第8章微电子与光电子混合集成技术
微电子与光电子混合集成是指光子器件和电子器件根据各自器件的材料结构和制作工艺的不同，分别制作在不同的芯片上，最后能过焊接、封装等技术固化组合在一起。
8.1微光电子集成智能像素概述
智能像素（smart pixels）是一种对输入光信息具有自主处理能力，经内部光子回路或电子电路处理后，再以光波形式输出信息的光子集成或光电子集成智能单元。为增强对光信号的处理能力，这种智能集成单元通常制作成垂直接收和发射光的阵列。微光电子集成智能像素不仅有由光探测器构成的光输入和光调制器或光发射器构成的光输出功能，还具有电子的逻辑处理、存储、放大和智能控制功能，充分利用了电子器件的逻辑控制多功能性、相当成熟的大规模集成技术和光子集成器件的高密度并行操作、高速度光输入/光输出能力，将光子功能与电子功能巧妙地结合起来，构成具有逻辑功能智能化的高速大规模微光电子集成系统，其意义在于：一方面将高密度并行处理的光输入、光输出、光互连、光交换引入电子信息处理系统，使具有光信息检测和传递能力的电子信息系统性能得到很大提高;另一方面，把多功能的超大规模电子信息处理和存储电路引入光信息处理系统，从而极大地增强了光信息处理系统的功能。微光电子集成智能像素自20世纪90年代出现以来，受到世界各发达国家的高度重视，美、日、英、加、德、法等国在材料遴选、像素构成、智能化程度提高、器件性能改善、多功能发展、光电集成、应用开拓等方面都取得了很大的进展。
微光电子集成智能像素技术是一门综合技术，涉及范围包括光子器件与集成、超大规模集成电路、微光电子集成技术、微光学部件、高速信息处理系统及应用等多方面内容。光子集成器件包括激光器、光探测器、光调制器、光接收器、光发射器、光放大器、光开关、光波导、图像处理和显示部件等;微光学部件包括准直、聚焦、起偏、滤波、分路、合路、耦合、封装、微光学平台及微光机械元件;光电集成技术包括单片集成和混合集成;系统结构包括由分立元件、集成线阵器件、集成面阵器件构成的自由空间光互连系统和光波导光互连系统。微光电子集成智能像素技术综合运用了量子电子学、光子学、光电子学、微电子学、光纤技术、光学仪器等多学科的理论与技术，是一项多领域相互交叉的高新技术。智能像素通常是由三部分组成。
(1)输入光信号接收部分：通常是由光探测器(如MSM、PIN光二极管)构成，被探测到的信号由模拟电子放大器放大成所需的数字电平信号，实现由光信号到电信号的转换过程。
(2)电信号处理部分：这部分由微电子集成电路构成，可实现各种复杂的逻辑处理、存储、放大和智能控制等功能。
(3)输出光信号发射部分：一股由光调制器或光发射器(如LED、激光器)将经过处理的电信号转换成光信号，实现光信号的再生和输出。
8.1.1智能像素中的光子集成器件及集成技术
智能像素是将高密度的光子集成器件与大规模集成电路进行集成，构成具有实用价值的光电子集成系统，其中光子集成器件是智能像素的关键，它是根据系统功能的要求，将一种类型的光子器件重复分布成矩阵形阵列，大规模集成在—块芯片上，或者将具有不同功能的多种类型的光子集成器件优化组合，混合集成在一块芯片上，以突破分立器件功能的局限性。智能像素对光子集成器件有如下要求：
(1)光子集成器件要尽可能具备多功能性，能在光电子集成系统中发挥光探测、调制、放大、开关、发射等多方面功能。
(2)光要垂直于表面照射在器件上或从器件表面发射，只有这样才有可能制作二维光子集成面阵，光子器件集成化是发展大规模微光电子集成系统的必由之路。
(3)与大规模微电子集成电路具有良好的兼容性，例如偏置条件、温度环境等，若是单片集成还要求光子集成器仵与微电子器件的材料、结构和制造工艺能够很好地兼容。
(4)要求光子集成器件具有较高的成品率和可靠性，这是光电子集成系统实用化、产业化所必需的。
