复习提纲及详解

信息材料与器件复习答案分章说一下。第一章的外延那道题感觉大家对外延技术的分类不是很清楚。虽然把 MOCVDMBEsputtering和SOI、SOS放一起不能算错，但是希望大家能系统地了解外延的分类方法，以免有混乱的感觉。而作图说明 MOSFET勺工艺流程，建议大家能画类似于梁教师课件上的剖面图，而不是流程框图，毕竟是考试重点。另外， CMOS的特点是既有P管又有N管，只画一种管子不能算是CMOS在N阱中一般是PMOSP阱中是NMOS硅栅工艺的自对准〔先刻栅再源漏掺杂〕，这些根本特点希望大家不要犯错误。这一道题以 NMO单管的流程为主，补完的ppt中有S工艺，可能与梁教师课件上有所不同，考虑到了 B极接地点，所以有些复杂。仅供参考，希望通过对照能加深理解。以上课时课件为根本。另外单管工艺也考虑到管间的直接连接所以有一步是刻接触孔，不考虑这一点，步骤可以进一步简化。第一章其他的题目以与第二章所有题目，课件上有，或者需要查阅资料，大家完成的都很好，就不多赘述。第三章的第一道题，关于光纤损耗，综合大家的作业和我找的一些资料， 对应各种损耗写了一些减小的方法，主要希望大家能进一步了解损耗的组成，有兴趣的同学可以看一下。第二道 EDFA是考试重点之一，我word文档里的答案是直接从课件中贴出来的，大家看课件就可以了，最好会画那两幅图。第三道题略。第四章只整理了那道加速度传感器的题目。一共找了四种根本类型， ppt比拟粗糙，大家主要看一下结构和根本原理就可以，有兴趣的话可以看一下测量原理和准确度的计算， 当然也不是每个类型都提到了测量原理和准确度。。。整理时只是从传感器的原理出发， 至于是否采用微机电系统以与一些新型传感器 〔如光纤振动传感器〕没有涉与。答案的主要参考是大家的和往届学长的作业， 冯如此坤教师、尹盛教师和陈实教师的课件， 网上的一些资源和图书馆的电子文献。欢迎大家给出意见和建议。以上。PS:考试题型和所占分数已经确定：名词解释：5'X5简答： 10'X6论述： 15'X1王莹1•微电子芯片材料与器件衬底材料，栅结构材料，互联材料，在各个开展阶段典型材料与其性能特征三种主要的外延生长技术：化学气相沉积〔 MOCV〕分子束外延〔MBE和等离子溅射〔sputtering〕三种封装：球形矩阵封装〔BGA,系统级封装〔SIP〕，3D封装光学曝光和非光学曝光技术的种类，各自的特点等离子刻蚀，溅射刻蚀，反响离子刻蚀扩散掺杂与离子注入掺杂衬底材料，栅结构材料，互联材料，在各个开展阶段典型材料与其性能特征衬底材料：半导体材料semiconductor :Si、GeSeGaAsInP、GaNSiC等Si、Ge〔第一代〕；GaAsInP〔第二代〕高频；GaN、AlN、InN、SiC〔第三代〕高温高功率；C〔金刚石〕，InAs等新型半导体材料。单晶制备：SOI〔绝缘衬底上的硅〕：实现介质隔离，寄生电容小、集成度高和工作速度快，适合低压低功耗电路。GaN：高热和化学稳定性，高热导率，用于制备高温高频器件。 Si/GeSi合金：制备新材料新器件〔如：异质结晶体管〕。栅结构材料栅绝缘介质层：传统栅绝缘介质材料： SiO2几个原子层厚度1.5nm。在PMOS^，多晶硅栅中硼离子易穿透SiO2层扩散到沟道区，使器件性能退化。 目前开展：SiNxOy相对介电常数为5〜7.9，较好地防止硼离子扩散，低漏电流，高抗老化击穿。随半导体工艺进入到O.lum尺寸X围时，SiO2或SiNxOy厚度小于3nm,电子隧穿效应越来越显著，栅对沟道控制减弱。