半导体基础知识和半导体器件工艺 第一章半导体基础知识 通常物质根据其导电性能不同可分成三类。第一类为导体，它可以很好的传导电流，如：金属类，铜、银、铝、金等；电解液类：NaCl水溶液，血液，普通水等以及其它一些物体。第二类为绝缘体，电流不能通过，如橡胶、玻璃、陶瓷、木板等。第三类为半导体，其导电能力介于导体和绝缘体之间，如四族元素Ge锗、Si硅等，三、五族元素的化合物GaAs砷化镓等，二、六族元素的化合物氧化物、硫化物等。 物体的导电能力可以用电阻率来表示。电阻率定义为长1厘米、截面积为1平方厘米的物质的电阻值，单位为欧姆*厘米。电阻率越小说明该物质的导电性能越好。通常导体的电阻率在10-4欧姆*厘米以下，绝缘体的电阻率在109欧姆*厘米以上。 半导体的性质既不象一般的导体，也不同于普通的绝缘体，同时也不仅仅由于它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是由于半导体具有以下的特殊性质： (1) 温度的变化能显著的改变半导体的导电能力。当温度升高时，电阻率会降低。比如Si在200℃时电阻率比室温时的电阻率低几千倍。可以利用半导体的这个特性制成自动控制用的热敏组件（如热敏电阻等），但是由于半导体的这一特性，容易引起热不稳定性，在制作半导体器件时需要考虑器件自身产生的热量，需要考虑器件使用环境的温度等，考虑如何散热，否则将导致器件失效、报废。 (2) 半导体在受到外界光照的作用是导电能力大大提高。如硫化镉受到光照后导电能力可提高几十到几百倍，利用这一特点，可制成光敏三极管、光敏电阻等。 (3) 在纯净的半导体中加入微量（千万分之一）的其它元素（这个过程我们称为掺杂），可使他的导电能力提高百万倍。这是半导体的最初的特征。例如在原子密度为5*1022/cm3的硅中掺进大约5X1015/cm3磷原子，比例为10-7（即千万分之一），硅的导电能力提高了几十万倍。 物质是由原子构成的，而原子是由原子核和围绕它运动的电子组成的。电子很轻、很小，带负电，在一定的轨道上运转；原子核带正电，电荷量与电子的总电荷量相同，两者相互吸引。当原子的外层电子缺少后，整个原子呈现正电，缺少电子的地方产生一个空位，带正电，成为电洞。物体导电通常是由电子和电洞导电。 前面提到掺杂其它元素能改变半导体的导电能力，而参与导电的又分为电子和电洞，这样掺杂的元素（即杂质）可分为两种：施主杂质与受主杂质。 将施主杂质加到硅半导体中后，他与邻近的4个硅原子作用，产生许多自由电子参与导电，而杂质本身失去电子形成正离子，但不是电洞，不能接受电子。这时的半导体叫N型半导体。施主杂质主要为五族元素：锑、磷、砷等。 将施主杂质加到半导体中后，他与邻近的4个硅原子作用，产生许多电洞参与导电，这时的半导体叫p型半导体。受主杂质主要为三族元素：铝、镓、铟、硼等。 电洞和电子都是载子，在相同大小的电场作用下，电子导电的速度比电洞
第一章半导体器件基础测试题（高三） 姓名班次分数 一、选择题 1、N型半导体是在本征半导体中加入下列物质而形成的。 A、电子； B、空穴； C、三价元素； D、五价元素。 2、在掺杂后的半导体中，其导电能力的大小的说法正确的是。 A、掺杂的工艺； B、杂质的浓度： C、温度； D、晶体的缺陷。 3、晶体三极管用于放大的条件，下列说法正确的是。 A、发射结正偏、集电结反偏； B、发射结正偏、集电结正偏； C、发射结反偏、集电结正偏； D、发射结反偏、集电结反偏； 4、晶体三极管的截止条件，下列说法正确的是。 A、发射结正偏、集电结反偏； B、发射结正偏、集电结正偏； C、发射结反偏、集电结正偏； D、发射结反偏、集电结反偏； 5、晶体三极管的饱和条件，下列说法正确的是。 A、发射结正偏、集电结反偏； B、发射结正偏、集电结正偏； C、发射结反偏、集电结正偏； D、发射结反偏、集电结反偏； 6、理想二极管组成的电路如下图所示，其AB两端的电压是。 A、—12V； B、—6V； C、+6V； D、+12V。 7、要使普通二极管导通，下列说法正确的是。 A、运用它的反向特性； B、锗管使用在反向击穿区； C、硅管使用反向区域，而锗管使用正向区域； D、都使用正向区域。 8、对于用万用表测量二极管时，下列做法正确的是。 A、用万用表的R×100或R×1000的欧姆，黑棒接正极，红棒接负极，指针偏转； B、用万用表的R×10K的欧姆，黑棒接正极，红棒接负极，指针偏转； C、用万用表的R×100或R×1000的欧姆，红棒接正极，黑棒接负极，指针偏转； D、用万用表的R×10，黑棒接正极，红棒接负极，指针偏转； 9、电路如下图所示，则A、B两点的电压正确的是。 A、U A=3.5V，U B=3.5V，D截止；