目前，智能像素中使用的光子集成器件有自电光效应器件(SEED)、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、发光二极管(LED)、金属-半导体ˉ金属(MSM)光探测器、液晶(LCD)间光调制器，以及其他类型的光探测器、调制器、发射器等光电子器件。目前发展最快、用前景最广的是SEED智能像素和VCSEL智能像素。
《微电子学概论》学习心得 本学期学习了王志亮老师讲解的《微电子学概论》课程，本课程涵盖了半导体物理和器件物理基础知识，集成电路基础知识，设计制造、最新技术以及发展趋势。介绍了微电子技术的发展历史，半导体物理和器件物理基础知识，集成电路及SOC的制造、设计以及计算机辅助设计技术基础，光电子器件，微机电系统技术和纳电子器件等的基础知识，最后还给出了微电子技术发展的一些规律和展望。通过王志亮老师详细且精彩的讲解，我从一个只能用字面上去理解微电子学的门外汉蜕变到现在对微电子学能有一个总体的、全面的了解；同时让我在学习之后了解到微电子学得博大精深，体会到了微电子学发展极为迅速的特点，对微电子学领域中的一些最新观点、最新成果充满了好奇与学习的渴望。 对于光伏与微电子专业的学生来说，本课程具有它重要的意义。它不仅仅是我们和专业知识的第一次亲密接触，更让我们了解了我们的专业对这个社会的影响和微电子科学技术和产业发展的重要性，首先表现在当代的食物链上，即国民经济总产值（GNP）每增加一百到三百元，就必须有十元电子工业和一元集成电路产值的支持。而且据相关数据表明，发达国家或是走向发达的国家过程中，在经济增长方面都有这样一条规律：电子工业产值的增长速率是GNP增长速率的三倍，微电子产业的增长速率又是电子工业增长速率的两倍。因此可以毫不夸张地说，谁不掌握微电子技术，谁就不可能成为真正意义上的经济大国，对于像我们祖国这样一个社会主义大国更是如此。 发展微电子产业和微电子科学技术的关键在培养高质量的人才，因此让我了解了掌握微电子的相关知识对于我们这个专业的学生来说是十分重要的。 微电子产业属于国家战略发展项目，像863计划等等不一而足。国家的发展需要更多的微电子综合人才，所以我们作为当代大学生、微电子领域的一份子，我们有责任去学习和掌握更多有关微电子学的相关知识。器件原理、半导体物理、集成电路工艺、Verilog(VHDL)EDA工具等课程将是我在学习《微电子学概论》之后新的学习目标，因为微电子学让我相信硅（Si）是可以战胜钢铁（Fe）的！ 光伏101 杨霖 1011093023
微电子学 1．微电子材料与器件 1.1 概述 进人21世纪以来,信息产业发展迅速,已超过汽车、钢铁、石化, 成为世界现代经济的先导产业。信息产业是国民经济各相关行业中, 有关信息技术产品生产、信息传播、信息加工、信息整理、信息管理等活动的综合体现。信息产业的核心是微电子产业。过去几十年世界微电子产业以17%的年平均增长速度发展, 远高于国民经济的其他部门,是带动国民经济增长的重要因素。该产业的影响面广, 后续产业链长, 关系到国民经济和国防安全, 已成为一个国家的经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。 微电子材料与器件是微电子产业的基础。微电子器件通常分为集成电路器件、分立器件、光电器件和传感器等, 其中集成电路器件又分为微处理器、逻辑电路、模拟电路和存储器等器件。多晶硅、集成电路常用的硅抛光片、外延片、SOI片, 以及IC制造过程中的氧化、涂光刻胶、掩模对准、曝光、显影、腐蚀、清洗、扩散、封装等工艺所需的引线框架、塑封料、键合金丝、超净高纯化学试剂、超高纯气体等均属于微电子材料。 电子信息材料是指在微电子、光电子技术和新型元器件基础产品领域中所用的材料，目前主要包括单晶硅为代表的半导体微电子材料；激光晶体为代表的光电子材料；介质陶瓷和热敏陶瓷为代表的电子陶瓷材料；钕铁硼（NdFeB）永磁材料为代表的磁性材料；光纤为代表的光通信材料；磁存储和光盘存储为主的数据存储材料；压电晶体与薄膜材料；贮氢材料和锂离子嵌入材料为代表的绿色电池材料以及横跨多个领域的纳米材料等。这些基础材料及其产品支撑着通信、计算机、信息、微机械智能系统、工业自动化、家电与网络技术等现代信息产业的发展。 