微电子器件(3-9)

微电子技术微型电子器件与电路的研究与应用微电子技术是近年来快速发展的一门前沿技术，它涉及微型电子器件和电路的设计、制造、测试和应用等多个领域。

本文将介绍微电子技术在微型电子器件与电路研究和应用方面的一些重要进展和应用案例。

一、微电子器件的研究与应用1. MOSFETMOSFET是微电子器件中的一种关键器件，它是现代集成电路的基础。

通过研究不同工艺参数对MOSFET性能的影响，可以实现器件的优化设计。

同时，MOSFET在数字电路、模拟电路和功率电子等领域都有广泛应用。

2. MEMSMEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是一种将微机械系统与微电子技术相结合的新颖技术。

通过微纳加工工艺，制造出微小的机械结构，并借助电子技术对其进行控制和感知。

MEMS在加速度计、陀螺仪、微型传感器等领域有广泛应用。

3. NEMSNEMS（Nano-Electro-Mechanical Systems）是MEMS技术的延伸，主要研究纳米尺度的微型机械系统。

NEMS的特点是尺寸更小、力学性能更好，具有更高的灵敏度和更低的功耗。

NEMS在生物传感、纳米机器人等领域有重要应用前景。

二、微型电子电路的研究与应用1. 集成电路集成电路是将数百万甚至上亿个微型电子器件集成在一个芯片上的产物。

通过研究不同的集成电路设计与制造工艺，可以实现电路的小型化、高速化和低功耗化。

集成电路在计算机、通信、消费电子等领域的应用十分广泛。

2. 射频电路射频电路是指在无线通信系统中起中频、射频信号放大与处理的电路。

通过研究射频电路的设计和优化，可以实现无线通信设备的高性能和高可靠性。

射频电路在无线电通信、雷达、卫星通信等领域发挥重要作用。

3. 数模混合电路数模混合电路是指将数字电路和模拟电路相结合的电路。

它能够在数字信号处理的同时实现高精度的模拟信号处理，具有广泛的应用前景。

数模混合电路在音频处理、图像处理、模拟信号采集等领域有重要作用。

均匀基区pnp晶体管能带图 放大状态：EFn − EFp = qV饱和状态：截止状态：倒向放大状态： 平衡态均匀基区pnp晶体管的各边界上少子浓度⎛ qVEB ⎞ nE = nE0 exp ⎜ ⎟ kT ⎝ ⎠E Emitter P⎛ qVEB ⎞ pB = pB0 exp ⎜ ⎟ ⎝ kT ⎠Base N Collector P CnE = nE0BnC = nC0⎛ qVCB ⎞ pB = pB0 exp ⎜ ⎟ ⎝ kT ⎠⎛ qVCB ⎞ nC = nC0 exp ⎜ ⎟ ⎝ kT ⎠均匀基区pnp晶体管的少子分布图： 放大状态：饱和状态：截止状态：倒向放大状态：忽略势垒区产生复合电流， 处于放大状态的晶体管内部的 各电流成分如下图所示：I pEI pCI prI nEI nrI ncI E = I pE + I nE , I B = I nE + I nr − I nc ≈ I nE + I nr , I C = I pc + I nc ≈ I pC = I pE − I pr = I E − I nE − I nrI pEI pCI prI nEI nr从 IE 到 IC ，发生了两部分亏损(PNP)： InE 与 In r 。

要减小 InE ，就应使NE >> NB ； 要减小In r ，就应使WB << LB 。

§ 3-2 均匀基区晶体管的放大系数均匀基区晶体管：基区掺杂为均匀分布。

少子在基区中主 要作扩散运动，又称为 扩散晶体管。

(本节以pnp为例）均匀基区晶体管（理想晶体管）• 发射区、基区、集电区均匀非简并掺杂，发射结与集 电结为突变结； • 晶体管在一维稳态条件下工作； • 中性区满足小注入水平； • 发射结与集电结的耗尽区内复合－产生可以忽略不 计； • 发射区与集电区的中性区宽度远大于少子扩散长度， 而基区的中性区宽度则远小于少子扩散长度。

微电子器件1. 概述微电子器件是一种尺寸远小于传统电子器件的电子元件。

它们在微纳尺度下制造，通常采用半导体材料（如硅）制成。

微电子器件在现代科技中起着至关重要的作用，广泛应用于电子、通信、计算机、医疗和能源等领域。

2. 基本概念微电子器件的尺寸通常在微米至纳米级别，其特点包括： - 小尺寸：微电子器件通常具有毫米或更小的尺寸，这使得它们可以在集成电路中实现高密度布局。

- 快速响应：由于尺寸小，微电子器件的响应速度通常很快，这使得它们适用于高速信号处理和通信应用。

- 低功耗：微电子器件通常具有低功耗特性，这使得它们在便携设备和低功耗电路中非常受欢迎。

3. 常见的微电子器件3.1 MOSFET金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）是一种常见的微电子器件。

