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复旦-半导体器件-仇志军绪论课件.

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第14章 半导体器件 ppt课件

第14章 半导体器件 ppt课件

§14.3 二极管
14.3.1 基本结构
PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
符号
P 阳极
P
+
D
N
—
N 阴极
二极管1N4148
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
14.3.1 基本结构
☆ 按结构分类：有点接触型、面接触型和平面型三类。
引线
阳极引线
小 功
大
外壳
功
铝合金小球
PN 结
率 高 频
触丝 N 型锗
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14.2.2 PN结的单向导电性
PN结加正向电压，即正向偏置： P区加正电压、N区加负电压。
PN结加反向电压，即反向偏置： P区加负电压、N区加正电压。
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
PN结正向偏置——呈低阻导通状态
空间电荷区变薄
P
－+
+
－+
－+ 正向电流
☆ N型半导体
硅或锗 + 少量磷 N型半导体 硅原子
磷离子
Si
Si
多余电子
P+
Si
N型硅表示 +
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
☆ P型半导体
硅或锗 + 少量硼 P型半导体
硅原子
Si Si
空穴
硼离子
B-
Si
P型硅表示
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+3V A
0V B
DA DB
R

复旦大学(微电子)半导体器件第八章MOSFET-37页PPT精品文档

复旦大学(微电子)半导体器件第八章MOSFET-37页PPT精品文档
区后就会出现速度饱和效应。
体电荷效
• 前面给出MOSFET特性公式：
ID S C ox n W L V G S V T V D S 1 2 V D 2 S
在该公式中认为沟道中耗尽层宽度是不变的，实际上由于漏端和 源端存在电势差，沟道的宽度当然也不一样，考虑到这个因素以 后必须计入沟道体电荷变化部分对阈值电压的贡献。
3o 体电荷效应； 4o 沟道长度调制效应； 5o 源漏串联电阻寄生效应； 6o 亚阈值效应； 7o 衬偏效应； 8o 短沟道效应。 9o CMOS闭锁效应；
亚阈值效应
• 回忆我们前面假设表面呈现强反型时MOSFET沟道开 始形成，源、漏之间开始导通。
• 实际上MOSFET源、漏之间加上电压以后，源端PN结 处于正向，就会有非平衡载流子注入，漏端PN结就会 收集到注入的非平衡载流子，同时还有反向的产生电 流（包括表面态的产生电流），所以在强反型之前源、 漏之间就会有电流，这就称为亚阈值电流。
减小 Overlap，降低寄生电容，可采用自对准多晶硅栅工艺。
MOSFET 的开关特性
+VDD
v (t)
vGS (t)
RD
VT
+
vDS (t)
+ vGS(t)
C vDS(t)
90%
10%
t


0 ton
toff
MOS 倒相器开关特性：
IDS
Ioff 0（亚阈值电流）； Von 0（导通有电阻）；
四种 MOSFET 的输出特性
NMOS（增强型）
NMOS（耗尽型）
PMOS（增强型）
PMOS（耗尽型）
沟道长度调制效应
• 沟道长度调制效应使输出特性的饱和区发生倾 斜。

复旦大学半导体器件物理教学讲义 (2)

复旦大学半导体器件物理教学讲义 (2)

