微电子器件B_1_2015半导体器件基本方程课件.ppt

微 电 子 器 件;授课教师：张建国 办公室：计算机学院112房间 电话： 028-mail: si_laser@ jgzhang@; 总学时数：64学时 其中课堂讲授：52 学时，实验：12 学时 成绩构成： 期末考试：70 分、期中考试：10分、 平时成绩：10 分、实验成绩：10 分;上课安排;研究领域：硅基光电子学（ Silicon-based Optoelectronics ） 研究方向：硅基光电材料与器件，包括 1、硅基掺铒光波导放大器（EDWA) 2、硅基电注入激光器 参考：/go/sp/ / /uoeg/ 问题：1、半导体工业发展到现在有哪几项革命性的器件？ 2、估算单个MOS管运算速度。 3、为什么单核CPU主频（10亿次）最近十多年很难继续往 上提升？;CPU芯片中金属连线长度的演化;RC time constants R= ρL/A C=kA/d;《半导体制造技术》 P263;硅基光电集成片上系统(SOC)所需的电子学单元和光子学单元;*;*;*;*;*;; 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; 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。;1969年：大规模集成电路（LSI ，103 ~ 105 元件或 102 ~ 5 ×103 等效门 ）; 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。;对于数量场 ;所以泊松方程又可写成 ;1.1.2 输运方程 输运方程又称为电流密度方程。 ;1.1.3 连续性方程 ;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; 上面的方程（1-6）; 方程 ( 1-7 )、( 1-8 ); 在用基本方程分析半导体器件时，有两条途径，一条是用??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。; ;;; 例 1.2 对于方程（1-10），; 例 1.3 对于方程 ( 1-12 ) 、( 1-13 ) 中的净复合率 U ，当作如下假设：(1) 复合中心对电子与空穴有相同的俘获截面；(2) 复合中心的能级与本征费米能级相等，则 U 可表为; 例 1.4 将电子扩散电流密度方程 (1-16); 例 1.5 对于泊松方程的积分形式 (1-6) ，;式中， ，分别代表体积 V 内的电子总电荷量和非平衡电子总电荷量。; 方程（1-26）~（1-29）是电荷控制模型中的常用公式 ，只是具体形式或符号视不同情况而可能有所不同 。