新材料技术的突破，往往有可能引发一场划时代的人类文明史的变革，如上世纪 60 年代高纯硅材料的突破，使大规模或超大规模半导体集成电路得以实现，使人类进入了至今仍方兴未艾的电子信息化时代。而在当前，电子信息材料仍是发展最活跃的领域之一，新产品新技术不断出现，充分反映出新信息技术广阔的发展前景。 随着信息技术向大容量、高速度、高功能、智能化的快速发展，电子信息材料总体发展趋势是向着器件大尺寸、高均匀性、高规格、高完整性以及元器件薄膜化、多功能化、片式化、超高集成度和低能耗方向发展。
微电子器件的制造技术 随着社会的发展和科技的进步，微电子技术越来越被人们所重视。微电子器件是一种基于细微的物理结构和材料特性来实现功能的电子器件。微电子器件的制造技术，不仅关系到国家的科技水平，更关系到整个社会的进步。本文将从微电子器件的种类、制造技术和应用领域加以探讨。 一、微电子器件的种类 微电子器件根据功能和工艺技术的不同，可以分为射频微电子器件、光电子器件、微波微电子器件、半导体发光二极管器件、半导体激光器件、微机电系统器件、纳电子器件等。这些微电子器件广泛应用于无线通信、光纤通信、电子娱乐、计算机网络、医疗设备等领域。 二、微电子器件的制造技术包括“半导体工艺”和“光刻技术”。其中半导体工艺是微电子器件制造中最基础的技术，是将在硅晶圆片表面建立电子元件所需要的各种涂覆、蚀刻、沉积、打孔等步骤进行的工艺。它大体上可以分为以下几个步骤：
1、半导体材料的生长 半导体材料包括硅、砷化镓、氮化镓等，它的生长是指在硅晶圆片上，通过热力学和热化学反应的方式形成单晶或多晶材料。 2、清洗硅晶片 为了去除硅晶片表面的杂质，使其表面光滑，可以采用一种名为“清洗”的硅表面改良技术。 3、表面涂覆 在清理过后的硅晶片上，需涂覆一层特殊的聚合物涂料，用来防止光刻胶渗透到晶圆上面的其他区域，保护晶圆的完整性。 4、光刻 光刻是一项重要的微电子器件制造技术，也是生产半导体集成电路的核心技术之一。光刻是基于光学原理的达到图形转移到硅
基片上的一种微电子器件制造技术。即将芯片设计好的图案通过 光刻胶将其复制到硅片的表面上。 5、蚀刻 蚀刻是将制造芯片所预制的雕刻图案与晶圆表面材料进行剥离 的微电子器件制造技术。通过将晶圆放入特定的化学液体和プラ ズマ状态的气体中，进行局部加热，从而提供能量以使反应发生。通过这种方法进行创新，可以很好地实现化学反应。将晶圆表面 上需要剥离的材料逐渐蚀刻掉，从而形成需要的电子器件元件。 三、微电子器件的应用领域 微电子器件在多个领域都有广泛的应用，下面分别介绍几个典 型的应用领域： 1、无线通信 无线通信是将卫星通信、移动通信、电视广播、局域网等装备 于不用的设备离散分布，建立一种共享的通信网络，使各种无线
第八章半导体发光 研究一种新型半导体材料，首先是要对它的光电以及结晶品质等进行研究。对于光电子材料。对它的发光性质的研究是一个重大课题，有大量的工作可做。可以说每一种光电子材料的光学性质研究都有大量文献报道。通过对材料的发光性能的研究，可以判定材料的生长质量，发光特性，杂质情况，杂质电离能，适合不适合制作发光器件等。 画光谱图 1. 辐射跃迁：处于激发态的电子向较低的能级跃迁，同时发射光子的过程。要求系统处于非平衡状态，一般通过一些外加的激发手段才能达到。 电致发光：电流激发。 阴极射线发光：电子束激发。 光致发光：光激发，入射光子能量要大于材料禁带宽度。 2．发光波长与能量的关系：λ=c/v=hc/E=1240/E（nm），E单位为电子伏特（eV）3．带-带跃迁：导带的电子跃迁到价带，与空穴复合，自由载流子复合。（激子效应对半导体发光光谱有更重要的影响，但在较高实验温度下和对于纯度较差的样品，可以观察到带-带跃迁） 发光光谱形状：F(hv )∝( hv )2（hv-Eg）1/2exp-(hv-Eg)/KT 特征：发光峰在Eg附近。发光峰具有一个高能量尾部，在hv=Eg处，低能量边缘突然截止。