栅电极材料：传统电极材料：AI,与硅兼容性好，但不能满足高温处理要求。传统工艺的缺陷：对于传统CMOST艺，MOSFE器件阈值电压通常需要通过沟道杂质注入的方法进展调整。随着器件尺寸的减小，沟道尺寸越来越小，沟道掺杂浓度越来越高， 沟道杂质浓度涨落对器件性能不利影响也越来越显著。 常用电极材料：多晶硅满足高温处理要求， 但电阻率较高；难熔金属硅化物Polycide/Salicide 开展趋势：传统MOS工艺沟道掺杂沟道零掺杂技术。目前研究的栅电极材料： GexSi1-x—通过改变X值，连续调节能带带隙；W/TiN-连续调节功函数；耐高温；作为 Cu互连的扩散阻挡层材料。互连材料：金属导电材料和相配套的绝缘介质材料传统互连材料：金属导电材料一铝；绝缘介质材料一 SiO2。缺点：随集成度的提高，互连线长度和所占面积迅速增加〔》80%〕导致电路互连时间延迟大， 信号衰减和串扰显著， 电路可靠性下降。目前研究重点： 铜/低介电常数绝缘介质〔k<3〕三种主要的外延生长技术：化学气相沉积〔MOCVD氢气携带金属有机化合物与非金属氢化物一起进入反响室中，在一定的温度条件下，气相与气一固界面发生一系列物理、化学反响，最终在衬底上形成外延层。分子束外延〔MBE:在超真空条件下，一种或几种组分的热原子束或分子束喷射到加热的衬底外表， 在衬底外表反响而沉积成薄膜单晶的外延工艺等离子溅射〔sputtering〕利用气体辉光放电过程中产生的正离子与靶材料的外表原子间的能量交换，把物质从原材料移向衬底，实现薄膜的沉淀。三种封装：球形矩阵封装〔BGA:其I/O引线以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面， 引线间距大，引线长度短。系统级封装〔SIP〕在同一个小型基板上，采用微互联技术将假如干裸芯片和微型无源元件相连接， 组成高性能的具有系统功能的微型组件。如：中央处理器 MCU3D封装：是在垂直于芯片外表的方向上堆叠、互连两块以上裸片的封装，是一种高级的 SIP封装技术。光学曝光和非光学曝光技术的种类，各自的特点光学曝光系统分为两种：遮蔽式〔shadow〕曝光和投影式〔projection丨曝光。遮蔽式曝光系统又分为接触式和接近式两种形式。接触式曝光的分辨率较高，但产品率低；接近式曝光时掩模版与衬底之间通常保持10〜50m,掩模版与衬底之间的间隙会使图形边缘出现衍射。投影式曝光系统。它采用一套光学组件，使光通过掩模版将掩模图形投影到几厘米外涂有光刻胶的衬底上进展曝光。投影式曝光系统分为扫描和分布重复两种根本类型。 扫描曝光系统把通过狭缝的光从掩模版聚焦到衬底上，同时掩模板和衬底一起作扫描运动， 直至掩模图形布满整个衬底而完成曝光。 分布重复曝光系统一次曝光衬底上的一块矩形区域〔称为图像场〕 ，然后不断重复直至将小面积图形布满整个衬底，其掩模图形尺寸与实际图形尺寸的比例可以是 1:1或者大于1:1〔称为缩小图形曝光〕。接触式曝光掩模版与光刻胶严密接触。优点：曝光比照度冋，精度冋。缺点：掩模与光刻胶的接触会造成二次缺陷。接近式曝光掩模版与光刻胶之间有10〜50m的间距。优点：掩模和光刻胶之间不接触，缺陷减少。缺点：掩模和光刻胶之间有缝隙，光的衍射造成分辨率卜降。投影式曝光掩模版与光刻胶之间有投影器〔物镜〕 。优点：高分辨率，低缺陷，对准精度高，曝光图形可缩小。缺点：光学系统较复杂。非光学曝光技术电子束曝光又称为电子束直写式曝光， 即不用掩模版而以聚焦电子束直接对光刻胶曝光。 