微电子技术发展的规律及趋势
北京大学
Moore定律
Moore定律
1965年Intel公司的创始人之一Gordon E. Moore预言集成电路产业的发展规律
集成电路的集成度每三年
增长四倍，
特征尺寸每三年缩小倍
2
Moore 定律
10 G
1 G
100 M
10 M
1 M
100 K
10 K
1 K
0.1 K
19701980199020002010
存储器容量60%/年 每三年，翻两番1965，Gordon Moore 预测半导体芯片上的晶体管数目每两年翻两番
1.E+9
1.E+8
1.E+7
1.E+6
1.E +51.E+4
1.E+3’70 ’74 ’78 ’82 ’86 ’90 ’94 ’98 ’2002芯片上的体管数目 微处理器性能每三年翻两番
Moore 定律：i8080:6,000m68000:68,000PowerPC601:2,800,000PentiumPro: 5,500,000i4004:2,300M6800:
4,000i8086:28,000i80286:134,000
m68020:190,000i80386DX:275,000m68030:273,000i80486DX:1,200,000m68040:1,170,000Pentium:3,300,000PowerPC604:3,600,000PowerPC620:6,900,000“Itanium”:15,950,000Pentium II: 7,500,000
微处理器的性能
100 G 10 G Giga 100 M 10 M Mega Kilo 1970
1980
1990
2000
2010
Peak Advertised Performance
(PAP)
Moore’s Law Real Applied Performance
(RAP)
41% Growth
8080
8086
80286
80386
80486
Pentium
PentiumPro
集成电路技术是近50年来发展最快的技术
微电子技术的进步
按此比率下降，小汽车价格不到1美分
年份特征参数
19591970-1971
2000比率设计规则μm 2580.18140电源电压V DD (伏）55 1.53硅片直径尺寸（mm ）53030060集成度6
2?1032?1093?108DRAM 密度（bit)1K 1G 106微处理器时钟频
率(Hz)750K 1G >103平均晶体管价格$
100.3
10-6
107
半导体发展计划（SIA 1999年版）年份1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2008 2011 2014
特征尺寸（nm）180 165 150 130 120 110 100 70 50 35
存贮器生产阶段
256M 512M 1G 2G 16G
产品代
MPU芯片功能数
23.8 47.6 95.2 190 539 1523 4308 （百万晶体管）
硅片直径(mm) 200 200 300 300 300 300 300 300 300 450 在生产阶段
DRAM封装后单
15 7.6 3.8 1.9 0.24
位比特价（百万
分之一美分）
1999 Edition （SIA美EECA欧EIAJ日KSIA南朝鲜TSIA台）
Moore定律
性能价格比?在过去的20年中，改进
了1,000,000倍
?在今后的20年中，还将改进1,000,000倍
?很可能还将持续40年
等比例缩小(Scaling-down)定律
等比例缩小(Scaling-down)定律
?1974年由Dennard
?基本指导思想是：保持MOS器件内部电场不变：恒定电场规律，简称CE律
等比例缩小器件的纵向、横向尺寸，以增加跨导和减少负载电容，提高
集成电路的性能
电源电压也要缩小相同的倍数