复旦大学半导体器件物理教学讲义1. 引言本讲义旨在介绍复旦大学半导体器件物理课程的基本内容和教学目标。

半导体器件物理是电子信息类专业中重要的一门基础课程，通过学习本课程，学生将会了解半导体器件的基本工作原理、结构和特性。

同时，本课程也将为学生打下坚实的物理基础，为日后进一步研究和应用半导体器件打下基础。

2. 课程概述本课程主要包括以下内容：•半导体物理基础知识：介绍半导体物理学领域的基本概念和理论基础，包括晶体结构、载流子的能带理论和半导体的电子运动等内容。

•半导体材料和器件的制备技术：介绍半导体材料和器件的制备方法和工艺技术，涵盖了光刻、薄膜沉积、离子注入等常用技术。

•半导体器件的基本结构和工作原理：详细介绍半导体器件的基本结构，包括二极管、晶体管、场效应管等，以及它们的工作原理和特性。

•器件参数的测量和测试方法：介绍半导体器件参数的测量方法和测试仪器，学习如何准确测量器件的电流、电压等参数。

•半导体器件的应用：对一些常见的半导体器件应用进行介绍，如功放器件、放大器器件、接收机等。

3. 教学目标经过本课程的学习，学生应该能够达到以下目标：1.理解半导体物理学的基本概念和理论，包括晶体结构和半导体能带理论。

2.掌握半导体器件的基本工作原理和特性，包括二极管、晶体管、场效应管等。

3.了解常用的半导体器件制备技术和工艺流程。

4.能够使用测试仪器测量和测试半导体器件的相关参数。

5.熟悉一些半导体器件的常见应用。

4. 教学内容安排本课程的教学内容安排如下：教学模块内容学时安排（小时）模块一半导体物理基础知识6模块二半导体材料和器件制备6模块三半导体器件的结构和工作原理10模块四器件参数的测量和测试4模块五半导体器件的应用45. 评价方式本课程的评价方式包括平时成绩和期末考试成绩两部分。

平时成绩包括：实验报告、作业、课堂练习、出勤情况等，占总成绩的30%。

期末考试成绩占总成绩的70%。

6. 参考教材•S.M. Sze，《半导体器件物理学》，电子工业出版社，2018年。

复旦半导体器件仇志军小尺寸MOSFET的特性专题培训课件

复旦半导体器件仇志军小尺寸MOSFET的特性专题培训课件
4.1.2 阈值电压“卷曲”（VT roll2. o原ff因）
p-Si
长沟道 MOSFET
2(xx2,y)(xs,y)
GCA：2(yx2, y) 0
p-Si
短沟道 MOSFET
2(xx2,y)2(yx2,y)(xs,y)
2 ( x,
y2
y)

0
4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应46/75
QB
dma Lx
L
NMOS
L r2 2 d m 2 1 a /2 x xj
VDS = 0
x j d m2 a d x m 21 /a 2 x x jxj
12dxmj ax1/2
1

QB '
QB
V 1T ' xLV jF 1 B 2 V 2B dx m j ax12 /2V B 1 V BS 1 x L j 1 2 d x m j a 1 /2 x 1
4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应58/75
4.1.2 阈值电压“卷曲”（VT roll3. o电ff荷）分享模型 (Poon-Yau)
讨论 QB’/QB（电荷分享因子 F ）
dmax/xj 较小时
dmax/xj 较大时
FQ Q B B ' 1x Lj12d xm j a1 x/211dm Lax
4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应170/75
4.1.3 反常短沟道效应（RSCE / VT roll-up）
1. 现象
4.1 MOSFET的短沟道效应和窄沟道效应181/75
4.1.3 反常短沟道效应（RSCE / VT roll-up）

复旦大学(微电子)半导体器件第五章PN结

复旦大学(微电子)半导体器件第五章PN结

第五章结•平衡态PN结；•PN结的伏安特性；•PN结的电容；•PN结的击穿特性；•PN结二极管的开关特性；•金-半肖特基接触和欧姆接触；•异质结：半导体器件的基本结构－PN结、金半结和异质结PN结空间电荷区•由于PN结两边载流子浓度不同造成载流子扩散运动，载流子扩散的结果在结附近出现了空间电荷区，该区域内电离施主和受主杂质的浓度远大于载流子浓度，有电离杂质产生的自建电场，阻止载流子进一步扩散。

•在空间电荷的区内有载流子的漂移流和扩散流，平衡情况下净电流为零。

平衡PN结能带图•空间电荷区内部各点不是电中性，但是整个空间电荷区正负电荷相等；•空间电荷区的电场使PN结两边出现电势差；•热平衡情况下费米能级保持水平；•空间电荷区以外均匀掺杂，是电中性区。