电子束曝光是利用具有一定能量的电子与光刻胶碰撞发生化学反响而完成曝光的。目前主要用来制作掩模版，可以完成0.1〜0.25m的超微细加工，但很少用于对硅片直接曝光。2/7X射线曝光〔XRL〕有望取代光学曝光进展100nm超微细加工。它采用类似于接近式光学曝光的遮蔽式曝光方法，X射线通过1:1的掩模进展曝光，掩模位置距衬底 10〜40超紫外光曝光〔EUV是很有希望的下一代曝光技术。超紫外光波长 10〜14nm,在不降低产出率情况下，最小线宽可达30nm〔以PMMA为光刻胶〕。但曝光系统制造难度很大，且光刻工艺需在真空中进展。离子束曝光注入光刻胶中的离子通过弹性和非弹性碰撞， 使光刻胶分子量或结构发生变化， 从而导致溶解特性发生变化。由于离子的质量较大，散射作用比电子弱，几乎不存在邻近效应，因此离子束曝光比光学、X射线或电子束曝光技术具有更高的分辨率。离子束曝光的另一个特点是，许多光刻胶〔如 PMMA对离子比对电子更为灵敏，因此可缩短曝光时间。等离子刻蚀，溅射刻蚀，反响离子刻蚀干法刻蚀分类等离子刻蚀溅射刻蚀/离子铳反响离子刻蚀刻蚀原理辉光放电产生的活性粒子与需要刻蚀的材料发生反响形成挥发性产物高能离子轰击需要刻蚀的材料外表，使其产生损伤并去除损伤两种方法结合刻蚀过程化学〔物理效应很弱〕物理化学+物理主要参数刻蚀系统压力、功率、温度、气流以与相关可控参数优点各向异性好、工艺控制较易且污染少缺点刻蚀选择性相对较差、存在刻蚀损伤、产量小等离子刻蚀利用被刻蚀外表发生化学反响， 使固态的被刻蚀材料转化成气态的挥发物， 最后由排气系统排除。特点：采用化学性活泼的气体产生等离子体， 作为活性受激原子的源，对被刻蚀外表进展化学腐蚀。特点：选择性好，各向异性差。溅射刻蚀利用惰性气体〔如A门产生的等离子体中离子对刻蚀外表进展轰击、溅射，将被刻蚀材料剥离外表。优点：刻蚀材料种类多，具有较好的各向异性。缺点：刻蚀选择性较差、刻蚀速率较小且会造成一定的刻蚀损伤与溅射刻蚀的主要区别是， 反响离由于在反响离子刻蚀中化学和物理作用优点：具有较高刻蚀速率、较好与溅射刻蚀的主要区别是， 反响离由于在反响离子刻蚀中化学和物理作用优点：具有较高刻蚀速率、较好子刻蚀使用的不是惰性气体，而是与等离子体刻蚀一样的活性气体。都有助于实现刻蚀，因此可以灵活地选取工作条件以获得最优刻蚀效果。各向异性效果、较好刻蚀选择性和较低刻蚀损伤，是目前微电子工艺中应用最广泛的干法刻蚀技术扩散掺杂与离子注入掺杂离子注入就是将杂质元素离化为离子， 使其在强电场下加速，获得较高的能量后轰击半导体基片， 经过退火,使杂质激活，在半导体内形成一定的分布。扩散方法：液态源扩散和固态源扩散液态源扩散步骤：1、 保护性气体通过液态杂质源，携带杂质蒸汽进入高温扩散炉中；2、 杂质蒸汽分散、在硅片四周形成饱和蒸汽压；3、 杂志原子向硅片内部扩散。设备简单，操作方便、均匀性好，广泛使用〔如杂质磷的掺杂〕 。固态源扩散1、 硅片与杂质源交替放置于高温扩散炉中，两片硅片背面紧靠，正面向固态杂质源，两者大小相当；2、 在高温下氧化，硅片外表形成一层杂质氧化物薄膜；3、 以杂质氧化物为杂质源，在氮气保护气氛下向硅中扩散。〔如杂质硼的扩散〕。