?漏源电流方程：?由于V DS 、(V GS -V TH )、W 、L 、t ox 均缩小了κ倍，C ox 增大了κ倍，因此，I DS 缩小κ倍。门延迟时间t pd 为：?其中V DS 、I DS 、C L 均缩小了κ倍，所以t pd 也缩小了κ倍。标志集成电路性能的功耗延迟积P W ?t pd 则缩小了κ3倍。
()[]
I C W L
V V V V ds ox s GS TH DS DS =--μα2ox ox ox t C εε0=t V C I pd DS L DS ∞ox
L WLC C =
恒定电场定律的问题
?阈值电压不可能缩的太小?源漏耗尽区宽度不可能按比例缩小
?电源电压标准的改变会带来很大的不便
恒定电压等比例缩小规律(简称CV律)
保持电源电压V
ds 和阈值电压V
th
不变，对其它
参数进行等比例缩小
按CV律缩小后对电路性能的提高远不如CE 律，而且采用CV律会使沟道内的电场大大增强
CV律一般只适用于沟道长度大于1 m的器件，它不适用于沟道长度较短的器件。
准恒定电场等比例缩小规则，缩写为QCE 律
CE律和CV律的折中，世纪采用的最多
随着器件尺寸的进一步缩小，强电场、高功
耗以及功耗密度等引起的各种问题限制了按
CV律进一步缩小的规则，电源电压必须降低。
同时又为了不使阈值电压太低而影响电路的
性能，实际上电源电压降低的比例通常小于
器件尺寸的缩小比例
器件尺寸将缩小κ倍，而电源电压则只变为原
来的λ/κ倍
参数CE(恒场)律CV(恒压)律QCE(准恒场)律器件尺寸L, W, t ox等1/κ1/κ1/κ电源电压1/κ 1 λ/κ
掺杂浓度κκ2λκ
阈值电压1/κ 1 λ/κ
电流1/κκλ2/κ负载电容1/κ1/κ1/κ
电场强度 1 κλ
门延迟时间1/κ1/κ21/λκ功耗1/κ2κλ3/κ2
功耗密度 1 κ3λ3
功耗延迟积1/κ31/κλ2/κ3栅电容κκκ
面积1/κ21/κ21/κ2
集成密度κ2κ2κ2
微电子技术的三个发展方向
微电子技术的三个发展方向
硅微电子技术的三个主要发展方向
特征尺寸继续等比例缩小
集成电路(IC)将发展成为系统芯片(SOC)
微电子技术与其它领域相结合将产生新
的产业和新的学科，例如MEMS、DNA
芯片等
微电子器件的特征尺寸继续缩小
第一个关键技术层次：微细加工 目前0.25μm和0.18μm已开始进入大生产
0.15μm和0.13μm大生产技术也已经完成开发，
具备大生产的条件
?当然仍有许多开发与研究工作要做，例如IP模块
的开发，为EDA服务的器件模型模拟开发以及基
于上述加工工艺的产品开发等
在0.13-0.07um阶段，最关键的加工工艺—光
刻技术还是一个大问题，尚未解决
《微电子技术概论》期末复习题 试卷结构： 填空题40分，40个空，每空1分， 选择题30分，15道题，每题2分， 问答题30分，5道题，每题6分 填空题 1.微电子学是以实现电路和系统的集成为目的的。 2.微电子学中实现的电路和系统又称为集成电路和集成系统，是微小化的。 3.集成电路封装的类型非常多样化。按管壳的材料可以分为金属封装、陶瓷封装和塑料封装。 4.材料按其导电性能的差异可以分为三类：导体、半导体和绝缘体。 5. 迁移率是载流子在电场作用下运动速度的快慢的量度。 6.PN 结的最基本性质之一就是其具有单向导电性。 7.根据不同的击穿机理，PN 结击穿主要分为雪崩击穿和隧道击穿这两种电击穿。 8.隧道击穿主要取决于空间电荷区中的最大电场。 9. PN结电容效应是PN结的一个基本特性。 10.PN结总的电容应该包括势垒电容和扩散电容之和。 11.在正常使用条件下，晶体管的发射结加正向小电压，称为正向偏置，集电结加反向大电压，称为反向偏置。 12.晶体管的直流特性曲线是指晶体管的输入和输出电流-电压关系曲线， 13.晶体管的直流特性曲线可以分为三个区域：放大区，饱和区，截止区。 14.晶体管在满足一定条件时，它可以工作在放大、饱和、截止三个区域中。 15.