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1、半导体器件前言第1页，本讲稿共20页电子科学与技术（培养方案）电子科学与技术（培养方案）是信息科学技术是信息科学技术的先导和基础，是一门涉及的先导和基础，是一门涉及物理与材料物理与材料、光电子学光电子学、微电子学微电子学和和电子元器件电子元器件的综合学科，主要研究半导体物理、半导体的综合学科，主要研究半导体物理、半导体器件物理与固体物理，半导体材料与固体电子元器件，集成电路设器件物理与固体物理，半导体材料与固体电子元器件，集成电路设计与制造技术等。它涉及到微电子学与固体电子学的理论，信息的计与制造技术等。它涉及到微电子学与固体电子学的理论，信息的获取、存储、传输、处理与控制，能量的转换与控制，
2、并且和电路获取、存储、传输、处理与控制，能量的转换与控制，并且和电路与系统、材料科学与工程及计算机科学与技术等多个学科有着密切与系统、材料科学与工程及计算机科学与技术等多个学科有着密切的联系。的联系。是我国微电子和光电子产业的重要支柱和国家优先发展并重是我国微电子和光电子产业的重要支柱和国家优先发展并重点支持的学科之一。点支持的学科之一。第2页，本讲稿共20页核心和基础：核心和基础：微电子微电子关键技术：微（纳）电子与光电子、软件、计算机和通信关键技术：微（纳）电子与光电子、软件、计算机和通信基础：基础：软件、软件、微（纳）电子与光电子微（纳）电子与光电子信息安全信息安全信息管理信息管理信息技
3、术的领域信息技术的领域信息显示信息显示0809 电子科学与技术电子科学与技术080901 物理电子学物理电子学 080902 电路与系统电路与系统 080903 微电子学与固体电子学微电子学与固体电子学 080904 电磁场与微波技术电磁场与微波技术 第3页，本讲稿共20页电电子子学学微电子学微电子学什么是微电子学？什么是微电子学？第4页，本讲稿共20页100 m头发丝粗细头发丝粗细7850 m250 m1962 m21000倍倍1 m 1 m(晶体管的大小晶体管的大小)90年代生产的集成电路中晶体管大小与人类头年代生产的集成电路中晶体管大小与人类头发丝粗细、细胞大小的比较发丝粗细、细胞大小的
4、比较第5页，本讲稿共20页微电子：微电子：MicroelectronicsMicroelectronics微电子技术微电子技术微型电子技术微型电子技术核心核心集成电路集成电路微微电电子子学学是是研研究究在在固固体体材材料料上上构构成成微微小小型型化化电电子子线线路路、子子系系统统及及系系统统的的电电子子学学分分支支学学科科。是是电电子子学学最最重重要要的的组组成成部部分分，是是计计算算机机科科学学、信信息息科科学学、固固态态电电子子学学、医医用用电电子子学学等的发展基础。等的发展基础。固体物理学大词典固体物理学大词典第6页，本讲稿共20页电子科学与技术基本内容1、电子元器件分立元器件集成电路器
5、件2、电子材料半导体材料金属绝缘材料电路保护材料作业作业1：由能带理论说明：由能带理论说明晶体可以区分为导体、半晶体可以区分为导体、半导体和绝缘体。导体和绝缘体。第7页，本讲稿共20页电子科学与技术基本内容3、分析与设计 基本理论电子材料的基本物理和化学性质元器件的基本工作原理4、工程应用技术和方法应用研究领域第8页，本讲稿共20页普通物理学数学分析随机过程量子力学半导体物理固体物理数理方法场论张量半导体材料半导体元件无源元件光电子材料电路分析理论信号与系统理论电磁兼容设计技术制造技术应用电子技术专业实验课电子科学与技术学科体系第9页，本讲稿共20页干什么（培养方案）在光电子与微电子领域及相关
6、的领域从事科学研究、技术开发与应用及管理工作。本专业能够从事现代集成电路、本专业能够从事现代集成电路、光电子信息产品及电子系统的开光电子信息产品及电子系统的开发设计、生产制造、安装调试、维护及相关的管理发设计、生产制造、安装调试、维护及相关的管理工作。工作。就业方向：学生毕业后适合在信息技术产业、科研部门、高等院就业方向：学生毕业后适合在信息技术产业、科研部门、高等院校及其相关领域从事光电子技术、信息与计算机控制技术、光电校及其相关领域从事光电子技术、信息与计算机控制技术、光电检测与光纤通信、电子系统设计等领域从事开发设计、生产制造、检测与光纤通信、电子系统设计等领域从事开发设计、生产制造、安