在低激发情况，发射峰的半峰宽近似等于0.7kT。随掺杂浓 度增加和费米能级深入导带，发光峰峰位置和高能边缘均向高能量方向 移动。增加激发和升高温度也可导致发光向高能方移动。自吸收导致实 验观测的发光光谱向低能方向漂移。K：玻尔兹曼常数，8.62x10-5电子 伏特/度。300K时，KT约26meV。77K时，KT约6.6meV。 4．自由激子：自由电子和自由空穴由与库仑力作用而束缚在一起所形成的系统，可在晶体中运动。电子与空穴之间的作用类似与氢原子中电子与质子的相 互作用。自由激子代表了低激发密度下纯半导体中电子和空穴的能量最 低的本征激发态。（对足够纯的半导体材料，低温下本征辐射复合的主 要特征可以是激子复合导致的狭窄谱线。按激子复合发光模型，发光谱 低能端应在激子波矢0对应的激子能量处突然截止，考虑激子效应时，
电子和光子 电子：是微观粒子中第二小的粒子，仅仅比中微子大。 光子：是能量的载体，或者说光其实就是能量。 电子是一种基本物质粒子，它在原子核的外围高速运行。到目前为止，科学家们都无法将电子打散，它被认为是不能分割的粒子。我们通常会将原子核想象成太阳，将围绕着原子核运动的电子想象成围绕太阳旋转的行星，比如水星、地球或木星，但事实上并不如此。氢原子是世界上最小也是最简单的原子，它的原子核就是一个质子，质子带一个正电荷，围绕着这个质子运行的只有一个带负电荷的电子，电子由于静电引力的作用围绕着质子运动。即便如此，电子的运动轨迹也不是一个圆或椭圆。由于电子绕核运动的速度接近光速，当我们观察这个电子时，它的运动轨迹更像是地球周围的“大气层”，电子会随机出现在原子核周围“大气层”的任何一个点上，这些点形成一个“壳层”，我们称之为电子云。光子实际上是一份一份的能量，它被称为“光的能量子”。虽然光子兼具粒子的特性，但它不是一个具体的粒子，这有点像“声子”和“胶子”。目前普遍接受的物理理论暗示或假设光子是严格无质量的，这意味着不存在光子这个“东西”，所以光子的停止质量被定义为0。 光子一产生就以光速在运动，它是能量，按照爱因斯坦相对论中质量与能量的关系，我们认为光子拥有“动质量”。光子是电磁波,电子是实物粒子与电磁波是两回事 电子与光子这两种粒子的根本区别——光子没有自旋,电子有自旋.
电子与正电子相遇时将湮灭而转化为光子,即转化为电磁场；反之,在核场中光子的能量足够大时,光子也可以转化为正负电子对.电子与正电子都是实物,而光子却是电磁场,即真空. 从微观物理的角度考察：电子是费米子,带基本电荷,具有空间局域性.它可以是信息的载体,也可以是能量的载体.作为信息载体时,可以通过金属导线或无线电波在自由空间进行传递.电载信息的主要储存方式为磁储存.微电子技术发展了电子计算机,其信息处理的速度受到了电子开关极限时间10-10 s的障碍,和大规模集成电路密集度水平以及并行技术的制约.20世纪信息技术的进步已经充分挖掘并几乎穹尽了电子的潜力.虽然微电子技术的进一步完善,尚可提高芯片信号运作的速度.有望把计算机运算速度再提高，然而,电子本身的运动特性及其所产生的电磁场频率极限,制约了它在信息领域功能的进一步发展.电子作为能量的载体时,高能电子束可以让物质改性,可以作为高温热加工,但要求真空环境.并且,它的德布罗意波长极限使它难以胜任超精细的工作. 光子是玻色子,电中性,没有空间局域性而具有时间可逆性.它可以是信息的载体,也可以是能量的载体.作为信息载体时,可以通过光纤（光缆）或自由空间进行传递,光载信息的主要存储方式为光储存.光子技术将发展起光子计算机,其光子逻辑或智能运算的信息处理速度将受到光子开关极限时间10-14s的障碍,和光子集成光路密集度水平以及并行技术的制约.这些制约都远较电子技术所受制约宽松.光子作为能量的载体时（只有光子简并度极高的激光束才能实现）,