?平时成绩30% + 考试成绩70% ?名词解释（2x5=10）+ 简答与画图（8x10=80）+ 计算（1x10=10） 名词解释 p型和n型半导体 漂移和扩散 简并半导体 异质结 量子隧穿 耗尽区 阈值电压 CMOS 欧姆接触 肖特基势垒接触 简答与画图 1.从能带的角度分析金属、半导体和绝缘体之间的区别。 2.分析pn结电流及耗尽区宽度与偏压的关系。 3.什么是pn结的整流（单向导电）特性？画出理想pn结电流-电压曲线示意图。 4.BJT各区的结构有何特点？为什么？ 5.BJT有哪几种工作模式，各模式的偏置情况怎样？ 6.画出p-n-p BJT工作在放大模式下的空穴电流分布。 7.MOS二极管的金属偏压对半导体的影响有哪些？ 8.MOSFET中的沟道是多子积累、弱反型还是强反型？强反型的判据是什么？ 9.当VG大于VT且保持不变时，画出MOSFET的I-V曲线，并画出在线性区、非线 性区和饱和区时的沟道形状。 10.MOSFET的阈值电压与哪些因素有关？ 11.半导体存储器的详细分类是怎样的？日常使用的U盘属于哪种类型的存储器，画出 其基本单元的结构示意图，并简要说明其工作原理。 12.画出不同偏压下，金属与n型半导体接触的能带图。 13.金属与半导体可以形成哪两种类型的接触？MESFET中的三个金属-半导体接触分 别是哪种类型？ 14.对于一耗尽型MESFET，画出VG=0, -0.5, -1V（均大于阈值电压）时的I-V曲线示 意图。 15.画出隧道二极管的I-V曲线，并画出电流为谷值时对应的能带图。 16.两能级间的基本跃迁过程有哪些，发光二极管及激光器的主要跃迁机制分别是哪 种？ 计算 Pn结的内建电势及耗尽区宽度
半导体期末复习补充材料 一、名词解释 １、准费米能级 费米能级和统计分布函数都是指的热平衡状态，而当半导体的平衡态遭到破坏而存在非平衡载流子时，可以认为分就导带和价带中的电子来讲，它们各自处于平衡态，而导带和价带之间处于不平衡态，因而费米能级和统计分布函数对导带和价带各自仍然是适用的，可以分别引入导带费米能级和价带费米能级，它们都是局部的能级，称为“准费米能级”，分别用E F n、E F p表示。 ２、直接复合、间接复合 直接复合—电子在导带和价带之间直接跃迁而引起电子和空穴的直接复合。 间接复合—电子和空穴通过禁带中的能级（复合中心）进行复合。 ３、扩散电容 PN结正向偏压时，有空穴从P区注入N区。当正向偏压增加时，由P区注入到N区的空穴增加，注入的空穴一部分扩散走了，一部分则增加了N区的空穴积累，增加了载流子的浓度梯度。在外加电压变化时，N扩散区内积累的非平衡空穴也增加，与它保持电中性的电子也相应增加。这种由于扩散区积累的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应，称为P-N结的扩散电容。用CD表示。 4、雪崩击穿 随着PN外加反向电压不断增大，空间电荷区的电场不断增强，当超过某临界值时，载流子受电场加速获得很高的动能，与晶格点阵原子发生碰撞使之电离，产生新的电子—空穴对，再被电场加速，再产生更多的电子—空穴对，载流子数目在空间电荷区发生倍增，犹如雪崩一般，反向电流迅速增大，这种现象称之为雪崩击穿。 1、PN结电容可分为扩散电容和过渡区电容两种，它们之间的主要区别在于 扩散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内，其机理为少子的充放 电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。 2、当MOSFET器件尺寸缩小时会对其阈值电压V T产生影响，具体地，对 于短沟道器件对V T的影响为下降，对于窄沟道器件对V T的影响为上升。 3、在NPN型BJT中其集电极电流I C受V BE电压控制，其基极电流I B受V BE 电压控制。 4、硅-绝缘体SOI器件可用标准的MOS工艺制备，该类器件显著的优点是 寄生参数小，响应速度快等。 5、PN结击穿的机制主要有雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿等等几种，其中发
半导体基础知识和半导 体器件工艺 Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
