信息时代的特征性材料是硅，如今，以硅为原料的电子元件产值超过了以钢 为原料的产值，人类的历史因而正式进入了一个新时代--硅器时代。
硅所代表的正是半导体元件，包括存储器件、微处理器、逻辑器件与探测器 等等在内，无论是电视、电话、电脑、电冰箱、汽车，这些半导体器件都无 时无刻不在为我们服务。
硅是地壳中最常见的元素，把石头变成硅片的过程是一项点石成金的成就也 是近代科学的奇迹之一。
各类发光器件 探测器件、太阳能电池、 肖特基器件、其它器件
三端器件：pn+mos pn+np
MOS器件、存储器件 双极型器件、功率整流器件
引言： 半导体的历史回顾与发展概况
一、半导体的发展概况
1. 微电子器件与集成电路
硅器时代
硅石时代
硅器时代
历史学家将20万年分为石器时代、铜器时代和铁器时代。
太阳能电池转换效率与发电
硅太阳能效率：1-20%（未吸收的低能部分损耗）-40%（高能部 分转变为热能损耗）=40%， 实际值为该值的一半。
现在，Emcore的GaAs高频多结太阳能电池的效率约36%，Spectrolab的 光电系统达到历史上最高水平，为40.7%，未来十年它将会达到45%。
作为比较，多结硅电池的转换效率纪录仅是24.7%，而国内企业的记录 一般是17%。
世界的IC生产
南京大学
半导体器件原理
世界的IC生产(US $ Millions)
南京大学
半导体器件原理
中国的IC
➢2019年销售收入达到702亿人民币,在全球市场所占份额达到4.5%。 ➢在中国国民经济和信息产业持续快速发展的带动下, 2019年到2019 年，中国集成电路市场规模扩大了2.9倍,年均增长率31.3%， ➢2019年中国集成电路市场规模达到3800亿人民币，占全球市场 24.3%，成为全球重要的集成电路市场之一。
He is a firm believer that John Bardeen didn't get as much recognition as he deserved for developing the physics theories that made the invention of the transistor possible -- and that William Shockley got too much recognition.
In 1951, he took his first course from Bardeen and, in that class, Holonyak first laid eyes on a transistor. In 1952, he transferred out of vacuum tube research into Bardeen's semiconductor lab, even though he was mocked by some of his fellow students. But Holonyak made the right choice -semiconductors soon revolutionized the electronics industry.
Nick Holonyak: He Saw The Lights
Nick Holonyak
Zeigler, Illinois; 1928
Nick Holonyak, inventor of the light-emitting diode (LED), is a silicon researcher who was John Bardeen's first student, and later his friend. Holonyak worked at Bell Labs (after Bardeen left) and had first hand experience with transistor research there.
半导体器件原理
半导体发展的标志-CPU的进步
南京大学
计算能力与计算成本的比较与进步
发展的规律—摩尔定律
20万年以来，虽然已经从石器时代进步到硅器时代，但人类 对材料加工的原则没有根本变化——都是以总量相当大的原子或 分子作为处理对象。机械加工如此，化学加工也是如此。进步仅 仅在于每次处理的原子或分子总量在不断减少。硅器时代的摩尔 定律最能体现这种C生产
南京大学
2. 半导体光电子器件
天然发光二极管
蝴蝶的翅膀 非洲燕尾蝶的翅膀上覆盖着细微的鳞状物，这些鳞状微结构 吸收紫外线后，又将其重新发射回去。 那些被重新发射的光线与蝴蝶翅膀上的荧光色素相互作用， 就产生了明亮的蓝绿色。 相隔长距离的蝴蝶用这种明亮的颜色进行相互沟通。
中国学术界和谁杂交？
