微电子器件1）课件.ppt

* 微 电 子 器 件 电子科技大学 微电子与固体电子学院 张庆中 总学时：72 学时 其中课堂讲授：60 学时，实验：12 学时 成绩构成： 期末考试：70 分、平时：20 分、实验：10 分 W W W HAT ? HY ? HO ? 电子器件发展简史 1904年：真空二极管 1907年：真空三极管 电子管 美国贝尔实验室发明的世界上第一支锗点接触双极晶体管 1947年：双极型晶体管 1960年：实用的 MOS 场效应管 固体器件 1950 年发明了结型双极型晶体管，并于 1956 年获得诺贝尔物理奖。 1956 年出现了扩散工艺，1959 年开发出了 硅平面工艺 ，为以后集成电路的大发展奠定了技术基础。1959 年美国的仙童公司（ Fairchilds ）开发出了第一块用硅平面工艺制造的集成电路，并于 2000 年获得诺贝尔物理奖。 半导体器件内的载流子在外电场作用下的运动规律可以用一套 基本方程 来加以描述，这套基本方程是分析一切半导体器件的基本数学工具。 半导体器件基本方程是由 麦克斯韦方程组 结合 半导体的固体物理特性 推导出来的。这些方程都是三维的。 1.1 半导体器件基本方程的形式 第 1 章 半导体器件基本方程 对于数量场 对于矢量场 先来复习场论中的有关内容 所以泊松方程又可写成 （1-1b） 分析半导体器件的基本方程包含三组方程。 1.1.1 泊松方程 （1-1a） 式中 为静电势，它与电场强度 之间有如下关系， 1.1.2 输运方程 输运方程又称为电流密度方程。 （1-2） （1-3） 电子电流密度和空穴电流密度都是由漂移电流密度和扩散电流密度两部分所构成，即 1.1.3 连续性方程 （1-4） （1-5） 式中，Un 和 Up 分别代表电子和空穴的净复合率。当 U 0 时表示净复合，当 U 0 时表示净产生。 所谓连续性是指载流子浓度在时空上的连续性，即：造成某体积内载流子增加的原因，一定是载流子对该体积有净流入和载流子在该体积内有净产生。 1.1.4 方程的积分形式 以上各方程均为微分形式。其中方程 (1-1) 、(1-4) 、(1-5) 可根据场论中的积分变换公式 而变换为如下的积分形式， （1-6） （1-8） （1-7） 上面的方程（1-6） 式中， 代表电位移。 高斯定理， 就是大家熟知的 方程 ( 1-7 )、( 1-8 ) 称为电子与空穴的 电荷控制方程 ，表示流出某封闭曲面的电流受该曲面内电荷的变化率与电荷的净复合率所控制。 在用基本方程分析半导体器件时，有两条途径，一条是用计算机求 数值解。这就是通常所说的半导体器件的数值模拟；另一条是求基本方程的 解析解，得到解的封闭形式的表达式。但求解析解是非常困难的。一般需先 对基本方程在一定的近似条件下加以简化后再求解。本课程讨论第二条途径。 （1-9） （1-10） （1-11） （1-12） （1-13） 1.2 基本方程的简化与应用举例 最重要的简化是三维形式的方程简化为一维形式，得到 在此基础上再根据不同的具体情况还可进行各种不同形式的简化。 例 1.1 对于方程 ( 1-9 ) （1-14） 在耗尽区中，可假设 p = n = 0 ，又若在 N 型耗尽区中，则还可忽略 NA ，得 　　若在 P 型耗尽区中，则得 *