半导体基础知识和半导体器件工艺 第一章半导体基础知识 通常物质根据其导电性能不同可分成三类。第一类爲导体，它可以很好的传导电流，如：金属类，铜、银、铝、金等；电解液类：NaCl水溶液，血液，普通水等以及其他一些物体。第二类爲绝缘体，电流不能通过，如橡胶、玻璃、陶瓷、木板等。第三类爲半导体，其导电能力介於导体和绝缘体之间，如四族元素Ge锗、Si矽等，三、五族元素的化合物GaAs砷化镓等，二、六族元素的化合物氧化物、硫化物等。 物体的导电能力可以用电阻率来表示。电阻率定义爲长1厘米、截面积爲1平方厘米的物质的电阻值，单位爲欧姆*厘米。电阻率越小说明该物质的导电性能越好。通常导体的电阻率在10-4欧姆*厘米以下，绝缘体的电阻率在109欧姆*厘米以上。 半导体的性质既不象一般的导体，也不同于普通的绝缘体，同时也不仅仅由於它的导电能力介於导体和绝缘体之间，而是由於半导体具有以下的特殊性质： (1) 温度的变化能显着的改变半导体的导电能力。当温度升高时，电阻率会降低。比如Si在200℃时电阻率比室温时的电阻率低几千倍。可以利用半导体的这个特性制成自动控制用的热敏元件（如热敏电阻等），但是由於半导体的这一特性，容易引起热不稳定性，在制作半导体器件时需要考虑器件自身産生的
热量，需要考虑器件使用环境的温度等，考虑如何散热，否则将导致器件失效、报废。 (2) 半导体在受到外界光照的作用是导电能力大大提高。如硫化镉受到光照後导电能力可提高几十到几百倍，利用这一特点，可制成光敏三极管、光敏电阻等。 (3) 在纯净的半导体中加入微量（千万分之一）的其他元素（这个过程我们称爲掺杂），可使他的导电能力提高百万倍。这是半导体的最初的特徵。例如在原子密度爲5*1022/cm3的矽中掺进大约5X1015/cm3磷原子，比例爲10-7（即千万分之一），矽的导电能力提高了几十万倍。 物质是由原子构成的，而原子是由原子核和围绕它运动的电子组成的。电子很轻、很小，带负电，在一定的轨道上运转；原子核带正电，电荷量与电子的总电荷量相同，两者相互吸引。当原子的外层电子缺少後，整个原子呈现正电，缺少电子的地方産生一个空位，带正电，成爲电洞。物体导电通常是由电子和电洞导电。 前面提到掺杂其他元素能改变半导体的导电能力，而参与导电的又分爲电子和电洞，这样掺杂的元素（即杂质）可分爲两种：施主杂质与受主杂质。 将施主杂质加到矽半导体中後，他与邻近的4个矽原子作用，産生许多自由电子参与导电，而杂质本身失去电子形成正离子，但不是电洞，不能接受电子。这时的半导体叫N型半导体。施主杂质主要爲五族元素：锑、磷、砷等。 将施主杂质加到半导体中後，他与邻近的4个矽原子作用，産生许多电洞参与导电，这时的半导体叫p型半导体。受主杂质主要爲三族元素：铝、镓、铟、硼等。
半导体器件物理复习题 第二章： 1） 带隙：导带的最低点和价带的最高点的能量之差，也称能隙。 物理意义：带隙越大，电子由价带被激发到导带越难，本征载流子浓度就越低，电导率也就越低 2）什么是半导体的直接带隙和间接带隙？ 其价带顶部与导带最低处发生在相同动量处(p ＝0)。因此，当电子从价带转换到导带时，不需要动量转换。这类半导体称为直接带隙半导体。 3）能态密度：能量介于E ～E+△E 之间的量子态数目△Z 与能量差△E 之比 4）热平衡状态：即在恒温下的稳定状态.(且无任何外来干扰,如照光、压力或电场). 在恒温下,连续的热扰动造成电子从价带激发到导带，同时在价带留下等量的空穴.半导体的电子系统有统一的费米能级,电子和空穴的激发与复合达到了动态平衡，其浓度是恒定的，载流子的数量与能量都是平衡。即热平衡状态下的载流子浓度不变。 5）费米分布函数表达式？ 物理意义：它描述了在热平衡状态下,在一个费米粒子系统（如电子系统）中属于能量E 的一个量子态被一个电子占据的概率。 6 本征半导体价带中的空穴浓度： 7）本征费米能级Ei ：本征半导体的费米能级。在什么条件下，本征Fermi 能级靠近禁带的中央：在室温下可以近似认为费米能级处于带隙中央 8）本征载流子浓度n i : 对本征半导体而言，导带中每单位体积的电子数与价带每单位体积的空穴数相同, 即浓度相同，称为本征载流子浓度，可表示为n ＝p ＝n i . 或：np=n i 2 9) 简并半导体：当杂质浓度超过一定数量后，费米能级进入了价带或导带的半导体。 10) 非简并半导体载流子浓度: 且有: n p=n i 2 其中: n 型半导体多子和少子的浓度分别为: p 型半导体多子和少子的浓度分别为:
下一代新型半导体器件及工艺基础研究 微电子技术无论是从其发展速度和对人类社会生产、生活的影响，都可以说是科学技术史上空前的，微电子技术已经成为整个信息产业的基础和核心。 自1958年集成电路发明以来，为了提高电子集成系统的性能，降低成本，集成电路的特征尺寸不断缩小，制作工艺的加工精度不断提高，同时硅片的面积不断增大。40多年来，集成电路芯片的发展基本上遵循了摩尔定律，即每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸缩小√2倍。集成电路芯片的特征尺寸已经从1978年的10／xm发展到现在的0．13-0．10txm；硅片的直径也逐渐由2英寸、3英寸、4英寸、6英寸、8英寸发展到12英寸。在这期间，虽然有很多人预测这种发展趋势将减缓，但微电子产业发展的事实证实了Moore的预言，而且根据预测，微电子技术的这种发展趋势至少在今后10多年内还将继续下去，这是其它任何产业都无法与之比拟的。 现在，0．13lam的CMOS工艺技术已进人大生产，0．04微米乃至0．01微米的器件已在实验室中制备成功，研究工作已进入亚0．1lam技术阶段，相应的栅氧化层厚度只有2．0-1．0nm。预计到2014年，特征尺寸为0．035lam的电路将投入批量生产。 2000年以来，虽然世界微电子产业进入低谷，即使如此，但从微电子技术发展方面来讲，微电子却进入了一个快速发展的阶段。自1999年以来，原来集成电路工艺每3年提升一代的规律在进入21世纪后变为两年提升一代，这说明全球的微电子产业正在借这一轮微电子产业不景气的空隙做技术上的储备，为迎接新一轮微电子产业的快速发展作着积极的准备。 近年来，虽然国际微电子产业处于低谷，但中国的微电子产业却一枝独秀，仍然保持着每年30％以上的递增速度。特别是随着中芯国际、华虹NEC、天津Motorola等一批大规模、高水平集成电路制造企业的建成，国际上先进的半导体工艺正被迅速地直接引入到我国，制造工艺技术达到了0．25、0．18甚至0．13lam工艺水平，因此可以说我国微电子产业已经进入了一个跳跃式发展阶段。 为了加强我国微电子产业的竞争力，北京大学、中国科学院微电子中心、清华大学、中国科学院半导体研究所、中国科学院上海微系统与信息技术研究所等单位共同提出了973项目"系统芯片(SystemOn a Chip)中新器件新工艺基础研究"，致力研究下一代SOC发展过程中遇到的半导体新器件新工艺领域的基础科学问题。本文介绍的主要内容就是我们在该973项目研究中取得的部分新器件、新工艺方面的研究成果。 MILC平面双栅器件 双栅器件独特的优点已被公认为纳米量级器件的优选结构，平面双栅器件由于白对准双栅技术的问题一直处于探索之中，虽然已提出一些方法，如激光退火，选择外延生长，侧向外延生长等，但都非常复杂，成本也很高，而得到的器件的寄生电阻比预期高很多。在平面双栅器件工艺集成技术方面一直是一个研究热点。我们利用MILC和高温退火技术提出了一种新的简单的自对准双栅MOS晶体管制备技术，为平面双栅器件的实现提供了新的思路。 图1为我们得到的单晶自对准双栅MOS晶体管的电流电压特性曲线。为比较起见，我们在同一工艺过程中，制作了常规单栅SOl MOS晶体管。双栅器件的沟道长度、沟道宽度、栅氧化层厚度以及沟道区硅膜的厚度分别为0．36μm、0．72μm、lOnm和40nm，测量得到的有效电子迁
半导体基础知识和半导体器件工艺 第一章半導體基礎知識 通常物質根據其導電性能不同可分成三類。第一類爲導體，它可以很好的傳導電流，如：金屬類，銅、銀、鋁、金等；電解液類：NaCl 水溶液，血液，普通水等以及其他一些物體。第二類爲絕緣體，電流不能通過，如橡膠、玻璃、陶瓷、木板等。第三類爲半導體，其導電能力介於導體和絕緣體之間，如四族元素Ge鍺、Si矽等，三、五族元素的化合物GaAs砷化鎵等，二、六族元素的化合物氧化物、硫化物等。 物體的導電能力可以用電阻率來表示。電阻率定義爲長1 釐米、截面積爲1 平方釐米的物質的電阻值，單位爲歐姆*釐米。電阻率越小說明該物質的導電性能越好。通常導體的電阻率在10-4 歐姆*釐米以下，絕緣體的電阻率在109 歐姆*釐米以上。 半導體的性質既不象一般的導體，也不同于普通的絕緣體，同時也不僅僅由於它的導電能力介於導體和絕緣體之間，而是由於半導體具有以下的特殊性質： (1) 溫度的變化能顯著的改變半導體的導電能力。當溫度升高時，電阻率會降低。 比如Si在200C時電阻率比室溫時的電阻率低幾千倍。可以利用半導體的這個特性製成自動控制用的熱敏元件 (如熱敏電阻等)，但是由於半導體的這一特性，容易引起熱不穩定性，在製作半導體器件時需要考慮器件自身産生的熱量，需要考慮器件使用環境的溫度等，考慮如何散熱，否則將導致器件失效、報廢。 （2）半導體在受到外界光照的作用是導電能力大大提高。如硫化鎘受到光照後導電能力可提高幾十到幾百倍，利用這一特點，可製成光敏三極管、光敏電阻等。