双极型晶体管可以作为放大晶体管，也可以作为开关来使用，在电路中得到了大量的应用。 16. 一般情况下开关管的工作电压为 5V ，放大管的工作电压为 20V 。 17. 在N 型半导体中电子是多子，空穴是少子； 18. 在P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。 19. 所谓模拟信号，是指幅度随时间连续变化的信号。 20. 收音机、收录机、音响设备及电视机中接收、放大的音频信号、电视信号是模拟信号。 21. 所谓数字信号，指在时间上和幅度上离散取值的信号。 22. 计算机中运行的信号是脉冲信号，但这些脉冲信号均代表着确切的数字，因而又叫做数字信号。 23. 半导体集成电路是采用半导体工艺技术，在硅基片上制作包括电阻、电容、二极
第一章 绪论 1．画出集成电路设计与制造的主要流程框架。 2．集成电路分类情况如何？ ?????????????????? ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????按应用领域分类数字模拟混合电路非线性电路线性电路模拟电路时序逻辑电路组合逻辑电路数字电路按功能分类GSI ULSI VLSI LSI MSI SSI 按规模分类薄膜混合集成电路厚膜混合集成电路混合集成电路B iCMOS B iMOS 型B iMOS CMOS NMOS PMOS 型MOS 双极型单片集成电路按结构分类集成电路 3．微电子学的特点是什么？ 微电子学：电子学的一门分支学科 微电子学以实现电路和系统的集成为目的，故实用性极强。 微电子学中的空间尺度通常是以微米(m, 1m ＝10－6m)和纳米(nm, 1nm = 10-9m)为单位的。 微电子学是信息领域的重要基础学科 微电子学是一门综合性很强的边缘学科 涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试与加工、图论、化学等多个学科 微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微
电子学发展的方向 微电子学的渗透性极强，它可以是与其他学科结合而诞生出一系列新的交叉学科，例如微机电系统(MEMS)、生物芯片等 4．列举出你见到的、想到的不同类型的集成电路及其主要作用。 集成电路按用途可分为电视机用集成电路、音响用集成电路、影碟机用集成电路、录像机用集成电路、电脑（微机）用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。 5．用你自己的话解释微电子学、集成电路的概念。 集成电路（integrated circuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。 6．简单叙述微电子学对人类社会的作用。 可以毫不夸张地说，没有微电子技术的进步，就不可能有今天信息技术的蓬勃发展，微电子已经成为整个信息社会发展的基石。随着微电子的发展，器件的特征尺寸越来越小第二章半导体物理和器件物理基础 1．什么是半导体？特点、常用半导体材料 什么是半导体？ 金属：电导率106～104(W?cm-1)，不含禁带； 半导体：电导率104~10-10(W?cm-1)，含禁带； 绝缘体：电导率<10-10(W?cm-1)，禁带较宽； 半导体的特点： （1）电导率随温度上升而指数上升； （2）杂质的种类和数量决定其电导率； （3）可以实现非均匀掺杂； （4）光辐照、高能电子注入、电场和磁场等影响其电导率； 硅：地球上含量最丰富的元素之一，微电子产业用量最大、也是最重要的半导体材料。 硅(原子序数14)的物理化学性质主要由最外层四个电子（称为价电子）决定。每个硅原子近邻有四个硅原子，每两个相邻原子之间有一对电子，它们与两个原子核都有吸引作用，称为共价键。 