詢的集筆成電臥路，遭并于20旦00年獲釋得諾本貝爾任物理稈獎。19粘69年：勤大規(guī)廁模集薄成電盜路（LS被I，103~105元件悅或102~5×1蘿03等效娘門厲）19剛59年：母中小振規(guī)模抖集成食電路常（IC）19訓(xùn)77年：編超大朵規(guī)模午集成東電路腔（VL鑒SI，以64當(dāng)K總DR蝴AM、16位CP臂U為代附表蜘）19償86年：大巨大追規(guī)模折集成漠電路吩（UL敞SI，以4M粒DR蠶AM為代蛇表茫，8×1冷06元件關(guān)，91底m升m2，0.派8m，15編0皂mm）19賊95年：GS門I（以1G搖D黑RA室M為代織表，2.安2×1菌09元件猜，70揭0礎(chǔ)mm2，0.喪18m，20般0陪mm，20啞00年開遞始商儉業(yè)化授生產(chǎn)鋤）半導(dǎo)腥體器厲件內(nèi)帳的載靠流子稍在外掙電場爛作用嗓下的井運動扯規(guī)律裂可以藏用一沾套基本姓方程來加濱以描典述，滔這套礦基本按方程籌是分樸析一就切半全導(dǎo)體伐器件量的基鬧本數(shù)預(yù)學(xué)工窯具。半導(dǎo)坡體器威件基晃本方貍程是日由麥克貪斯韋譽方程洋組結(jié)合半導(dǎo)鈔體的勸固體葵物理瓦特性推導(dǎo)李出來門的。蕉這些聾方程偏都是敢三維苦的。1.吸1半導(dǎo)耕體器泡件基蘭本方屑程的醬形式第1章?lián)馨胨帉?dǎo)體歷器件斧基本茅方程對于貫數(shù)量年場對于劃矢量廢場先來核復(fù)習(xí)弓場論傾中的怒有關(guān)閉內(nèi)容所以躬泊松翠方程堵又可托寫成（1-土1b）分析切半導(dǎo)柔體器基件的嗽基本拜方程型包含逗三組置方程妥。1.俗1.丘1泊松輕方程（1-預(yù)1a）式中段為盟靜電毒勢，悉它與死電場減強度量之胃間有們?nèi)缦卤りP(guān)系肌，1.道1.者2輸運荷方程輸運豪方程攔又稱供為電磁流密屈度方資程。（1-使2）（1-翼3）電子茫電流戶密度彼和空穴電流談密度絮都是飽由漂移中電流塔密度和擴散攔電流園密度兩部看分所昆構(gòu)成，即1.襲1.指3連續(xù)艘性方不程（1-女4）（1-米5）式中茂，Un和Up分別葡代表摩電子笑和空龜穴的凈復(fù)蛋合率。U>接0表示捧凈復(fù)稻合，U<葉0表示棗凈產(chǎn)掙生。所謂崇連續(xù)涼性是澆指載流涌子濃闊度在畫時空哀上的慕連續(xù)個性，孫即：造成進(jìn)某體王積內(nèi)窩載流疑子增坊加的癥原因經(jīng)，一乏定是蛛載流梳子對驅(qū)該體惠積有搜凈流毛入和區(qū)載流平子在蚊該體永積內(nèi)悶有凈屬產(chǎn)生浮。方程萌的積瀉分形柳式以上敗各方萄程均鞏為微床分形襖式。般其中輸方程(1胖-1迎)、(1烈-4顛)、(1體-5腹)可根躁據(jù)場杯論中誕的積掠分變呀換公拍式而變澆為積魂分形污式，（1-礎(chǔ)6）（1-遷8）（1-預(yù)7）上面塵的方創(chuàng)程（1-虎6）式中配，悔代慰表電廊位移礎(chǔ)。高斯栽定理，就是槍大家列熟知捧的方程(蜂1-驅(qū)7翻)、(湖1-謊8灶)稱為放電子場與空華穴的電荷走控制毀方程，它府表示墾流出肺某封異閉曲范面的雨電流匪受該荷曲面跳內(nèi)電諒荷的章變化勉率與蹈電荷巡壽的凈數(shù)復(fù)合邁率所鹿控制敲。在用鍵基本溉方程撿分析揪半導(dǎo)彩體器掏件時剪，有豪兩條美途徑興，一耽條是搏用計釋算機蝦求數(shù)值礦解。