半导体基础知识与发展概况介绍ppt课件.ppt

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1、半导体基础知识与发展概况介绍硅石时代硅器时代历史学家将20万年分为石器时代、铜器时代和铁器时代。信息时代的特征性材料是硅，如今，以硅为原料的电子元件产值超过了以钢为原料的产值，人类的历史因而正式进入了一个新时代--硅器时代。硅所代表的正是半导体元件，包括存储器件、微处理器、逻辑器件与探测器等等在内，无论是电视、电话、电脑、电冰箱、汽车，这些半导体器件都无时无刻不在为我们服务。硅是地壳中最常见的元素，把石头变成硅片的过程是一项点石成金的成就也是近代科学的奇迹之一。由此看来，人类的科学发展过程也可以

2、看成是一个不停寻找新材料的过程，上帝似乎和人类开了一个玩笑，用了20万年的时间我们的材料从石头又回到了石头！硅器时代新材料与电路成本1947-1948年,点接触和面结型晶体管的发明1958年，集成电路的发明与平面工艺发展1960年，MOS晶体管的发明1963年，CMOS晶体管的发明与发展D.Kahang&M.M.AtallaWamlass&C.T.Sah1967年,单晶体DRAM发明R.H.Dennard1967年,NVSMD.Kahang&S.M.Sze1971年,CPU发明M.E./Hoff

3、etal.半导体发展中的重要事情自持半导体存储器半导体发展的标志-CPU的进步计算能力与计算成本的比较与进步20万年以来，虽然已经从石器时代进步到硅器时代，但人类对材料加工的原则没有根本变化——都是以总量相当大的原子或分子作为处理对象。机械加工如此，化学加工也是如此。进步仅仅在于每次处理的原子或分子总量在不断减少。硅器时代的摩尔定律最能体现这种进步。摩尔定律是1965年由戈登·摩尔（GordonMoore）提出来的，他说集成电路里晶体管数量每18个月翻一番。25年来，现实与摩尔的预言非常一致。摩

4、尔定律会一直有效吗？换句话说，在单位面积硅片上集成的晶体管数量会达到极限吗？发展的规律—摩尔定律半导体材料从狭义上来讲：微电子工业中的半导体材料主要是指：锗（Ge）、硅（Si）、砷化镓（GaAs）。从广义上来讲：半导体材料还包括各种氧化物半导体，有机半导体等。常用半导体材料比较材　料禁带宽度描　述锗（Ge）0.66eV最早用于半导体器件制造的材料之一，1947年发明的第一个晶体管就是用锗制造。硅（Si）1.12eV目前最主要的半导体材料；容易形成高质量的氧化层；禁带宽度比锗大，工作温度高；价格便

5、宜，低成本。砷化镓（GaAs）1.42eV电子迁移率高，主要用于高速器件；热稳定性低，缺陷高，低本征氧化度。纯净硅(T=0K)本征半导体电子-空穴对纯净硅(T=0K)N型半导体P型半导体意外发现：光电二极管—P-N结的发现位于美国新泽西州的美国电报电话公司贝尔实验室的科学家们在寻找更好的检波材料时，发现掺有某种极微量杂质的锗晶体材料整流性能比电子管要好。1940年3月6日下午美国科学家奥尔（R.Ohl）和斯卡夫，用一根系着导线的硅片联接一只伏特表，当他用手电筒照射这条硅棒时，伏特表的指针偏转到半

6、伏的刻度线上。制备这个硅棒时为了避免爆裂，要先熔化硅然后缓慢的地冷却，在硅晶体固化的过程中，硅锭中的杂质被同时分离，中心部分是“纯净”硅，而在顶部的那一部分含杂质的便是“商品”硅。在切割时，一位技师无意间正好切在纯净硅和商品硅的交界面。因此，其中之一就表现为纯净硅的特征，另一部分表现出“商品”硅的特征。看起来势垒是在这两个区的交界处的界面上形成的，就像在金属铜与氧化层之间的界面处必定存在势垒一样。有必要为这两种表现出不同物理特性的硅进行命名：他们创造了“P型”（正极）和“N型”（负极）这两个词汇

7、，以此来表示两个明显不同的区域。当有光束照射时，P型硅晶体（P-typesilicon）将产生正电势，N型硅（N-typesilicon）产生负电势，在这两种类型的半导体之间存在的光敏势垒就是“P-N结”。器件的基础结构人类研究半导体器件已经超过135年，迄今大约有60种主要的器件以及100种和主要器件相关的变异器件。但所有这些器件均可由几种基本器件结构所组成。金属-半导体用来做整流接触，欧姆接触；利用整流接触当作栅极、利用欧姆接触作漏极(drain)和源极(source)。p-n结是半导体器件

8、的关键基础结构，其理论是半导体器件物理的基础。可以形成p-n-p双极型晶体管，形成p-n-p-n结构的可控硅器件。p-n结异质结是快速器件和光电器件的关键构成要素。用MOS结构当作栅极，再用两个p-n结分别当作漏极和源极，就可以制作出MOFET。晶体管的发明1946年1月，Bell实验室正式成立半导体研究小组,W.Schokley，J.Bardeen、W.H.Brattain。Bardeen提出了表面态理论，Schokley给出了实现放大器的基本设想，Brattain设计了实验。1947年12月