2半导体光电材料与器件〔见复印〕作图说明半导体同质结，单异质结，双异质结以与量子阱激光器能带结构，工作原理，性能特征 几种光电探测器〔PN,PIN,APD,MSM型〕的工作原理，性能特征OEIC与PIC的定义；非线性光学效应定义；自发辐射，受激辐射，粒子数反转光反射效应，光电导效应，光伏效应，光热效应回顾半导体激光器的开展历史，人们在LD设计上都采用了那些不同结构措施来提高 LD的性能？这些措施为什么对LD性能的提高有利？阐述通信波段用MSMP与HEMT〔放大器〕组成的单片集成光接收机结构的工作原理。阐述激光打印机的工作原理。以金属AI和n型半导体接触为例，画出其平衡势垒图并推导正向电压下的电压一电流特性。3光纤通信材料〔见复印〕掺饵光纤放大器〔EDFA各主要组成局部的功能， EDFA饵离子能级示意图以与EDFA的应用等光纤传输中常用三种单模光纤：无色散偏移单模光纤〔 NDS〕色散偏移单模光纤〔DSF〕非零色散偏移单模光纤〔NZ-DSF〕的性能特征与其应用X围渐变光纤与阶跃光纤数值孔径，归一化频率定义与其物理意义，群时延定义子午光线，斜射光线，自聚焦效应光纤色散：材料色散，模式色散，波导色散弄清石英光纤的制备工艺过程，并阐述降低其损耗的一些有效措施。光纤制备过程〔ppt〕原料提纯、熔炼预制棒、拉丝涂覆降低损耗措施本征损耗、非本征损耗、附加损耗本征损耗'紫外吸收•红外吸收本征损耗'紫外吸收•红外吸收Si—0键瑞利散射散射吸收［非线性散射正比于波长四次幕的倒数杂质吸收OH—,过渡金属离子Cu、Fe、Co、Cr、Mn非本征损耗 光纤波导结构不完善引起的损耗附加损耗弯曲损耗附加损耗弯曲损耗,接续损耗研究非氧化物玻璃，减少红外吸收；改良制造工艺，减少光纤组成结构的变化，采用较长工作波长，减少瑞利散射。采用气相沉积，对原料进一步提纯；在制造石英玻璃光纤时，通入氯化亚硫酞气，或用氛来置换玻璃中的氢，都会使OH的吸收损耗大幅度下降。在制作预制棒和拉丝过程中，控制温度、速度、流量，减少芯 -层界面的不完整性和芯径的不均匀性，可减小非本征损耗。在设计敷设光缆时，尽量减小弯曲，使大弯曲损耗减小到可忽略程度。减小微弯损耗的一种方法是在光纤外表模压一个可压缩的护套， 可减小侧压，保持光纤相对直的状态。接续时必须做到：切割后的光纤端面

要与光纤轴线垂直，且光滑平整；接续的2根光纤必须在同一轴线上，不能错位，端面尽量贴近其纤径；选用优质接头。请简述EDFA的根本结构和工作原理。〔ppt〕根本结构：~-~ 波分复用器、—光隔离器 熔接输出信光隔离器工作原理:1530nm放大后的信号光~-~ 波分复用器、—光隔离器 熔接输出信光隔离器工作原理:1530nm放大后的信号光1550nm0铒离子能级图在掺铒离子的能级图中， E1是基态，E2是中间能级，E3代表激发态。假如泵浦光的光子能量等于 E3与E1之差，铒离子吸收泵浦光后，从 E1升至E3。但是激活态是不稳定的，激发到E3的铒离子很快返回到E2。假如信号光的光子能量等于 E2和E1之差，如此当处于E2的铒离子返回E1时如此产生信号光子，这就是受激发射，结果使信号光得到放大。5•信息显示材料与其相关技术TFT-LCD激晶单元中各主要局部功能，并简述 TFT-LCD的工作原理TN-LCD,HTN-LCD,SIN-LCD,FSTN-LCD定义与其特征液晶向列型，近晶型和胆型的定义与结构特征电光效应，介电常数各向异性，双折射率，主轴发光效率，比照率，分辨率TFT-LCD激晶单元中各主要局部功能并简述 TFT-LCD的工作原理〔PPT05F9〕TN-LCD,HTN-LCD,SIN-LCD,FSTN-LC定义与其特征TN-LCDTwistNematicLiquidCtystalDisply 的简称，即扭曲向列型液晶显示。