這炮就是廳通常坦所說稱的半倉導(dǎo)體燦器件蝕的數(shù)和值模遺擬；及另一爽條是壞求基臺本方慚程的解析俘解，得沒到解個的封漿閉形潑式的疏表達(dá)抄式。爽但求瞧解析委解是塵非常即困難睛的。慮一般罵需先對基巖本方奏程在艘一定予的近涉似條椅件下夏加以桌簡化孟后再浮求解。本羨課程播討論陡第二辦條途喪徑。半導(dǎo)童體器疫件分紹析方循法1）將飛整個爽器件珍分為過若干熄個區(qū)2）在刮各個駝區(qū)中希視具虎體情瓶況對童基本旦方程聾做相昨應(yīng)的程簡化侵后進(jìn)癢行求朋解。啄求解汁微分俱方程她時還柏需要沒給出邊界墳條件。擴散矩方程驢的邊律界條蠟件為邊界駐上的憶少子德濃度斷與外暮加電渣壓之勿間的關(guān)系。于皇是就葉可以捎將外章加電傻壓作泰為已村知量合，求而解出訂各個陸區(qū)中賽的少子滿濃度族分布偽、少零子濃爛度梯培度分挎布、樓電場幼分布刷、電掀勢分挪布、逝電流密習(xí)度分嘆布等工，最啄終求容得器液件的瞧各個陣端電繁流。這些判就是件本課姥程的哈主要率內(nèi)容孫。（1-辰9）（1-累10）（1-豬11）（1-簽12）（1-叉13）1.激2基本尿方程呢的簡惰化與說應(yīng)用牙舉例最重膝要的格簡化佳是三絲式維形白式的將方程簡化抬為一鏡維形迫式，得版到在此悶基礎(chǔ)終上再沃根據(jù)悟不同派的具掃體情斧況還倡可進(jìn)展行各價種不挺同形辣式的飛簡化憐。例1.公1對于洲方程(殿1-悠9扯)（1-磚14）在耗銳盡區(qū)做中，經(jīng)可假棟設(shè)p=n=駛0，又恒若在N型耗士盡區(qū)用中，呼則還填可忽蟲略NA，得若在P型耗或盡區(qū)株中，汁則得例1.稱2對于珠方程怨（1-構(gòu)10），（1-切16）當(dāng)載客流子值濃度蔬和電歐場很高小而緒載流危子濃燙度的福梯度欺很大齊時，構(gòu)則漂等移電剝流密渡度遠(yuǎn)貢小于館擴散散電流妨密度西，可蔽以忽呀略漂餓移電珠流密詢度，危方程思（1-耐10）簡愉化為反之意，則蕩可以致忽略卡擴散摟電流補密度神，方衣程（1-畏10）簡捐化為例1.記3對于污方程(杏1-叫12統(tǒng))、(抹1-拒13喂)中的垃凈復(fù)生合率U，當(dāng)信作如叫下假需設(shè)：(1脹)復(fù)合陷中心物對電偉子與棉空穴紀(jì)有相鑒同的朵俘獲派截面達(dá)；(2碎)復(fù)合缸中心椒的能乎級與壺本征訴費米淺能級怪相等犁，則U可表燃為式中輕，代表顫載流犬子壽葵命，如果遠(yuǎn)在P型區(qū)乖中，步且滿紀(jì)足小盾注入洽條件挪，則同理蔥，在N型區(qū)沖中，于是梨得（1-蔽18）（1-昆19）（1-的17）例1.至4將電愈子擴散噴電流密度方程(1-斑16)同理導(dǎo)可得空穴扔的擴充散方唱程，（1-禾23）（1-蘋21）代入拾電子尼連續(xù)適性方魔程(1們-1渣2)設(shè)Dn為常賀數(shù)，螞再將Un的表遺達(dá)式伸代入蒼，可訴得電子梅的擴呈散方灑程，例1.路5對于肢泊松恐方程典的積張分形元式(1賭-6棚)，（1-蝴25）也可滔對積枝分形噸式的斷基本柏方程步進(jìn)行麗簡化至。在N型耗艙盡區(qū)兔中可捆簡化另為式中靈，秀，鄉(xiāng)豐分別胞代表塘體積V內(nèi)的采電子上總電宴荷量瞞和非刊平衡肝電子編總電告荷量命。例1.棄6對于霜方程(1穗-7朱)（1-晨7）將電泳子凈復(fù)嬸合率吸