7、装调试、维护以及技术管理等方面的工作。安装调试、维护以及技术管理等方面的工作。第10页，本讲稿共20页半导体特性掺杂特性半导体电源+-作业作业2：本征半导体材料中掺入杂质引起半导体的导电能力增：本征半导体材料中掺入杂质引起半导体的导电能力增加，是否掺入的杂质越多导电能力越好？为什么？加，是否掺入的杂质越多导电能力越好？为什么？第11页，本讲稿共20页半导体电源+-光敏特性：第12页，本讲稿共20页半导体电源+-热敏特性：第13页，本讲稿共20页1874年年F.Buran半导体器件的第半导体器件的第1项研项研究究金属半导体接触金属半导体接触第14页，本讲稿共20页第一个三极晶体管 1947.12
8、.23 Willianm Schockley 领导的研究小组研制出了第一个三极晶体管。半导体器件发展历程及其展望，固体电子学研究与进展，2006年，26卷，4期，510页第15页，本讲稿共20页第16页，本讲稿共20页平面加工工艺（光刻）的发明平面加工工艺（光刻）的发明使集成电路技术和产业迅速发使集成电路技术和产业迅速发展的关键。展的关键。1957年，美国年，美国DOF实验室首先实验室首先将光刻技术引入到半导体技术中。将光刻技术引入到半导体技术中。Fairchild公司的公司的Noyce将光刻将光刻技术和技术和SiO2巧妙结合起来，实巧妙结合起来，实现了精细晶体管和集成电路图形现了精细晶体管和
9、集成电路图形结构。由此导致了平面工艺的诞结构。由此导致了平面工艺的诞生。生。平面工艺的诞生是实现大规模、平面工艺的诞生是实现大规模、低成本制造集成电路的基础。低成本制造集成电路的基础。第17页，本讲稿共20页1960年年,由由于于表表面面态态问问题题得得到到了了有有限限控控制制,贝贝尔尔实实验验室室的的Kahng 和和Atalla 成成功功地地研研制制出出第第一一只只实实用用型型金金属属氧氧化化物物半半导导体体场场效效应应晶晶体体管管MOSFET。这这种种晶晶体体管管后后来来主主导导了了集集成成电电路路和和微微芯芯片片的的命命运运。自自MOSFET研研制制成成功功后后,它它得得到到了了迅迅猛猛
10、发发展展并并且且成成为为微微处处理理器器(Microp rocessor)与与存存储储器器(Memory)等等先先进进集集成成电电路路中中最最重重要要的的器器件件,与与其其相相关关的的集集成成电电路产品占有半导体市场路产品占有半导体市场90%的份额。的份额。第18页，本讲稿共20页第一个半导体激光器二极管：第一个半导体激光器二极管：在在1962年年7月召开的固体器件研究国际会议上，美国麻省理月召开的固体器件研究国际会议上，美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（克耶斯（Keyes）和奎斯特）和奎斯特（Quist）报告了报告了砷化镓材料的光发射现象砷化镓材料的光发射
11、现象，这引起，这引起通用通用电气研究实验室工程师哈尔（电气研究实验室工程师哈尔（Hall）的极大兴趣，在会后回的极大兴趣，在会后回家的火车上他写下了有关数据。回到家后，哈尔立即制定了研家的火车上他写下了有关数据。回到家后，哈尔立即制定了研制半导体激光器的计划，并与其他研究人员一道，经数周奋斗，制半导体激光器的计划，并与其他研究人员一道，经数周奋斗，他们的计划获得成功。他们的计划获得成功。像晶体二极管一样，半导体激光器也以像晶体二极管一样，半导体激光器也以材料的材料的p-n结特性为基础，且外观亦与前者类似，因此，半导结特性为基础，且外观亦与前者类似，因此，半导体激光器常被称为体激光器常被称为二极管激光器或激光二极管二极管激光器或激光二极管。.第19页，本讲稿共20页http:/