化合物半导体：III族元素和V族构成的III-V族化合物，如，GaAs(砷化镓)，InSb(锑化铟)，GaP(磷化镓)，InP(磷化铟)等，广泛用于光电器件、半导体激光器和微波器件。2.掺杂、施主/受主、P型/N型半导体（课件） 掺杂：电子摆脱共价键所需的能量，在一般情况下，是靠晶体内部原子本身的热运动提供的。常温下，硅里面由于热运动激发价健上电子而产生的电子和空穴很少，它们对硅的导电性的影响是十分微小的。室温下半导体的导电性主要由掺入半导体中的微量的杂质（简称掺杂）来决定，这是半导体能够制造各种器件的重要原因。 施主：Donor，掺入半导体的杂质原子向半导体中 提供导电的电子，并成为带正电的离子。如 Si中掺的P 和As（最外层有5个价电子） 受主：Acceptor，掺入半导体的杂质原子向半导体中 提供导电的空穴，并成为带负电的离子。如 Si中掺的B(硼）（最外层只有3个价电子）
《微电子学概论》课程教学大纲 课程名称：微电子学基础 / Conspectus of Microelectronics 课程代码：020727 学时：32 学分：2 讲课学时： 32 上机/实验学时： 0 考核方式：考查 先修课程：模拟电子技术 适用专业：电子信息工程等电类专业 开课院系：电子电气工程学院电子信息系 教材：张兴黄如刘晓彦主编.微电子学概论（第二版）.北京：北京大学出版社,2005年主要参考书： [1] 郝跃主编.微电子学概论.北京：高等教育出版社,2003年 [2] 吴德馨主编.现代微电子技术.北京：化学工业出版社,2003年 [3] （美）Donald A.Neamen编.半导体器件导论.北京：清华大学出版,2006年 一、课程的性质和任务 本课程是电子信息工程类专业的一门专业基础课。该门课程主要介绍了微电子学发展史、半导体器件、制造工艺、集成电路和SOC电路的设计以及计算机辅助设计技术。该课程为学生进行微电子技术研究和集成电路的开发提供了理论基础。 二、教学内容和基本要求 对本课程的学习，要求掌握集成电路的器件、组成、制造工艺及基本设计方法。教学内容如下： 第一章绪论 1.晶体管的发明和集成电路的发展史 2.集成电路的分类 3.微电子学的特点 第二章半导体物理和器件物理基础 1.半导体及其基本特性 2.半导体中的载流子 3. pn结 4.双极晶体管 5.MOS场效应管 第三章大规模集成电路基础 1.半导体集成电路概述 2.双极集成电路基础
3.MOS集成电路基础 第四章集成电路制造工艺 1.双极集成电路工艺流程 2.MOS集成电路工艺流程 3.光刻与刻蚀技术 4.氧化 5.扩散与离子注入 6.化学气象淀积 7.接触与互联 8.隔离技术 第五章集成电路设计 i.集成电路设计特点与设计信息描述 ii.集成电路的设计流程 iii.集成电路的设计规则和全定制设计方法iv.专用集成电路的设计方法 v.集中集成电路设计方法的比较 vi.可测性设计技术 第六章集成电路设计的EDA系统 1. VHDL及模拟 2.综合 3. 逻辑模拟 4．电路模拟 5．时序分析和混合模拟 6．版图设计 7．器件模拟 8．工艺模拟 9．计算机辅助测试（CAT）技术 第七章系统芯片（SOC）设计 1．系统芯片的基本概念和特点 2．SOC设计过程 第八章光电子器件 1．固体中的光吸收和光发射 2．半导体发光二极管 第九章微机电系统 1．基本概念
第三章大规模集成电路基础 1．集成电路制造流程、特征尺寸 集成电路制造通常包括集成电路设计、工艺加工、测试、封装等工序。集成电路设计 是根据电路所要完成的功能、指标等首先设计出在集成电路工艺中现实可行的电路 图，然后根据有关设计规则将电路图转换为制造集成电路所需要的版图，进而制成光 刻掩模版。完成设计以后，便可以利用光刻版按一定的工艺流程进行加工、测试，最 终制造出符合原电路设计指标的集成电路。 特征尺寸通常指集成电路中半导体器件的最小尺度，这是衡量集成电路加工和设计水 平的重要参数，特征尺寸越小，加工精度越高，可能达到的集成度也越大，性能越好。 