在该区域：导带、价带和费米能级之间的相对位置保持原样。

注意：P区电子的势能高于N区，空穴的势能正好相反，电势N区高于P。

⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=T k qV p p B D p n exp 00⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=T k qV n n B D n p exp 000exp F V V B E E p N k T ⎛⎞−=−⎜⎟⎝⎠0exp C F C B E E n N k T ⎛⎞−=−⎜⎟⎝⎠2l n B D ADik T N NVq n =正向电压下的窄势垒模型•势垒区（空间电荷区）很窄，势垒区两边边界处电子准费米能级保持水平；•势垒区以外的非平衡载流子扩散复合区由于非平衡载流子复合减少逐步趋于平衡，准费米能级趋向平衡费米能级。

该区域内非平衡少数载流子准费米能级变化大而非平衡多数载流子准费米能级变化很小。

从何入手计算伏安特性•假设理想情况包括：低掺杂的突变结、忽略势垒区复合、外加电压全部加在势垒区、小注入。

•因为外电压全部加在势垒区，所以选择势垒区边界计算电流。

•势垒边界的少子和多子都有扩散流和漂移流，非平衡少数载流子的漂移流非常小可以忽略。

•在忽略势垒区复合的情况下，势垒两边的非平衡少数载流子的扩散电流相加就是总电流。

第4章半导体器件72页PPT

第4章半导体器件72页PPT

自由电子：在晶格中运动；空穴：在共价键中运动
本征半导体中电流由两部分组成：
1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
温度越高，载流子的浓度越高，本征半导 体的导电能力越强，温度是影响半导体性能 的一个重要的外部因素，这是半导体的一大 特点。
4.1.2杂质半导体
P 型区
空间 电荷区
N 型区
19
注意:
1.空间电荷区中几乎没有载流子。
2.空间电荷区中内电场阻碍P 区中的空穴、N 区中的自由电子（都是多子）向对方运动 （扩散运 动）。
3.P 区中的自由电子和N 区中的空穴（都是少 子），数量有限，因此由它们形成的电流 很小。
20
4.2.2 PN结的单向导电性
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称 为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为 自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所 以本征半导体.载流子、自由电子和空穴
在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价 电子完全被共价键束缚，本征半导体中没有可 以自由运动的带电粒子（即载流子），它的导 电能力为 0，相当于绝缘体。
在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就 会使半导体的导电性能发生显著变化。
N型半导体（主要载流子为电子，电子半导体） P型半导体（主要载流子为空穴，空穴半导体）
N型半导体
硅或锗 +少量磷 N型半导体
硅原子 磷原子
Si
Si
多余电子
P
Si
N型硅表示 +
P型半导体
硅或锗 +少量硼 P型半导体
硅原子
空穴
Si Si
§4.1 半导体的基本知识

《半导体器件》PPT课件


b
+
D1
RL uO
D2
_
输出 波形
1.3.3 限幅电路
+ –
R
D1
D2
++
A Ri
––
工作原理
a. 当ui较小使二极管D1 、D1截止时
电路正常放大
b. 当ui 较大使二极管D1 或D1导通时
+ –
输入电压波形
ui
R
D1
D2
++
A Ri
––
0 t
R
+
D1
D2
++
A Ri
–
––
输出端电压波形
ui
因此，理想二极管正偏时，可视为短路线；反偏 时，可视为开路。
在分析整流，限幅和电平选择时，都可以把二极 管理想化。
1.3 半导体二极管的应用
1.3.1 在整流电路中的应用
整流电路（rectifying circuit）把交流电能转换为直流电能的电
路。
整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不 是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压，习惯上 称单向脉动性直流电压。
1.2 半导体二极管
二
1.2.1 半导体二极管的结构和类
极
型
外壳
引线 阳极引线
管
铝合金小球
就
是
PN结
一
N型锗片
触丝
个
N型硅
金锑合金
封
底座
装
的
阴极引线
PN
结
点接触型
平面型
半导体二极管的外型和符号
正极

