PPT学习交流
20
電容器
多晶矽2
氧化層
多晶矽1
平行板
介電質層 多晶矽2
介電質層
多晶
矽
矽
多晶矽1
重摻雜 矽
堆疊
深溝槽式PPT学习交流Fra bibliotek21金屬間連線 與 RC時間延遲
介電質, l
金屬, r
I
d w
PPT学习交流
22
二極體
• P-N接面 • 僅准許電流在正向偏壓的時候通過.
PPT学习交流
23
二極體
12
電洞移動的示意說明
導帶, Ec
導帶, Ec
導帶, Ec
電子
Eg = 1.1 eV 電子 Ea ~ 0.05 eV
Eg = 1.1 eV
電洞 價帶, Ev
電洞 價帶, Ev
電子
Eg = 1.1 eV
價帶, Ev
電洞
PPT学习交流
13
摻雜物濃度和電阻係數
電阻係數
N-型, 磷
P-型, 硼
摻雜物濃度
• 矽 V0 ~ 0.7 V
PPT学习交流
26
二極體的 I-V曲線
I
-I0
PPT学习交流
V
27
雙載子電晶體
• PNP 或 NPN接面 • 當作開關使用 • 放大器 • 類比電路 • 快速、高功率元件
PPT学习交流
28
NPN 和 PNP電晶體
E
E
B C
B
N
PN
C
C
E
B C
B
P
NP
E
PPT学习交流
PPT学习交流
8
矽的單晶結構
共享電子
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
- Si
PPT学习交流
9
為什麼用矽
• 豐度高, 價格不貴 • 容易在熱氧化過程中成長一層二氧化矽. • 熱穩定性 • 二氧化矽具強介電質及相對容易生成二氧化
矽可以做為擴散摻雜的遮蓋
PPT学习交流
10
N-型 (砷) 摻雜矽及施體能階
VD > 0
SiO2
p+
源極
金屬匣極
p+
SiO2
-------
p+ + + + + + + +
p+
n-Si
n-Si
汲極
源極
汲極
沒有電流
正電荷
PPT学习交流
35
金氧半場效電晶體
PPT学习交流
36
MOSFET 和飲水機(Drinking Fountain)
MOSFET
飲水機
• 源極, 汲極, 匣極 • 源極 / 汲極偏壓
Chapter 3 半導體基礎原理、元件 與製程
Hong Xiao, Ph. D.
PPT学习交流
1
目標
• 從元素週期表上至少可以認出兩種半導體材料 • 列出n型和p型的摻雜物 • 描述一個二極體和一個MOS 電晶體列出在半導
體工業所製造的三種晶片 • 列出至少四種在晶片製造上必備的基本製程
PPT学习交流
PPT学习交流
14
摻雜物濃度和電阻係數
• 摻雜物濃度越高， 提供的載體越多(電子或電洞) • 導電性越高，電阻係數越低 • 電子移動速度比電洞快 • 在相同的濃度下，N-型 矽比P-型矽的電阻係數
低
PPT学习交流
15
基本元件
• 電阻器 • 電容器 • 二極體 • 雙載子電晶體 • 金氧半場效電晶體
P型晶片
PPT学习交流
31
金屬氧化半導體電晶體
• 金屬氧化半導體 • 也稱作金氧半場效電晶體 (MOSFET) • 簡單對稱的結構 • 可做為開關, 有助於發展數位邏輯電路 • 在半導體工業中被廣泛的使用
PPT学习交流
32
NMOS 元件
基本結構
VG
VD
氧化層
n+
源極
金屬匣極
p-Si
n+
汲極
接地
VG VD
• 匣極加上偏壓電壓做 為開關(開)
• 電流從源極流到集極
• 源, 汲, 匣 閥 • 受壓力作用的源閥
• 對匣閥加壓 (按鈕)做為 開關(開)
• 電流從源極流到集極
PPT学习交流
37
基本電路
• Bipolar • PMOS • NMOS • CMOS • BiCMOS
PPT学习交流
38
不同基片的元件
2
主題
• 半導體是什麼? • 基本半導體元件 • 基本積體電路製程
PPT学习交流
3
半導體是什麼?
• 介於導體和絕緣體之間 • 藉摻雜物控制導電性 • 矽和鍺 • 半導體化合物
• 碳化矽,鍺化矽 • 砷化鎵, 磷化銦, 等.
PPT学习交流
4
元素週期表
PPT学习交流
5
半導體基片與摻雜物
基片
P-型 摻 雜物
V1
V2
P1
P2
• V1 > V2 , 有電流 • V1 < V2 , 沒有電流
• P1 > P2 , 有氣流 • P1 < P2 , 沒有氣流
PPT学习交流
24
圖3.14
過渡區(空乏區)
-- + +
-- + +
P
-- + +
N
-- + +
-- + +
Vn V0 Vp
PPT学习交流
25
內電壓
V0 kqTlnNnaNi2 d
PPT学习交流
16
電阻器
r
l
h
w
Rr l
wh
r:電阻係數
PPT学习交流
17
電阻器
• 通常以多晶矽來製作IC晶片上的電阻器 • 電阻的高低取決於長度、線寬、接面深度和摻
雜物濃度
PPT学习交流
18
電容器
l
h d
C hl
d
:介電質常數
PPT学习交流
19
電容器
• 電荷儲存元件 • 記憶體元件, 例如. DRAM • 挑戰: 在維持相同的電容量下降低電容的尺寸 • 高- 介電質材料
N-型 摻雜物
PPT学习交流
6
單原子的軌道示意圖與能帶
價殼層
導帶, Ec
原子核
能隙, Eg
價帶, Ev
PPT学习交流
7
能帶、能隙 和電阻係數
Eg = 1.1 eV
Eg = 8 eV
鋁 2.7 mW•cm
導體
鈉 4.7 mW•cm
矽~ 1010 mW•cm
半導體
二氧化矽 > 1020 mW•cm
絕緣體
Si
Si
導帶, Ec Si 額外
的電子
Ed ~ 0.05 eV
Si
As
Si
Eg = 1.1 eV
Si
Si - Si
價帶, Ev
PPT学习交流
11
P-型(硼) 摻雜矽及其受體能階
導帶, Ec
Si
Si
Si
電洞
Si
B
Si
Eg = 1.1 eV
Si
Si - Si
電子
價帶, Ev
Ea ~ 0.05 eV
PPT学习交流
29
NPN雙載子電晶體
射極
基極 集極
Al•Cu•Si
p+
n+ p
SiO2
n+
N型
p+
電子流
磊晶層
n+ 深埋層
P型基片
PPT学习交流
30
側壁基極接觸式NPN雙載子電晶體
CVD氧
化層
基極
射極
金屬
CVD氧 化層
集極
多晶矽 p n+
p
場區氧 化層
n 型磊晶層
場區氧 化層
n+
n+ 深埋層
CVD氧 化層
場區氧 化層
PPT学习交流
33
NMOS元件
VG = 0
正電荷
VD 電子流
VG > VT > 0
VD > 0
“金屬匣極
SiO2
n+
源極
n+
SiO2
+++++++
n+ - - - - - - -
n+
p-Si
p-Si
汲極
源極
汲極
沒有電流
負電荷
PPT学习交流
34
PMOS元件
VG = 0
負電荷 VD 電洞電流 VG < VT < 0