它由金属栅极、绝缘层和半导体材料组成，通过调节栅极电压来控制电流。

MOSFET广泛应用于集成电路和数字电子领域。

3.2 MEMS微机电系统（MEMS）是一种将机械、电子和传感器结合在一起的微型系统。

它由微型机械结构和微电子器件组成。

MEMS通常用于传感、加速度计、惯性导航和微型机器人等领域。

3.3 CCD电荷耦合器件（CCD）是一种用于图像传感和成像的微电子器件。

它通过将光信号转换为电荷进行图像采集和存储。

CCD广泛应用于数码相机、摄像机和天文观测等领域。

3.4 LED发光二极管（LED）是一种能够将电能转换为光能的微电子器件。

LED具有高效率、长寿命和低功耗的优点，因此广泛应用于照明、显示和通信等领域。

4. 微电子器件制造技术微电子器件的制造通常涉及以下关键技术： - 硅工艺：硅工艺是制造微电子器件最常用的方法之一，它涉及光刻、薄膜沉积、扩散和离子注入等过程。

- 薄膜技术：微电子器件通常需要在半导体表面上沉积各种功能膜层，薄膜技术是实现这一目标的重要方法。

- 纳米制造技术：纳米制造技术是制造纳米尺度器件的关键技术，包括纳米光刻、纳米精细加工和纳米材料制备等方面。

微电子器件的设计与工艺技术微电子器件指的是已经制造好的微型电子元件，它们是我们现代电子技术不可或缺的组成部分。

微电子器件的种类繁多，设计与工艺技术水平的高低直接影响了整个电子行业的发展。

本文将从微电子器件的设计和制造工艺等角度，探讨微电子器件的设计与工艺技术。

一、微电子器件的分类微电子器件可以分为二极管、三极管、场效应管、集成电路等多种类型。

其中，集成电路是现代电子技术的重要代表，因其集成性强、功能多样而受到广泛应用。

在微电子器件的制造工艺中，集成电路也是占据主导地位的。

二、微电子器件的设计微电子器件的设计与制造技术紧密相关。

设计属于前期工作，设计好的电路才能够被制造出来。

现代电子电路的复杂性越来越高，实现一些特殊功能所需要的原件也越来越多。

因此，微电子器件的设计必须满足以下几个方面的要求：（1）功能性电路设计的首要目标是要满足电路所要实现的功能要求。

为了在实现特定功能时不影响电路的稳定性，微电子器件的设计需要考虑使用合适的器件、合理的芯片布局等等因素。

（2）稳定性设计好的微电子器件应该在长时间的使用过程中能够保持稳定性。

为此，需要设计出能够对外部环境变化产生较好的适应性的器件，并采用合适的芯片布局避免器件之间的相互影响。

（3）可靠性微电子器件应该有良好的可靠性，以尽量减少电路故障的可能性。

设计时需要考虑到电路的负载、放电等方面因素，以确保器件的可靠性。

（4）兼容性现代电子设备越来越能够相互兼容，因此微电子器件的设计也需要考虑到与其他器件的兼容，以达到更好的功能实现。

三、微电子器件的制造工艺微电子器件制造是一个非常复杂的工艺过程，其包括材料制备、器件的加工和装配等多个环节。

其中，材料制备是制造工艺的基础。

（1）材料制备微电子器件的材料一般采用半导体材料，在制造过程中需要严格控制材料的性质，以确保电路的稳定性和可靠性。

材料制备的关键在于半导体材料的质量、晶格结构和纯度等方面的控制。

（2）器件的加工和装配加工和装配是整个工艺流程最为重要的环节之一。

双基极条:Se Sb C d rbb′ = R口B1 + R口B 2 + R口B 3 + Ω 12l 2l 6l 2lS b圆环行基极:rbb′dB 4C Ω 1 1 = R口 B 1 + ln R口 B 2 + 2 8π 2π S e π ( d S2 − d B )降低 rbb’ 的措施: （1）减小 R口B1 与 R口B2 ，即增大基区掺杂与结深， 但这 会降低 β ，降低发射结击穿电压与提高发射结势垒电容。

（2）无源基区重掺杂, 以减小 R口B3 和 CΩ 。

（3）减小 Se 、Sb 与 d ，增长 L ， 即采用细线条，并增加 基极条的数目， 但这受光刻工艺水平和成品率的限制。

§3-7 电流放大系数与频率的关系随着频率的增加， BJT的电流放大系数会怎么变化？ 为什么？β3dBα = 20lg α ( dB )6分贝/ 倍频电流放大系数（ dB） 0β02αβ =1α023dBfβfT fαf课堂练习如果忽略两个空间电荷区的复合产生电流，说 明直流电流在晶体管内部的传输过程中有哪些 电流损失？直流电流在BJT中的传输过程（NPN)• 发射极电流由发射结注入到基区，通过基区输运到集电 结，被集电结收集形成集电极输出电流 • 发射极电流传输过程的电流损失（对理想情况）：1.与 发射结反向注入电流的在发射区复合；2.输运到基区的 少子电流与基极多子电流在基区的复合。

下面定性分析交流电流在晶体管内部的传输过程损失请画出二极管的交流等效电路图P区NApp0 NAND+N区ND+ nn0课堂练习请说明工作于正偏模式BJT 时存在的电容工作于正偏模式BJT 中的电容 发射结扩散电容：CDeN P集电结扩散电容：CDcN发射结势垒电容：CTe集电结势垒电容：CTc一、高频小信号电流在晶体管中的传输过程（NPN)直流情况下的两种损耗仍然存在发射过程当发射极输入一交变信号时，交变信号将叠加在直流上作用 于发射结上，发射结的空间电荷区宽度将随着信号电压的变 化而改变，因此需要一部分电子电流对CTe进行充放电。