复旦集成电路工艺课件-05


一般， g线和i线胶的对比度在2～3，而DUV胶的对比 度为5～10。
依赖于工艺参数，如：显影液、前烘时间、曝光后及
坚膜的温度，光源波长和硅片的表面形貌等
INFO130024.02
集成电路工艺原理
第四章 光刻原理 (下)
局部曝光区域决定图形的陡直度
6/41
f
2、临界调制传递函数CMTF (critical modulation transfer function)：胶分辨图形所需的 最小光学传递函数MTF。
18/41
光源
NGL: X射线(5Å)，电子束(0.62Å)，离子束(0.12 Å)
INFO130024.02
集成电路工艺原理
第四章 光刻原理 (下)
19/41
248 nm
193 nm
157 nm
13.5 nm
INFO130024.02
集成电路工艺原理
第四章 光刻原理 (下)
2、Reducing resolution factor k1
Wmin g
投影式（远场衍射）：分辨率、 焦深、MTF、不相干度S
R k1 NA
掩模版制作 光刻机工作模式： 接触式，接近式，投 影式（扫描式，步进 式，步进扫描式）
DOF k2
( NA)2

光刻胶：正胶/负胶 光刻胶的组成 i线/g线（PAC） DUV（PAG）
INFO130024.02
集成电路工艺原理
第四章 光刻原理 (下)
30/41
45, 32, 22 nm Technology nodes 全氟聚烷基醚油
INFO130024.02
集成电路工艺原理
第四章 光刻原理 (下)

第章半导体器件jppt课件


V2<Vi<V1时，D1、D2均截止，Vo=Vi。
例8
二极管的应用:画输出电压波形. ui
uR
t
ui
R
uR RL
uo
t
uo
t
本课应重点掌握的内容
1. 理解PN结的单向导电性； 2.了解二极管的基本构造、工作原理;
掌握二极管的特性曲线，理解主要参数的意义； 3.会分析含有二极管的电路；
结束
1.3 特殊二极管
A VDA
B
VDB
VDA导通后, VDB因反偏而截止, 起隔离作用, VDA起钳位作用, 将Y端的电位钳制在+2.7V。
Y
R
–12V
二极管导通后，管子上的管压降基本恒定。
例3
利用二极管的单向导电 性可作为电子开关
求vI1和vI2不同值组合时的 v0值（二极管为理想模型）。
解：
vI1 vI2
0V 0V 0V 5V 5V 0V 5V 5V
硅管0.6~0.7V, 锗 管0.2~0.3V。
U
阻很小。 （3）二极管反向截止时 ，反向电流很小，并几乎
死区电压 硅管
不变，称反向饱和电流。
0.5V,锗管0.2V。
（4）反向电压加大到一
定程度二极管反向击穿。
－＋
D
半导体二极管的参数
(1) 最大整流电流IOM
二极管连续工作时，允许流过的最大整流电流的平均值。 (2) 反向工作峰值电压UBWM
。
40A
20A IB=0 9 12 UCE(V)
输出特性三个区域的特点:
(1) 放大区
IC=IB , 且
(2) 饱和区
IC =
IB ， BE结正偏，BC结反偏

