微电子器件 (1)55514课件

微

电

子

器

件总学时数：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WWWHAT?HY?HO?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）1959年：中小规模集成电路（IC）1977年：超大规模集成电路（VLSI，以64KDRAM、16位CPU为代表）1986年：巨大规模集成电路（ULSI，以4MDRAM为代表，8

×106元件，91mm2，0.8m，150mm）1995年：GSI（以1GDRAM为代表，2.2

×109元件，700mm2，0.18m，200mm，2000年开始商业化生产）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1.1.4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为积分形式，（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

，它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。（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

例1.2

对于方程（1-10），（1-16）当载流子浓度和电场很小而载流子浓度的梯度很大时，则漂移电流密度远小于扩散电流密度，可以忽略漂移电流密度，方程（1-10）简化为反之，则可以忽略扩散电流密度，方程（1-10）简化为

例1.4

将电子扩散电流密度方程

(1-16)同理可得

空穴的扩散方程，

（1-23）（1-21）代入电子连续性方程(1-12)设

Dn为常数，再将

Un的表达式代入，可得

电子的扩散方程，

例1.5

对于泊松方程的积分形式(1-6)，（1-25）也可对积分形式的基本方程进行简化。在N型耗尽区中可简化为式中，，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。

例1.6

对于方程(1-7)（1-7）将电子净复合率的方程(1-18)代入，并经积分后得（1-26）定态时，，上式可再简化为（1-27）

分析半导体器件时，应先将整个器件分为若干个区，然后在各个区中视具体情况对基本方程做相应的简化后进行求解。求解微分方程时还需要给出

边界条件。扩散方程的边界条件为