2． CMOS集成电路特点 CMOS集成电路具有功耗低、速度快、噪声容限大、可适应较宽的环境温度和电源电压、 易集成、可按比例缩小等一系列优点。CMOS是pMOSFET和nMOSFET串接起来的一种电 路形式，为了在同一硅衬底上同时制作出p沟和n沟MOSFET，必须在同一硅衬底上分 别形成n型和p型区域，并在n型区域上制作pMOSFET，在p型区域上制作nMOSFET。 如果选用n型衬底，则可在衬底上直接制作pMOSFET，但对于nMOSFET必须在硅衬底 上形成p型扩散区（常称为p阱）以满足制备nMOSFET的需要。 3．MOS开关、CMOS传输门特性 MOSFET处于大信号工作时，有导通和截止两种状态，因此可以作为电子开关。如图所 示（P69），MOS开关接在A、B两电路之间，用以控制其间的信号传递，通常称为传 输门。为了解决NMOS管在传输’1’电平、PMOS在传输’0’电平时的信号损失，通 常采用CMOS传输门作为开关使用。它是由一个N管和一个P管构成。工作时，NMOS 管的衬底接地，PMOS管的衬底接电源，且NMOS管栅压Vgn与PMOS管的栅压Vgp极性 相反。
第一章 绪论 1.画出集成电路设计与制造的主要流程框架。 2.集成电路分类情况如何？ 答： 3.微电子学的特点是什么？ 答：微电子学：电子学的一门分支学科 微电子学以实现电路和系统的集成为目的，故实用性极强。 微电子学中的空间尺度通常是以微米(μm, 1μm ＝10－6m)和纳米(nm, 1nm = 10-9m)为单位的。 微电子学是信息领域的重要基础学科 微电子学是一门综合性很强的边缘学科 涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????按应用领域分类数字模拟混合电路非线性电路线性电路模拟电路时序逻辑电路组合逻辑电路数字电路按功能分类GSI ULSI VLSI LSI MS I SSI 按规模分类薄膜混合集成电路厚膜混合集成电路混合集成电路BiCMOS BiMOS 型BiMOS CMOS NMOS P MOS 型MOS 双极型单片集成电路按结构分类集成电路
机辅助设计、测试与加工、图论、化学等多个学科 微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向 微电子学的渗透性极强，它可以是与其他学科结合而诞生出一系列新的交叉学科，例如微机电系统(MEMS)、生物芯片等 第二章半导体物理和器件物理基础 1.什么是半导体？特点、常用半导体材料 答：什么是半导体？ 金属：电导率106～104(W?cm-1)，不含禁带； 半导体：电导率104~10-10(W?cm-1)，含禁带； 绝缘体：电导率<10-10(W?cm-1)，禁带较宽； 半导体的特点： （1）电导率随温度上升而指数上升； （2）杂质的种类和数量决定其电导率； （3）可以实现非均匀掺杂； （4）光辐照、高能电子注入、电场和磁场等影响其电导率； 半导体有元素半导体，如：Si、Ge（锗） 化合物半导体，如：GaAs（砷化镓）、InP （磷化铟） 硅：地球上含量最丰富的元素之一，微电子产业用量最大、也是最重要的半导体材料。硅(原子序数14)的物理化学性质主要由最外层四个电子（称为价电子）决定。每个硅原子近邻有四个硅原子，每两个相邻原子之间有一对电子，它们与两个原子核都有吸引作用，称为共价键。 化合物半导体：III族元素和V族构成的III-V族化合物，如，GaAs(砷化镓)，InSb(锑化铟)，GaP(磷化镓)，InP(磷化铟)等，广泛用于光电器件、半导体激光器和微波器件。 2.掺杂、施主/受主、P型/N型半导体 3.能带、导带、价带、禁带 4.半导体中的载流子、迁移率 5.PN结，为什么会单向导电，正向特性、反向特性，PN结击穿有几种 6.