半导体器件 绪论


Source Gate
Gate Source Drain
Drain
Gate Oxide
Sapphire Substrate
Appenzeller, et al., PRL, 93, 19, 2019
Liu, et al., Nano Letters, 6, 34, 2019
2019/9/13
半导体器件物理
S
D
SiO2
Si back gate
High-quality nanotubes can be grown at specific positions
2.6 nm in diameter
1 mm
1.0 nm in diameter
1 mm
2019/9/13
IDS(nA)
-60 -50 -40 -30 -20 -10
Si Substrate
5 nm
Tri-Gate
Nanowire
5 nm
S DS
G
III-V Carbon Nanotube
FET
Future options subject to research & change
半导体器件物理
24
中国科学技术大学物理系微电子专业
2019/9/13
半导体器件物理
0 0.0 -0.2
半导体器件物理
-0.4 -0.6 VDS(V)
Vg: -4 V 0V
2V 6V
-0.8 -1.0 33
中国科学技术大学物理系微电子专业 Toward Integrated Nanotube Systems
N-type Field Effect Transistor
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二、本课程的任务
High-k + Metal Gate Transistors
45 nm High-k + Metal Gate Performance / Watt Benefits
>25x lower gate oxide leakage
>30% lower switching power
~30% higher drive current, or >5x lower source-drain leakage
10 Minimum Feature Size
Red Blood Cell
10000
0.1
Viruses
90nm 65nm 45nm
100
0.01 1970
1980
1990
2000
2010
10 2020
Transistor dimensions scale to improve performance and power and to reduce cost per transistor
电子器件
M-S（肖特基二极管） MOSFET 同质结 场效应 MES HEMT 结型 光子
光电子器件
杂质 pn pin PV 信息 热电堆 Schottky 光电 异质结 高莱管 能量 热 测辐射热计 （太阳电池） 热释电 LED 电光 同质结 LD DHLD 6/23 QWLD
一. 半导体器件的分类
gate oxide SiON
STI Si Si
STI
10/23
二、本课程的任务
Moore’s Law
Transistors doubling every 18 months towards the billion-transistor microprocessor
11/23
二、本课程的任务
Transistor Scaling
2/23
课程简介
参考书目
1. 2. 3. 4. 曾树荣，《半导体器件物理基础》，北京大学出版社 （2002）. 刘树林，张华曹，柴长春，《半导体器件物理》，电子 工业出版社（2005）. 黄均鼐，汤庭鳌，《双极型与MOS半导体器件原理》. 施敏（美）著，黄振岗译，《半导体器件物理》，电子 工业出版社（1987）. S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices, 2nd, John Wiley and Sons Inc. (1981). 刘永，张福海编著，《晶体管原理》，国防工业出版社 （2002）. S. Wolf， Silicon Processing for the VLSI Era, Vol. 3, Lattice Press (1995).
Nanometers
12/23
1
1000
Microns
二、本课程的任务
Economics of Moore’s Law
1010 10 100
பைடு நூலகம்
10-1
10-2
As the number of transistors goes UP
109
108
107
$ per 10-3 Transistor
10-4 10-5 10-6 10-7 ’70 ’75 ’80 ’85 ’90
3/23
5.
6.
课程简介
量子力学 统计物理
固体物理 半导体物理
半导体 材料
半导体 器件 半导体 集成电路
半导体 工艺
4/23
第一章 绪论
一、半导体器件的分类 二、本课程的任务 三、本课程的内容
5/23
一. 半导体器件的分类
双极 pn 双极型晶体管（BJT） npn、pnp HBT 晶闸管 npnp 本征 PC
65 nm Transistor 45 nm HK + MG
Hafnium-based high-k + metal gate transistors are the biggest advancement in transistor technology since the late 1960s 15/23
典型MOSFET制造工艺流程示意图
nitride spacers deep contact shallow contact PSG CMP Silicide poly-crystalline Si oxide extension implants junction implants PR
well implantations
p+
n B
p
C
B
8/23
一. 半导体器件的分类
金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）
N沟道MOSFET（N-channel）
Tox
Silicide
增强型NMOS
D
G S B
耗尽型NMOS
D
G
S
B
典型的CMOS双阱工艺：NMOS和 9/23 PMOS场效应晶体管剖面图
一. 半导体器件的分类
半导体器件原理
主讲人：仇志军
本部遗传楼309室 55664269 Email: zjqiu@ 助教：王晨禹14110720017@
1/23
课程简介
课程代码：INFO130023.03 （研讨性课程） 课程性质：专业必修 学分：4 时间：周一（6, 7）、周三（3, 4） 教室：Z2301 课程特点：公式多、微观物理过程多 课程要求：着重物理概念及物理模型；基本的推导和计算 课程考核：期末考试成绩 (90%)，作业+研讨+考勤 (10%)
J. Bardeen W. Brattain
W. Shockley
1956年诺贝尔物理奖
7/23
一. 半导体器件的分类
双极型晶体管（BJT） npn E
发射区 基区 集电区
n+
p
n
C
E
C
Silicide
Silicide
B
B
E pnp C
典型的Bipolar－NPN 晶体管剖面图
E
发射区 基区 集电区
16/23
二、本课程的任务
Microprocessor Chips
45 nm “Penryn” Microprocessor 410 million transistors
Price per transistor goes DOWN
Transistors 106 per Chip
105 104 103
’95
’00
’05
13/23
Source: WSTS/Dataquest/Intel
二、本课程的任务
晶体管尺寸持续快速缩小 Tox
Tox
14/23
二、本课程的任务
High-k + Metal Gate Transistors