（3）在純淨的半導體中加入微量（千萬分之一）的其他元素（這個過程我們稱爲摻雜），可使他的導電能力提高百萬倍。這是半導體的最初的特徵。例如在原子密度爲 5*1022/cm3 的矽中摻進大約5X1015/cm3 磷原子，比例爲10-7（即千萬分之一），矽的導電能力提高了幾十萬倍。 物質是由原子構成的，而原子是由原子核和圍繞它運動的電子組成的。電子很輕、很小，帶負電，在一定的軌道上運轉；原子核帶正電，電荷量與電子的總電荷量相同，兩者相互吸引。當原子的外層電子缺少後，整個原子呈現正電，缺少電子的地方産生一個空位，帶正電，成爲電洞。物體導電通常是由電子和電洞導電。 前面提到摻雜其他元素能改變半導體的導電能力，而參與導電的又分爲電子和電洞，這樣摻雜的元素（即雜質）可分爲兩種：施主雜質與受主雜質。 將施主雜質加到矽半導體中後，他與鄰近的4個矽原子作用，産生許多自由電子參與導電，而雜質本身失去電子形成正離子，但不是電洞，不能接受電子。這時的半導體叫N 型半導體。施主雜質主要爲五族元素：銻、磷、砷等。將施主雜質加到半導體中後，他與鄰近的4 個矽原子作用，産生許多電洞參與導電，這時的半導體叫p 型半導體。受主雜質主要爲三族元素：鋁、鎵、銦、硼等。電洞和電子都是載子，在相同大小的電場作用下，電子導電的速度比電洞快。電洞和電子運動速度的大小用遷移率來表示，遷移率愈大，截流子運動速度愈快。\ 假如把一些電洞注入到一塊N型半導體中，N型就多出一部分少數載子一一電洞， 但由於N型半導體中有大量的電子存在，當電洞和電子碰在一起時，會發生作用, 正負電中和，這種現象稱爲複合 單個N型半導體或P型半導體是沒有什麽用途的。但使一塊完整的半導體的一部分是N 型，另一部分爲P型，並在兩端加上電壓，我們會發現有很奇怪的現象。如果將P型半導體接電源的正極，N型半導體接電源的負極，然後緩慢地加電壓。當電壓很小時，一般小
电子显微神兵利器：各种型号的透射电子显微镜透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy,TEM）是通过穿透样品的电子束进行成像的放大设备。电子束穿过样品以后，带有样品之中关于微结构及组成等方面的信息，将这些信息进行方法和处理，便可得到所需要的显微照片及多种图谱。现在商业透射电镜最高的分辨率已经达到了0.8 ?，透射电镜作为一种极为重要的电子显微设备，在包括材料、生物、化学、物理等诸多领域发挥着不可替代的重要作用。 下面简单介绍一些不同品牌和型号的透射电镜。世界上能生产透射电镜的厂家不多，主要是欧美日的大型电子公司，德国的蔡司（Zeiss），美国的FEI（电镜部门的前身是飞利浦的电子光学公司），日本的日本电子（JEOL）、日立（Hitachi）。 蔡司公司是德国老牌光学仪器公司，光学仪器，如光学显微镜、照相机、以及军事用途的光学瞄准器都是世界一流水平，二战时德国强大的坦克部队都是用的蔡司的瞄准系统，精确度相当的高！虽然蔡司涉足电子光学领域要晚于西门子和飞利浦（西门子和飞利浦分别于1939和1949年造出自己的第一台商业化透射电镜），但其强大的研发和生产能力使其很快在电子光学仪器领域占得了一席之地，下面介绍几款蔡司的产品。
Libra 120 (Libra是“天秤座”，蔡司的电镜型号无论透射扫描都是以星座的名字命名的) 技术参数： LIBRA 120 点分辨率：0.34nm 能量分辨率：＜1.5eV 加速电压：（20）40-120kv 放大倍率：8-630，000x 电子枪：LaB6或W 照明系统：Koehler（库勒）（平行束照明系统） 真空系统：完全无油系统 操作界面：基于Windows XP WinTEM 此款电镜分辨率较低，加速电压最高仅120KV，比主流的200KV低了不少，看似性能一般。
2016年半导体器件与工艺课程设计 设计报告 项目名称 SRAM读写特性设计 参与者姜云飞黄思贤牛永文 所在学院电子科学与应用物理学院 专业年级电子科学与技术13-1班 指导教师宣晓峰 报告人牛永文 时间 2016.6
一、课程设计的内容与题目要求 1、内容 设计一个SRAM与非门，分析其读写特性。 SRAM结构 2、题目要求 的NMOS，在MDRAW下对器件1）MDRAW工具分别设计一个栅长为0.18m 必要的位置进行网格加密； 2）先通过dessis模拟确定NMOS的转移特性，确定器件结构、掺杂及阈值电压等无错误。 3）再根据设计目标，确定SRAM的网表，其负载电容取3e-13F（模拟在位线负载电容等）； 4）编制dessis模拟程序，在模拟程序中设定SRAM中各组件的连接，分析此器件的读写特性； 5）应用INSPECT工具对比输入信号、输出信号和电流信号，查看其性能； 6）调节电路设计以及NMOS的结构（栅宽、栅氧厚度、掺杂等），优化其读写速度。 二、课程设计的工艺流程 1、器件构建