双极晶体管工作原理，基本结构，直流特性 7.MOS晶体管基本结构、工作原理、I-V方程、三个工作区的特性 8.MOS晶体管分类 答：按载流子类型分： ?NMOS: 也称为N沟道，载流子为电子。 ?PMOS: 也称为P沟道，载流子为空穴。 按导通类型分： ?增强（常闭）型：必须在栅上施加电压才能形成沟道。 ?耗尽（常开）型：在零偏压下存在反型层导电沟道，必须在栅上施加偏压才能使沟道内载流子耗尽的器件。 四种MOS晶体管：N沟增强型；N沟耗尽型；P沟增强型；P沟耗尽型 第三章大规模集成电路基础（重点章节） 1．集成电路制造流程、特征尺寸 2．CMOS集成电路特点 3．MOS开关、CMOS传输门特性
《微电子学概论》 1.晶体管是谁发明的？ 肖克利、巴丁和布拉顿 2.集成电路的分类？ ·按结构分： 单片集成电路： 它是指电路中所有的元器件都制作 在同一块半导体基片上的集成电路 在半导体集成电路中最常用的半导 体材料是硅，除此之外还有GaAs等混合集成电路： 厚膜集成电路 薄膜集成电路 ·按功能分： 数字集成电路(Digital IC)：它是指处理数 字信号的集成电路，即采用二进制方式 进行数字计算和逻辑函数运算的一类集 成电路 模拟集成电路(Analog IC)：它是指处理模 拟信号(连续变化的信号)的集成电路 线性集成电路：又叫做放大集成电路，
如运算放大器、电压比较器、跟随器等 非线性集成电路：如振荡器、定时器等电路 数模混合集成电路(Digital - Analog IC) ：例如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等 · ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????按应用领域分类数字模拟混合电路非线性电路线性电路模拟电路时序逻辑电路组合逻辑电路数字电路按功能分类GSI ULSI VLSI LSI MSI SSI 按规模分类薄膜混合集成电路厚膜混合集成电路混合集成电路BiCMOS BiMOS 型BiMOS CMOS NMOS PMOS 型MOS 双极型单片集成电路按结构分类集成电路
3.微电子的特点？ ↗微电子学以实现电路和系统的集成为 目的，故实用性极强。 ↗微电子学中的空间尺度通常是以微米 (μm, 1μm＝10－6m)和纳米(nm, 1nm = 10-9m)为单位的。 ↗微电子学是一门综合性很强的边缘学 科 ↗微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性 是微电子学发展的方向 ↗微电子学的渗透性极强，它可以是与其 他学科结合而诞生出一系列新的交叉学 科，例如微机电系统(MEMS)、生物芯片 等 4.什么是半导体集成电路？ 集成电路就是将电路中的有源元件，无源元件以及他们之间的互连引线等一起制作在半导体的衬底上，形成一块独立的不可分的整体电路。集成电路的各个引出端就是该电路的输入，输出，电源和地线等的接线端。
第一章： 1.第一只晶体管发明是在哪个国家？哪个实验室？发明人是谁？ 美国Bell实验室肖克莱巴丁布拉顿 2.第一片IC发明是在哪个国家？哪个公司？发明人是谁？ 美国TI公司Kibly 基尔比 3.按规模分类IC有几种？简要说明每种类型的集成度？ 六种SSI:<102,MSI:102~103, LSI :103~104, VLSI:104~107, ULSI:107~109, GSI:>109 4.按功能分类IC有几种？简要说明每种类型的特征？ 三种 1.数字集成电路：它是指处理数字信号的集成电路。 2.模拟集成电路：它是指处理模拟信号的集成电路。 3.数模混合集成电路：既包含数字电路，又包含模拟电路的新型电路称为数模混合集成电路。 5.按器件结构分类IC有几种？简要说明每种类型的特征？ 1.双极集成电路：这种电路采用的有源器件是双极晶体管，双极晶体管是由于它的工作机制依赖于电子和空穴两种类型的载流子而得名。 2.金属-氧化物-半导体（MOS）集成电路：这种电路中所用的晶体管为MOS晶体管，MOS晶体管是由金属-氧化物-半导体结构组成的场效应晶体管，它主要靠半导体表面电场感应产生的导电沟道工作。 3.双极-MOS（BiMOS）集成电路：同时包括双极和MOS晶体管的集成电路为BiMOS集成电路。BiMOS集成电路综合了双极和MOS器件两者的优点，但这种电路具有制作工艺复杂的缺点。
