半导体器件物理 电子与信息学院
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。
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微电子科学技术的战略地位
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信息技术的领域
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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
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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。 • 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。
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Intel 45nm工艺 12英寸晶园
Intel 45nm 微处理器
Intel 45nm 微处理器管芯图
微电子：Microelectronics 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》
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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
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什么是微电子学？
电 子 学
微电子学
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30μm
100μ m 头发丝粗细
50μm
1μm × 1μm (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
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④《晶体管原理》，张屏英，周佑谟，上海科
学技术出版社, 1985。 ⑤《微电子技术基础-双极、场效应晶体管原 理》，曹培栋，电子工业出版社，2001。 ⑥《半导体器件物理基础》，曾树荣，北京大 学出版社，2002。 ⑦半导体器件基础，黄如等译，电子工业出版 社，2006。 ⑧晶体管原理与设计，陈星弼，张庆中，电子 工业出版社，2005。
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课程内容
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 双极晶体管 MOS场效应晶体管 特种半导体器件（CCD、存储器、功率器件、 微波器件、光电器件、TFT等）
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课程内容
半导体器件物理、模型、结构、特性
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课程要求
掌握半导体器件的原理、特点及应用 学习分析各类半导体器件的方法 提高解决实际问题的能力
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参考书： 1《微电子学概论》 张兴/黄如/刘晓彦，北京大学出版社,2000.1。 2《微电子概论》 郝跃/贾新章/吴玉广，高等教育出版社，2003.6 3《半导体器件物理》 孟庆巨/刘海波/孟庆辉，科学出版社，2005。
半导体器件物理
李斌 phlibin@
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Introduction
• 半导体器件的重要性 • 半导体器件的分类 • 课程内容 • 半导体器件的发展
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半导体器件的重要性？
• 半导体器件是信息时至关重要的元件。
为什么选择半导体器件？
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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
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。
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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
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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。 • 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.
•半导体器件的物理特性可以迅速改变。
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半导体器件的分类
PN Electronic device Bipolar M-S FET
MOSFET JFET HEMT npn, pnp HBT npnp
Optoelectronic device
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solar cell, photodetector LED, Laser
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。 – 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 完成的工作量超过4000亿人年工作量。
信 息 安 全
信
息
管
理
核心和基础： 微电子
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。
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第一台通用电 子计算机：
ENIAC
Electronic Numerical Integrator and Calculator