的NMOS管(如图1.1) 运用MDRAW工具设计一个栅长为0.18m 图 1.1 2、器件掺杂 运用MDRAW对设计好的NMOS进行掺杂（如图1.2和图.3） 图 1.2
图1.3 3、网络生成 掺杂完成后，点击Mesh—Build Mesh，构建网络（如图1.4） 图1.4
三、课程设计的仿真结果 1、dessis模拟NMOS管的特性 1）dessis程序的编写 File{ Grid=”Nmos2_mdr.grd” Doping=”Nmos2_mdr.dat” Plot=”nmos_des.dat” Current=”nmos_des.plt” Output=”nmos_des.log” } Electrode{ {Name=”source”Voltage=0.0} {Name=”drain”Voltage=0.1} {Name=”gate”Voltage=0.0 Barrier=-0.55} {Name=”s”Voltage=0.0} } Plot{ eDensityhDensityeCurrenthCurrent Potential SpaceChargeElectricField eMobilityhMobilityeVelocityhVelocity Doping DonorConcebtration AcceptorConcentration } Physics{ Mobility (DopingDepHighFieldSatEnormal) EffectivelntrinsicDensity(BandGapNarrowing (OldSlotboom)) } Math{ Extrapolate RelErrControl } Solve{ Poisson Coupled{Poisson Electron} Quasistatioonary (Maxstep=0.05 Goal{name=”gate” voltage=2.0}) {Coupled{Poisson Electron}}
材料现代分析技术 课程设计 2014 ~ 2015学年第一学期 设计题目透射电子显微镜电子衍射 专业年级2013级材料科学与工程 姓名学号陈巧林3135902043 指导教师张明昕 成绩 福建农林大学材料工程/学院 2015 年 1 月 3 日
目录 第一章透射电子显微镜结构和主要性能参数 1.1 概述 1.2 透射电子显微镜的结构 1.2.1 电子光学部分 1.2.2 真空系统 1.2.3 供电控制系统 1.3 透射电子显微镜主要的性能参数 1.3.1 分辨率 1.3.2 放大倍数 1.3.3 加速电压 第二章透射电镜的成像原理与电子衍射 2.1 透射电镜的成像方式 2.2衬度理论 2.3 电子衍射原理 2.3.1 布拉格定律 2.3.2 倒易点阵与爱瓦尔德球图解法 2.4 电子衍射基本公式 2.5 电子显微镜中的电子衍射 2.5.1有效相机常数 2.5.2选区电子衍射 2.5.3 透射电镜的电子衍射花样 2.6选区电子衍射注意事项 2.6.1常见的几种衍射图谱 2.6.2单晶电子衍射花样的标定 第三章透射电子显微镜分析样品制备 3.1 透射电镜复型技术（间接样品） 3.1.1塑料——碳二级复型 3.1.2萃取复型（半直接样品） 3.2 金属薄膜样品的制备 3.2.1薄膜制备的基本要求 3.2.2一般程序 3.3 陶瓷材料试样的制备 3.3.1颗粒试样的制备方法 3.3.2陶瓷薄膜试样（离子减薄）
第一章透射电子显微镜结构和主要性能参数 1.1 概述 透射电子显微镜(Transmission electron microscopy，缩写TEM），简称透射电镜，是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像，影像将在放大、聚焦后在成像器件（如荧光屏、胶片、以及感光耦合组件）上显示出来。 由于电子的德布罗意波长非常短，透射电子显微镜的分辨率比光学显微镜高的很多，可以达到0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍。因此，使用透射电子显微镜可以用于观察样品的精细结构，甚至可以用于观察仅仅一列原子的结构，比光学显微镜所能够观察到的最小的结构小数万倍。