半导体器件与工艺基础new

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1、集成电路基础知识和技术动态讲座（一）半导体器件与工艺基础李翔宇清华大学微电子学研究所提纲1.集成电路概述2.半导体3.半导体器件4.集成电路工艺5.集成电路的生产周期半导体器件与工艺基础（李翔宇）2第一节集成电路概述半导体器件与工艺基础（李翔宇）3集成电路集成电路(IntegratedCircuit,简称IC)是将电路元件/系统与互连微型化后集成在一个独立的封装内。集成电路就是将有源元件(二极管、晶体管等)和无源元件(电阻、电容等)以及它们的连线一起制作在半导体衬底上形成一个独立的整体.半导体器件与工艺基础（李翔宇）4清华大学微电子所李翔宇TheFi

2、rstIntegratedCircuitsBipolarlogic1960’sECL3-inputGateMotorola19665半导体器件与工艺基础（李翔宇）集成电路中的元器件晶体管(transistor)•可用作：开关、电阻、电容、有源元件、记忆元件互连线(interconnectionwire)•可制成：电阻、电容、电感互GND连VDDSiO2线n+扩散区p+扩散区n+n+p+p+多晶硅nwellpsubstrate金属nMOS晶体管pMOS晶体管半导体器件与工艺基础（李翔宇）6清华大学微电子所李翔宇微电子技术集成电路和系统——信息采集、处理

3、和传输微传感器——信号转换微机电系统——执行、能源供应•人们一直在努力实现上述三个方面的集成化，并在某些方面取得了进展。•微电子技术的发展对集成电路设计带来了新的要求和变化如：感知型计算、能量采集型系统。半导体器件与工艺基础（李翔宇）7清华大学微电子所李翔宇集成电路的特点集成电路的优点：•体积小、重量轻•寄生小、性能佳•制造成本低•可靠性高集成电路占半导体电路市场份额的85%。集成电路技术的特点•技术密集型：半导体技术、电子电路、计算机技术、精密制造、材料科学•复杂系统：单片集成10亿晶体管•发展迅速：指数增长半导体器件与工艺基础（李翔宇）8集成电路

4、技术领域技术领域•器件技术•工艺技术•电路技术•系统设计技术•封装技术•测试技术•设计自动化技术主要指标•速度、功耗、可靠性、经济成本半导体器件与工艺基础（李翔宇）9•导体-半导体-绝缘体•本征半导体和掺杂半导体第二节半导体半导体器件与工艺基础（李翔宇）10导体、半导体、绝缘体导体(conductor)：价电子很容易跃迁为自由电子，自由电子可以移动，形成电流。绝缘体(insulator)：价电子无法跃迁为自由电子。半导体(semiconductor)：价电子需要较低的能量跃迁为自由电子，电子脱离共价键后产生“空穴(hole)”（带正电荷的离子）。•半

5、导体产生电子-空穴对的条件：光子注入、温度升高、电场感应半导体器件与工艺基础（李翔宇）11常见半导体单质半导体：IV族元素（硅、锗）化合物半导体：GaAs，SiGeSiSiSiSiSiSi-产生电子-空穴对+SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi半导体器件与工艺基础（李翔宇）12载流子自由电子和空穴在电场的作用下运动，形成电流载流子(carrier)：形成电流的自由电荷（电子、空穴）•电子运动方向与电流方向相反•空穴运动方向与电流方向相同E半导体----------I+++++++++电流密度：jvnqnE--电荷密度，电

6、子迁移率(mobility)n半导体器件与工艺基础（李翔宇）13掺杂半导体纯硅没有自由电子，导电性很差（本征半导体intrinsicsemiconductor）掺杂后可以增加电导率•施主杂质(donor)：V族元素，比硅多一个价电子，提供过剩的电子，容易移去。常用磷或砷原子。形成n型半导体，电子是多数载流子•受主杂质(acceptor)：III族元素，比硅少一个价电子，形成空穴可以接受来自别处的电子。常用硼原子。形成p型半导体。空穴是多数载流子SiSiSiSiSiSi掺杂浓度越高，-+多数载流子浓度+-SiPSiSiBSi越高，电阻率越低。SiSiS

7、iSiSiSi半导体器件与工艺基础（李翔宇）141.pn结2.MOS场效应晶体管3.其它晶体管和特殊器件第三节半导体器件半导体器件与工艺基础（李翔宇）15Pn结两个同质的p型和n型材料接触在一起，界面处形成的薄层。电子漂移零偏置：空穴漂移•净电流为零p---++n---++type--++type空穴扩散耗尽（depletion)区电子扩散半导体器件与工艺基础（李翔宇）16Pn结正向偏置•扩散电流>漂移电流电子漂移•扩散过pn结的载流子空穴漂移会继续扩散形成电流。p----+++n----+++•正向导通type---+++type空穴扩散电子扩散+

8、-半导体器件与工艺基础（李翔宇）17Pn结反向偏置•扩散电流<漂移电流电子漂移•漂移电流的载流子由空穴漂移中