1968年Dennard——单晶体管DRAM
1971年Intel公司微处理器——计算机的心脏
目前全世界微机总量约6亿台，在美国每年由计算机完成 的工作量超过4000亿人年工作量。美国欧特泰克公司认 为：微处理器、宽频道连接和智能软件将是21世纪改变 人类社会和经济的三大技术创新
半导体器件及其发展
1939年 Schottky 肖特 基势垒
1949年 Shockley pn结
双极晶体管 （BJT）
1952年 Schockley结型 场效应晶体管 JFET
第1个半导体场效 应器件 成 长 期
1950
1954年
Chapin, Fuller, Pearson，硅太 阳能电池，6％
• 半导体：Semiconductor 内涵及外延均与微电子类似，是早期的叫法。
• 集成电路IC（Integrated Circuit） ： 一类元器件的统称，该类器件广泛应用于电子信息产 业，几乎所有的电子产品均由集成电路装配而成。
• 芯片：chip 没有封装的集成电路，但通常也与集成电路混用，作 为集成电路的又一个名称.
第一章绪论
➢什么是微电子技术 ➢晶体管的发明和半导体器件的发展 ➢集成电路的发展历史和现状
什么是微电子学？
电 子
微电子学
学
100 m 头发丝粗细
30m 50m
1m 1m (晶体管的大小)
90年代生产的集成电路中晶体管大小与人 类头发丝粗细、皮肤细胞大小的比较
微电子：Microelectronics
微电子科学技术的战略地位
信息技术的领域
核心和基础： 微电子
信息显示
关键技术：微（纳）电子与光电子、软件、计算机和通信
基础： 软件、 微（纳）电子与光电子
实现社会信息化的网络及其关键部件 不管是各种计算机和/或通讯机，它
们的基础都是微电子。
第一台通用电 子计算机：
ENIAC
Electronic Numerical Integrator and Calculator
半导体器件物理
参考书： 《微电子学概论》 张兴/黄如/刘晓彦，北京大学出版社,2000.1。 《微电子概论》 郝跃/贾新章/吴玉广，高等教育出版社，2003.6 《半导体器件物理》 孟庆巨/刘海波/孟庆辉，科学出版社，2005。
课程介绍
半导体物理基础知识 pn结及金属半导体接触 集成电路制造工艺 MOS场效应晶体管 TFT及其制造技术
• Bardeen提出了表面态理论， Schokley给 出了实现放大器的基本设想，Brattain设计 了实验。
• 1947年12月23日，第一次观测到了具有放 大作用的晶体管－transistor。
1947年12月23日 第一个晶体管 NPN Ge晶体管
J. Bardeen, W. Schokley, W. Brattain
半导体器件的发展历程
1874年F.Buran半导 体器件的第1项研究
金属－半导体接触
萌 芽 期
1870
量子力学的发展 以及半导体材料 制备技术的成熟
半导体的光电导、 光生伏特效应、 整流效应。
1907年
H.J.Round，发 光二极管LED
1947年晶体管
1956年诺贝尔 奖
1930 1940
1950
获得1956年 Nobel物理奖
晶体管的三位发明人：巴丁、肖克莱、布拉顿
NPN Ge 晶体管 成为现代电子
工业的基础
1958年第一块集成电路：TI公司的Kilby，12个器件，Ge晶片
1962年Wanlass、C. T. Sah——CMOS技术 现在集成电路产业中占95%以上
1967年Kahng、S. Sze ——非挥发存储器
晶体管的发明
第一只晶体管什么时候发明的?
A. 1945 B. 1947 C. 1951 D. 1958
哪家公司发明的？
A. IBM B. Bell Lab C. TI D. Motorola
晶体管的发明
• 1946年1月，Bell实验室正式成立半导体研 究小组, W. Schokley，J. Bardeen、W. H.Brattain。
微电子技术——微型电子技术
核心——集成电路
微电子学是研究在固体材料上构成微小型化电子线路、 子系统及系统的电子学分支学科。是电子学最重要的组 成部分，是计算机科学、信息科学、固态电子学、医用 电子学等的发展基础。－《固体物理学大词典》
微电子的特点
微电子学是信息领域的重要基础学科 微电子学是电子学的一门分支学科 微电子学是一门综合性很强的边缘学科
据统计,半导体器件主要有67种，另外还有110多个相 关的变种，所有这些器件都是由少数的基本模块构成.
基本模块
▪ M-S 结构 ▪ PN结 ▪ MOS结构 ▪ 异质结 ▪ 量子阱
重要器件
1. 双极晶体管
BJT HBT (异质结双极晶体管，高速器件）
2. MOSFET
长沟MOSFET 短沟MOSFET
– 目前，全世界计算机不包括微机在内有几 百万台，微机总量约6亿台，每年由计算机 完成的工作量过4000亿人年工作量。
集成电路的作用
小型化 价格急剧下降 功耗降低 故障率降低
几个概念
• 微电子学： Microelectronics 一门学科，一门研究集成电路设计、制造、测试、封 装等全过程的学科。
1946年2月14日
Moore School， Univ. of Pennsylvania
18,000个电子 管组成
大小：长24m，宽6m，高2.5m 速度：5000次/sec；重量：30吨； 功率：140KW；平均无故障运行时间：7min
– 1946年第一台计算机：ENIAC
– 这样的计算机能够进入办公室、车间、连 队和家庭？当时有的科学家认为全世界只 要4台ENIAC。
涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、 材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、 测试与加工、图论、化学等多个学科。
微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成 度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发 展的方向。
微电子学以实现电路和系统的集成为目的， 故实用性极强。
微电子学的渗透性极强，它可以是与其他学 科结合而诞生出一系列新的交叉学科，例如 微机电系统(MEMS)、生物芯片等。