TEM在中和物理学和生物学相关的许多科学领域都是重要的分析方法，如癌症研究、病毒学、材料科学、以及纳米技术、半导体研究等等。 在放大倍数较低的时候，TEM成像的对比度主要是由于材料不同的厚度和成分造成对电子的吸收不同而造成的。而当放大率倍数较高的时候，复杂的波动作用会造成成像的亮度的不同，因此需要专业知识来对所得到的像进行分析。通过使用TEM不同的模式，可以通过物质的化学特性、晶体方向、电子结构、样品造成的电子相移以及通常的对电子吸收对样品成像。 第一台TEM由马克斯·克诺尔和恩斯特·鲁斯卡在1931年研制，这个研究组于1933年研制了第一台分辨率超过可见光的TEM，而第一台商用TEM于1939年研制成功。第一部实际工作的TEM，现在在德国慕尼黑的的遗址博物馆展出。恩斯特·阿贝最开始指出，对物体细节的分辨率受到用于成像的光波波长的限制，因此使用光学显微镜仅能对微米级的结构进行放大观察。通过使用由奥古斯特·柯勒和莫里茨·冯·罗尔研制的紫外光显微镜，可以将极限分辨率提升约一倍。然而，由于常用的玻璃会吸收紫外线，这种方法需要更昂贵的石英光学元件。当时人们认为由于光学波长的限制，无法得到亚微米分辨率的图像。 1928年，柏林科技大学的高电压技术教授阿道夫·马蒂亚斯让马克斯·克诺尔来领导一个研究小组来改进阴极射线示波器。这个研究小组由几个博士生组成，这些博士生包括恩斯特·鲁斯卡和博多·冯·博里斯。这组研究人员考虑了透镜设计和示波器的列排列，试图通过这种方式来找到更好的示波器设计方案，同时研制可以用于产生低放大倍数（接近1:1）的电子光学原件。1931年，这个研究组成功的产生了在阳极光圈上放置的网格的电子放大图像。这个设备使用了两个磁透镜来达到更高的放大倍数，因此被称为第一台电子显微镜。在同一年，西门子公司的研究室主任莱因霍尔德·卢登堡提出了电子显微镜的静电透镜的专利。 自从60年代以来，商品透射电子显微镜都具有电子衍射功能，而且可以利用试样后面的透镜，选择小至1微米的区域进行衍射观察，称为选区电子衍射，而在试样之后不用任何透镜的情形称高分辨电子衍射。带有扫描装置的透射电子显微镜可以选择小至数千埃甚至数百埃的区域作电子衍射观察，称微区衍射。入射电子束一般聚焦在照相底板上，但也可以聚焦在试样上，此时称会聚束电子衍射。
第一章 常用半导体器件 自 测 题 一、判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果填入空内。 （1）在N 型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P 型半导体。（ ） （2）因为N 型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。（ ） （3）PN 结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（ ） （4）处于放大状态的晶体管，集电极电流是多子漂移运动形成的。 （ ） （5）结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其R G S 大的特点。（ ） （6）若耗尽型N 沟道MOS 管的U G S 大于零，则其输入电阻会明显变小。（ ） 解：（1）√ （2）× （3）√ （4）× （5）√ （6）× 二、选择正确答案填入空内。 （1）PN 结加正向电压时，空间电荷区将 。 A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽 （2）设二极管的端电压为U ，则二极管的电流方程是 。 A. I S e U B. T U U I e S C. )1e (S －T U U I （3）稳压管的稳压区是其工作在 。 A. 正向导通 B.反向截止 C.反向击穿 （4）当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应为 。 A. 前者反偏、后者也反偏 B. 前者正偏、后者反偏 C. 前者正偏、后者也正偏 （5）U G S ＝0V 时，能够工作在恒流区的场效应管有 。 A. 结型管 B. 增强型MOS 管 C. 耗尽型MOS 管 解：（1）A （2）C （3）C （4）B （5）A C
三、写出图T1.3所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压U D＝0.7V。 图T1.3 解：U O1≈1.3V，U O2＝0，U O3≈－1.3V，U O4≈2V，U O5≈1.3V， U O6≈－2V。 四、已知稳压管的稳压值U Z＝6V，稳定电流的最小值I Z mi n＝5mA。求图T1.4所示电路中U O1和U O2各为多少伏。 图T1.4 解：U O1＝6V，U O2＝5V。
