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1、1/23半导体器件原理半导体器件原理主讲人：仇志军主讲人：仇志军本部遗传楼本部遗传楼309室室 55664269Email:zjqiufudan.edu 2/23 课程代码：INFO130023.03（研讨性课程）课程性质：专业必修 学分：4 时间：周一（6,7）、周三（3,4）教室：Z2301 课程特点：公式多、微观物理过程多 课程要求：着重物理概念及物理模型；基本的推导和计算 课程考核：期末考试成果(90%)，作业+研讨+考勤(10%)课程简介3/23课程简介参考书目参考书目曾树荣，半导体器件物理基础，北京高校出版曾树荣，半导体器件物理基础，北京高校出版社（社（2002）.刘树林，张华曹，
2、柴长春，半导体器件物理，刘树林，张华曹，柴长春，半导体器件物理，电子工业出版社（电子工业出版社（2005）.黄均鼐，汤庭鳌，双极型与黄均鼐，汤庭鳌，双极型与MOS半导体器件原理半导体器件原理.施敏（美）著，黄振岗译，半导体器件物理，施敏（美）著，黄振岗译，半导体器件物理，电子工业出版社（电子工业出版社（1987）.S.M.Sze,Physics of Semiconductor Devices,2nd,John Wiley and Sons Inc.(1981).刘永，张福海编著，晶体管原理，国防工业出刘永，张福海编著，晶体管原理，国防工业出版社（版社（2002）.S.Wolf，Silicon
3、 Processing for the VLSI Era,Vol.3,Lattice Press(1995).4/23课程简介固体物理量子力学统计物理半导体物理半导体材料半导体半导体器件器件半导体工艺半导体 集成电路5/23第一章 绪论一、一、半导体器件的分类半导体器件的分类二、本课程的任务二、本课程的任务三、三、本课程的内容本课程的内容6/23一.半导体器件的分类电子器件电子器件光电子器件光电子器件双极双极M-S（肖特基二极管）（肖特基二极管）场效应场效应pn双极型晶体管（双极型晶体管（BJT）npn、pnpHBT晶闸管晶闸管 npnpMOSFETMES同质结同质结HEMT结型结型光光 电电
4、信息信息能量能量（太阳电池）（太阳电池）光子光子热热PCPV本征本征杂质杂质pnpinSchottky异质结异质结热电堆热电堆高莱管高莱管测辐射热计测辐射热计热释电热释电电电 光光LEDLD同质结同质结DHLDQWLD7/23一.半导体器件的分类1956年诺贝尔物理奖年诺贝尔物理奖W.ShockleyJ.BardeenW.Brattain8/23一.半导体器件的分类p+npEBC发射区发射区 基区基区 集电区集电区n+pnEBC发射区发射区 基区基区 集电区集电区ECBnpnECBpnp双极型晶体管双极型晶体管（BJT）SilicideSilicide典型的BipolarNPN晶体管剖面图 9
5、/23一.半导体器件的分类金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应晶体管（半导体场效应晶体管（MOSFET）GDBSGDBSN沟道沟道MOSFET（N-channel）增加型NMOS耗尽型NMOSToxSilicide典型的CMOS双阱工艺：NMOS和PMOS场效应晶体管剖面图10/23一.半导体器件的分类SiSTIwell implantationsSigate oxidepoly-crystalline SiSiextension implantsSTISinitride spacersjunction implantsSiSilicideSiONSiPSG CMPoxidedeep cont
6、actshallow contactPR典型典型MOSFET制造工艺流程示意图制造工艺流程示意图11/23二、本课程的任务Moores LawTransistors doubling every 18 months towards the billion-transistor microprocessor12/23Transistor ScalingTransistor dimensions scale to improve performance and power and to reduce cost per transistor二、本课程的任务VirusesRed Blood Cell1
7、3/23Economics of Moores LawPrice per transistor goes DOWNSource:WSTS/Dataquest/Intel103104105106107108109101070758085909500051010-610-510-410-310-210-110010-7$per TransistorAs the number of transistors goes UPTransistorsper Chip二、本课程的任务14/23Tox晶体管尺寸持续快速缩小晶体管尺寸持续快速缩小Tox 二、本课程的任务15/23High-k+Metal Gate
8、 Transistors65 nm Transistor45 nm HK+MGHafnium-based high-k+metal gate transistors are the biggest advancement in transistor technology since the late 1960s二、本课程的任务16/23二、本课程的任务High-k+Metal Gate Transistors 45 nm High-k+Metal Gate Performance/Watt Benefits25x lower gate oxide leakage30%lower switchi
9、ng power30%higher drive current,or5x lower source-drain leakage17/23二、本课程的任务Microprocessor ChipsModern microprocessor chips use 100s of millions of transistors45 nm“Penryn”Microprocessor410 million transistors18/23二、本课程的任务19/23二、本课程的任务20/23二、本课程的任务21/23二、本课程的任务1.半导体器件的基本工作原理半导体器件的基本工作原理2.器件特性与器件特性与
10、（电学）（电学）IV材料参数（材料参数（ND,NA,n,p,n,p,）几何尺寸（几何尺寸（Wb,Lg,）偏置电压偏置电压 V频率频率 t的关系的关系3.半导体器件的高级效应半导体器件的高级效应4.半导体器件模型化（半导体器件模型化（modeling）等效电路等效电路5.半导体器件小型化趋势半导体器件小型化趋势22/23三、本课程的内容其次章其次章 双极型晶体管双极型晶体管第三章第三章 MOS场效应晶体管的基本特性场效应晶体管的基本特性第四章第四章 小尺寸小尺寸MOSFET的特性的特性第一章第一章 pn结的频率特性与开关特性结的频率特性与开关特性23/23好的起先就是成功的一半！好的起先就是成功
11、的一半！人有了学问，就会具备各种分析实力，人有了学问，就会具备各种分析实力，明辨是非的实力。明辨是非的实力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富学问，通过阅读科技书籍，我们能丰富学问，培育逻辑思维实力；培育逻辑思维实力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培育文学情趣；培育文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的学问面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的学问面。有很多书籍还能培育我们的道德情操，有很多书籍还能培育我们的道德情操，给我们巨大的精神力气，给我们巨大的精神力气，鼓舞我们前进。鼓舞我们前进。