6.简单叙述微电子学对人类社会的作用。 微电子学是信息领域的重要基础学科，在信息领域中，微电子学是研究并实现信息获取、传输、存储、处理和输出的科学，是研究信息载体的科学，构成了信息科学的基石。微电子学是一门综合性很强的边缘学科，包含了很多领域。信息技术发展只能依赖于微电子技术的支撑才能成为现实。微电子学的渗透性极强，它可以与其他学科结合而生出一系列新的交叉学科。 第二章： 1.什么是半导体？半导体的主要特点有哪些？ 指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。 在纯净的半导体材料中，电导率随温度的上升而指数增加；半导体中杂质种类和数量决定着半导体的电导率，而且在重掺杂情况下，温度对电导率的影响较弱；在半导体中可以实现非均匀掺杂；光的辐照、高能电子等的注入可以影响半导体的电导率。 2.试对比说明金属与半导体的主要区别。 一般半导体和金属的区别在于半导体中存在着禁带而金属中不存在禁带 3.试从欧姆定律和半导体电阻定义出发证明欧姆定律的微分形式为：j=σE 因为R=U/I且R=ρL/S可以推知I/S=U/ρL,所以j=I/S=U/ ρL=σE 4.用半导体迁移率和欧姆定律的微分形式证明：σ=nq 因为j=nqv，设v=μE ，把v=μE 代入j=nqv，与j=σE比较得到：σ= nqμ5.从微观机制解释晶格振动散射导致半导体迁移率随温度增加而下降的原因。温度升高时，对载流子的晶格散射也将增强，在低参杂浓度的半导体，迁移率随温度升高而大幅度下降的原因主要就是由晶格散射引起的。
课程名称：微电子学概论 课程编号：00831130 课程类型：本科生主干基础课 所属学科：微电子学与固体电子学 领域方向：微电子学 学时和学分：54学时(每周3学时)，3学分 主讲教员：张兴，黄如，刘晓彦 先修要求：无 同修要求：无 版本号及修订时间：1 1999年新开课 版本更新历史：无 基本目的： [1]使学生知道什么是微电子学和微电子学是研究什么的； [2]使学生对微电子学的历史、现状、未来等有一个整体的了解； [3]使学生对半导体物理、器件物理、集成电路工艺、集成电路设计、MEMS 技术等有比较明确的概念。 学习收获：通过学习这门课，学生会有如下收获： [1]知道微电子学的用途、主要内容，明白学习微电子学应该掌握哪些基础 知识； [2]对微电子学的发展历史、现状和未来有一个比较清晰的认识； [3]初步掌握半导体物理、半导体器件物理、集成电路工艺、集成电路设计、 集成电路CAD方法、MEMS技术等的基本概念，对微电子学的整体有一个 比较全面的认识。
内容提要： 1、微电子学常识 1.1晶体管的发明 了解：晶体管发明的过程，晶体管发明对人类社会的作用 1.2集成电路的发展历史 掌握：集成电路的概念，集成电路发展的几个主要里程碑 1.3集成电路的分类 掌握：集成电路的分类方法，MOS集成电路的概念，双极集成电路的概念， 1.4微电子学的特点 了解：微电子学的概念，微电子学的特点 2、半导体物理和半导体器件物理基础 2.1 半导体及其基本特性 熟练掌握：半导体的概念，杂质对半导体特性的影响 掌握：电导率，电阻率，迁移率，散射 2.2 半导体中的载流子 掌握：能带，能级，导带，价带，电子，空穴，多子，少子 了解：热平衡，过剩载流子 2.3 PN结 熟练掌握：PN结的结构 掌握：PN结的基本工作原理，正向特性，反向特性 了解：PN结中的能带图，PN结的击穿，PN结的电容 2.4 双极晶体管 熟练掌握：双极晶体管的结构 掌握：双极晶体管的工作原理，特性曲线