➢当年美国MIT物理系David Pritchard教授要求MIT物理系留下自己的博 士后Wolfgang Ketterle在本系做教授，就不得不以改变自己的研究方向 和让出相关的研究经费为条件。 Pritchard决定让Ketterle接手原本是他主持的BEC实验研究工作，而自己 则选择了改变研究方向。Pritchard说： “我从此脱离了该项实验，但我 得到了一个了不起的同事。” ➢根据SCI检索，Ketterle留在MIT后的1994-2019年间，Prichard和 Ketterle没有共同署名发表任何文章。而Ketterle在1994-2019年间共发表 了29篇SCI文章，其中包括若干篇关于BEC的重要文章，为Ketterle赢得 了2019年的诺贝尔物理学奖。 ➢在此期间Pritchard也发表了24篇SCI文章，都没有Ketterle的署名。不 仅如此，他们各自的这些文章中连与他们共同署名的作者都没有相互交 叉。 ➢2019年以后，Prichard和Ketterle小组之间才有一些共同署名的文章， 这已经是两个完全独立的研究组之间的互补合作了。
微孔结构的作用
科学家在研究非洲燕尾蝶的时候，发现其翅膀上的鳞 状覆盖物和发光二级管之间拥有很多相似的地方。
蝴蝶翅膀上的鳞状覆盖物内包含着一些被称为“光子 晶体”（Photonic Crystals）的微小结构，而这和发光二 极管中的微孔的作用机制非常类似。
太阳能电池
到2019年，光是太阳能电池一项就有望突破110亿美元，
中国在全球产业中的影响日益增强，中国的半导体产业和市 场需要世界，世界的半导体产业和市场也需要中国。
在2019年结束之际, WSTS在2019年11月给出的2019年全球IC市场增速1.4% （最终结果很可能还会进一步下调），在2019年市场低迷的基础上下降2.6个 百分点。 一向保持快速发展的中国IC市场，6.2%，中国市场首次出现个位数增长。可 以说，这么多年来，2019年是中国IC市场的发展速度最接近全球市场速度的 一年。
但这个产业更加关注，如何才能降低太阳能的每瓦成本？
据Spectrolab公司的统计结果，转换效率在40-45%之间的太阳能电池， 其每千瓦时的生产成本可降至10美分。
若在中国大面积使用硅太阳能装置的话，太阳能光热折合发电成
？？？ 本仅为每千瓦时0.15元，比常规的发电成本约低一倍。
GaAs基发光二极管
由此看来，人类的科学发展过程也可以看成是一个不停寻找新材料的过程，
上帝似乎和人类开了一个玩笑，用了20万年的时间我们的材料从石头 又回到了石头！
半导体器件原理
硅器时代
半导体材料的材料进步与特性比较
南京大学
半导体器件原理
新材料与电路成本
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半导体器件原理
半导体的发展历程
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半导体发展中的重要事情
1907年Henry Joseph Round 第一次在一块碳 化硅里观察到电致发光现象。
1936年,George Destiau出版了一个关于硫化锌 粉末发射光的报告。随着电流的应用和广泛的认识， 最终出现了“电致发光”这个术语。
可见光发光二极管进人商品化阶段最早要追朔到1962年，当 时美国的通用电气公司Holonyak ，制成了发红光的化合物半导体 合金，磷砷化镓。它们不甚么亮（＜0.1lm/W，大约比白炽灯效 率低150倍而且很贵，所以售出很少。
美国YUAN TAUR （ CAMBRIDGE，英文原版）
时间、地点：星期二(双）1-2节 教 201
星期四 3-4节 教 201
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半导体器件原理 课时安排（22次课计44学时） （9月15日---12月25日计15周）
• 引言：半导体的历史回顾与发展概况 • 半导体材料（第一部分1-4章，回顾与复习） • 二极管（第二部分5-6章，回顾与复习） • MOSFET（第三部分第7章） • FET的补充分析(第三部分第8章） • MOSFET 器件性能与设计 (第三部分补充） • 双极型器件：静电学特性（第四部分第9章） • 器件的时变分析（第四部分第10章） • 双极型器件性能与设计（第四部分补充） • 光电器件（第五部分第11章） • 半导体制造（附录C, 自学)
MonsantD和HP公司的改进LED使黄、绿加人到红色LED行 列中，这都是在1970年之时。
AIGalnP LED是1991年由美国 HP公司和日本东芝公司研制成 功，并于 1994年改进成功，采用 LP－MOCVD技术，其后HP又 开发了透明衬底技术大大提高了发光效率
LED性能改进速度大约是每十年提高十倍，导致今天某些 LED比之通用光源白炽灯或卤素灯具有更高的效率。
摩尔定律是1965年由戈登·摩 尔（Gordon Moore）提出来 的，他说集成电路里晶体管 数量每18个月翻一番。
25年来，现实与摩尔的 预言非常一致。 摩尔定律会 一直有效吗？换句话说，在 单位面积硅片上集成的晶体 管数量会达到极限吗？
Cost of Single Transistor