特点是液晶分子根本平行于基板排列，但上下液晶分子取向呈扭曲排列，整体扭曲角为 90°。STN-LCD!SuperTwistNematicLiquidCtystalDisply 的简称，即超扭曲向列相液晶显示。它与TN-LCD勺结构相似，不同的是其扭曲角不是 90°,而是在180。〜270。之间，其工作原理也与TN-LCD不同。HTN-LCD!HighTwistNematicLiquidCtystalDisply的简称，即高扭曲向列相液晶显示。 与TN-LCD和STN-LCD勺结构相似，只不过HTN-LC啲扭曲角在100。〜120。之间，其性能也介于TN-LCD^STN-LCD之间。FSTN-LC［是FilmSuperTwistNematicLiquidCtystalDisply 的简称，这里Film是指补偿膜或延迟膜，所以FSTN-LCD称为补偿膜超扭曲向列相液晶显示。 通过一层特殊处理的补偿膜，能够克制 STN-LC［有背景色的缺点，所以也称FSTN-LCD^黑白模式的STN-LCD电光效应，介电常数各向异性，双折射率，主轴电光效应：在液晶上施加电场时，液晶分子在外电场中被极化， 分子取向沿外电场发生变化， 液晶分子取向结构的变化导致其光学特性也随之变化的现象称为电光效应。介电常数各向异性：△&=£II—£丄其中，£〃为平行于长轴方向的介电常数， £丄为垂直于长轴方向的介电常数。折射率各向异性〔双折射率〕， 液晶分子长轴方向折射率大于垂直于长轴方向的折射率。折射率各向异性：△n=nI-n丄。主轴：在这个方向上不发生双折射现象，如此该方向为主轴。对于列向型和近晶型液晶而言， 长轴指向矢即为其主轴方向。液晶向列型，近晶型和胆型的定义与结构特征〔见 pptO5P3〕向列型：分子长轴平行重心无序，分子可自由流动，在空间排列成线状。特点：流动性最大。 近晶型：二维有序，分子排列成层状，层厚约2-3nm,层内分子长轴彼此平行，重心位于同一平面，同层分子间距没有规如此，分子层间相互堆砌。特点：分子只能在层内作上下、左右运动，不能作层间运动，粘度和外表 X力较大。胆甾型：分子排列成层，每层分子长轴方向平行，平行于层面，每层长轴方向转动，多层扭转成螺旋形，螺距0.3um，与可见光波长相当。发光效率，比照率，分辨率（百度百科）发光效率：发光体把受激发时吸收的能量转换为光能的能力分辨率：就是屏幕图像的精细度，是指显示器所能显示的像素的多少。6,高密度信息存储材料不同矫顽力型，偏置型以与颗粒合金巨磁电阻膜自旋阀结构巨磁阻磁头的结构与其工作原理 磁阻效应，自旋阀巨磁阻效应超频磁效应，退磁场效应水平磁记录，垂直磁记录以与热辅助磁记录技术的定义， 特点；顺磁性，抗磁性以与铁磁性的定义性能特征，铁磁质的分类不同矫顽力型，偏置型以与颗粒合金巨磁电阻膜自旋阀结构巨磁阻磁头的结构与其工作原理磁阻效应，自旋阀巨磁阻效应磁阻效应是指，当磁性材料处于一个外部磁场中时，如果磁场的方向和磁性材料中电流的方向不平行，那么该磁性材料的电阻会随着施加于它的磁场的强度而变化。自旋阀巨磁阻效应：自旋阀的电阻取决于两铁磁层磁矩（自旋）的相对取向，铁磁性材料的电阻在磁场（H）中增大的现象。电阻率P变化的大小，与通过它的电流方向和所加磁场的方向 （磁化方向）有角度依赖关系。当电流方向与磁化方向平行时Ap最小，垂直时Ap最大。水平磁记录，垂直磁记录以与热辅助磁记录技术的定义，特点水平磁记录：磁化方向平行记录介质的运动方向特点：会产生超顺磁效应垂直磁记录：磁化方向垂直记录介质的运动方向特点：可以采用比