期末考试神奇复习资料 第一章 绪论 1．画出集成电路设计与制造的主要流程框架。 2．集成电路分类情况如何？ ?????????????????? ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????按应用领域分类数字模拟混合电路非线性电路线性电路模拟电路时序逻辑电路组合逻辑电路数字电路按功能分类GSI ULSI VLSI LSI MSI SSI 按规模分类薄膜混合集成电路厚膜混合集成电路混合集成电路B iCMOS B iMOS 型B iMOS CMOS NMOS PMOS 型MOS 双极型单片集成电路按结构分类集成电路 3．微电子学的特点是什么？ 微电子学：电子学的一门分支学科 微电子学以实现电路和系统的集成为目的，故实用性极强。 微电子学中的空间尺度通常是以微米(m, 1m ＝10－6m)和纳米(nm, 1nm = 10-9m)为单位的。 微电子学是信息领域的重要基础学科 微电子学是一门综合性很强的边缘学科 涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号
处理、计算机辅助设计、测试与加工、图论、化学等多个学科 微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向 微电子学的渗透性极强，它可以是与其他学科结合而诞生出一系列新的交叉学科，例如微机电系统(MEMS)、生物芯片等 4．列举出你见到的、想到的不同类型的集成电路及其主要作用。 集成电路按用途可分为电视机用集成电路、音响用集成电路、影碟机用集成电路、录像机用集成电路、电脑（微机）用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。 5．用你自己的话解释微电子学、集成电路的概念。 集成电路（integrated circuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。 6．简单叙述微电子学对人类社会的作用。 可以毫不夸张地说，没有微电子技术的进步，就不可能有今天信息技术的蓬勃发展，微电子已经成为整个信息社会发展的基石。随着微电子的发展，器件的特征尺寸越来越小第二章半导体物理和器件物理基础 1．什么是半导体？特点、常用半导体材料 什么是半导体？ 金属：电导率106～104(W?cm-1)，不含禁带； 半导体：电导率104~10-10(W?cm-1)，含禁带； 绝缘体：电导率<10-10(W?cm-1)，禁带较宽； 半导体的特点： （1）电导率随温度上升而指数上升； （2）杂质的种类和数量决定其电导率； （3）可以实现非均匀掺杂； （4）光辐照、高能电子注入、电场和磁场等影响其电导率； 硅：地球上含量最丰富的元素之一，微电子产业用量最大、也是最重要的半导体材料。 硅(原子序数14)的物理化学性质主要由最外层四个电子（称为价电子）决定。每个硅原子近邻有四个硅原子，每两个相邻原子之间有一对电子，它们与两个原子核都有吸引作用，称为共价键。 化合物半导体：III族元素和V族构成的III-V族化合物，如，GaAs(砷化镓)，InSb(锑化铟)，GaP(磷化镓)，InP(磷化铟)等，广泛用于光电器件、半导体激光器和微波器件。2.掺杂、施主/受主、P型/N型半导体（课件） 掺杂：电子摆脱共价键所需的能量，在一般情况下，是靠晶体内部原子本身的热运动提供的。常温下，硅里面由于热运动激发价健上电子而产生的电子和空穴很少，它们对硅的导电性的影响是十分微小的。室温下半导体的导电性主要由掺入半导体中的微量的杂质（简称掺杂）来决定，这是半导体能够制造各种器件的重要原因。 施主：Donor，掺入半导体的杂质原子向半导体中 提供导电的电子，并成为带正电的离子。如 Si中掺的P 和As（最外层有5个价电子） 受主：Acceptor，掺入半导体的杂质原子向半导体中