半导体器件基础知识（翻译版）是清华大学出版社于2008年出版的一本书，由安德森和田丽琳撰写。这本书不仅是一本很好的教科书，而且还是微电子学及相关领域的工程技术人员的参考书。 内容有效性 “外国大学的优秀教科书·微电子学丛书（翻译本）·半导体器件的基础知识”不仅包括量子力学，半导体物理学和半导体器件（包括二极管，场效应晶体管，双极晶体管和光电器件）的基本工作原理，还介绍了现代半导体器件的最新发展以及器件的实际应用。例如，分析和推导了对现代小型设备的电气特性有重大影响的二次效应，并给出了描述小型设备特性的最新数学表达式。考虑到异质结场效应器件，双极型器件和光电器件的日益增长的应用，本书着重介绍了半导体异质结构。由于半导体制造设备和工艺的进步，随着技术的发展，“能带工程”得以实现，从而带来了器件性能的提高。因此，在介绍硅材料和硅器件的基础上，还介绍了化合物半导体器件，合金器件（如SiGe，AlGaAs）和异质结器件。通过香料模拟了器件的IV特性，以及稳态和瞬态。对简单电路进行分析。
贝蒂·里斯·阿尔德森（Betty lise arldexson）博士是俄亥俄州立大学技术学院的电气工程教授。她教授各种本科和研究生课程。他已经在该行业工作了9年，并拥有丰富的研究经验。他目前从事用于通信，雷达和信息处理的光电设备的研究。因此，与实际的设备应用紧密结合也是半导体设备基础（翻译版）的一个特征。 编辑推荐 “外国大学的优秀教材·微电子学丛书（翻译本）·半导体器件的基础知识”共分为5部分和11章，全面介绍了半导体材料的基本特性和半导体器件的基本工作原理。从器件物理和工程应用的角度，本文对现代半导体器件进行了全面而实用的描述。在内容方面，“外国大学优秀教科书·微电子学丛书（翻译本）·半导体器件的基础知识”不仅介绍了量子力学，半导体物理学以及半导体器件（包括二极管，场效应晶体管，双极晶体管）的基本工作原理和光电器件），还包括现代半导体器件的最新发展和器件的应用。在介绍硅材料和硅器件的基础上，还介绍了化合物半导体器件，合金器件（例如SiGe，藻类）和异质结器件。作者强调了解决定半导体材料和器件电学性质的物理过程以及器件的实际应用。通过研究“国外大学优
半导体器件物理复习题 第二章: 1) 带隙：导带的最低点和价带的最高点的能量之差，也称能隙。 物理意义：带隙越大,电子由价带被激发到导带越难，本征载流子浓度就越低,电导率也就越低 ２)什么是半导体的直接带隙和间接带隙？ 其价带顶部与导带最低处发生在相同动量处(p=0)。因此,当电子从价带转换到导带时,不需要动量转 换。这类半导体称为直接带隙半导体。 ３）能态密度:能量介于Ｅ～E ＋△E 之间的量子态数目△Z 与能量差△E 之比 4）热平衡状态：即在恒温下的稳定状态.(且无任何外来干扰，如照光、压力或电场). 在恒温下,连续的热扰动造成电子从价带激发到导带，同时在价带留下等量的空穴.半导体的电子系统有统一的费米能级,电子和空穴的激发与复合达到了动态平衡，其浓度是恒定的,载流子的数量与能量都是平衡。即热平衡状态下的载流子浓度不变。 5）费米分布函数表达式？ 物理意义:它描述了在热平衡状态下,在一个费米粒子系统（如电子系统)中属于能量E 的一个量子态被一个电子占据的概率。 ６）本征半导体导带的电子浓度 本征半导体价带中的空穴浓度： 7)本征费米能级E ｉ:本征半导体的费米能级。在什么条件下，本征F ｅrm ｉ能级靠近禁带的中央: 在室温下可以近似认为费米能级处于带隙中央 8）本征载流子浓度n ｉ: 对本征半导体而言,导带中每单位体积的电子数与价带每单位体积的空穴数相同,即浓度相同,称为本征载流子浓度，可表示为n=ｐ=n ｉ． 或:np=n ｉ2 9) 简并半导体：当杂质浓度超过一定数量后,费米能级进入了价带或导带的半导体。 10） 非简并半导体载流子浓度: 且有: n p=n i 2 其中: n ｐ型半导体多子和少子的浓度分别为： 第三章: 1）迁移率：是指载流子(电子和空穴)在单位电场作用下的平均漂移速度，即载流子在电场作用下运动速度的快慢的量度，运动得越快, 迁移率越大。定义为: ２）漂移电流： 载流子在热运动的同时,由于电场作用而产生的沿电场力方向的定向运动称作漂移运动。所构成的电流为漂移电流。定向运动的平均速度叫做漂移速度。在弱电场下，载流子的漂移速度v 与电场强度Ｅ成正比, 定义为: m q c τμ=