微电子材料中的光电响应与光学特性 微电子材料是现代科技领域中的重要组成部分，它在光电子学、光通信、光储 存等领域发挥着重要作用。光电响应和光学特性是微电子材料的重要性能指标，对于研究和应用具有重要意义。 一、光电响应 光电响应是指材料在受到光照射时所产生的电信号响应。微电子材料的光电响 应主要包括光电导、光电流和光电压等。光电导是指材料在光照射下电导率的变化，是光电响应的一种重要指标。光电导的大小与材料的能带结构、载流子浓度以及光照强度等因素密切相关。光电导的增加可以提高材料的光电转换效率，进而提高光电器件的性能。 光电流是指材料在光照射下所产生的电流。光电流的大小与材料的吸收系数、 载流子迁移率以及光照强度等因素有关。光电流的增加可以提高材料的光电转换效率，进而提高光电器件的灵敏度和响应速度。 光电压是指材料在光照射下所产生的电压。光电压的大小与材料的光吸收能力、载流子浓度以及光照强度等因素有关。光电压的增加可以提高材料的光电转换效率，进而提高光电器件的输出功率。 二、光学特性 光学特性是指材料对光的吸收、散射、透射和反射等性能。微电子材料的光学 特性主要包括吸收光谱、透射光谱、反射光谱和散射光谱等。吸收光谱是指材料对不同波长光的吸收程度。透射光谱是指材料对不同波长光的透射程度。反射光谱是指材料对不同波长光的反射程度。散射光谱是指材料对光的散射程度。 微电子材料的光学特性对于光电器件的设计和应用具有重要意义。通过研究材 料的吸收光谱，可以确定材料的能带结构和光吸收能力，进而选择合适的材料用于
光电器件的制备。通过研究材料的透射光谱，可以了解材料的透明度和光传输性能，进而优化光电器件的光学设计。通过研究材料的反射光谱，可以了解材料的反射特性和光散射特性，进而改善光电器件的光学效果。 三、光电响应与光学特性的关系 光电响应和光学特性是密切相关的。光学特性是光电响应的基础，而光电响应 是光学特性的体现。光学特性可以影响光电响应的强度和性质，而光电响应可以反映材料的光学特性。 例如，材料的吸收光谱决定了材料对光的吸收程度，进而影响光电流和光电压 的大小。材料的透射光谱决定了材料对光的透射程度，进而影响光电导的大小。材料的反射光谱决定了材料对光的反射程度，进而影响光电流和光电压的大小。材料的散射光谱决定了材料对光的散射程度，进而影响光电导的大小。 综上所述，微电子材料中的光电响应和光学特性是相互关联的。研究和理解光 电响应与光学特性之间的关系对于优化材料的光电转换效率和光电器件的性能具有重要意义。通过合理设计和调控材料的光学特性，可以提高光电响应的强度和性质，进一步推动微电子材料在光电子学、光通信、光储存等领域的应用。
微电子和光电子技术的融合与创新随着全球科技竞争的不断升级，微电子和光电子技术的融合已成为当前科技领域的热点之一。随着微电子技术和光电子技术的不断发展，其融合也越来越成为一个趋势。本文将从微电子和光电子技术的发展历程、融合的意义及其应用、现状以及未来的发展进行分析和讨论。 首先，我们来看微电子和光电子技术的发展历程。微电子技术作为电子工程的一个分支，在20世纪50年代初期开始出现。随着科技的不断发展，微电子技术得到了不断完善，使得电子器件的规模越来越小，处理器的速度越来越快，功耗越来越小。而光电子技术则是与光学有关的一种技术，它是将电子学和光学技术进行有机的结合而催生的新兴技术。 为了更好地解释其融合的意义，我们需要先了解一下光电子技术和微电子技术各自的优势。光电子技术有着更高的传输速度，更低的能耗和更高的稳定性，而微电子技术则更容易进行集成，更容易实现自动化制造和更具可控性。将微电子和光电子技术融合起来，可以充分利用各自的优势，发挥最大功效。
接下来，我们来看一下微电子和光电子技术融合的应用情况。 首先，微电子和光电子技术的融合使得立体影像、远程医疗、飞 行器导航、通信和光存储等领域具有了更好的性能和更高的速度。其中，立体影像和光存储能够提供更真实、更生动的视觉效果； 远程医疗则可以实现在医学技术方面的远程操作，飞行器导航则 可以更精准地实现导航引导，通信则可以做到更高效、更稳定的 数据传输。 其次，微电子和光电子技术融合还可以应用于新型能源、环保、新型照明等领域。在新型能源领域，微电子和光电子技术的融合 可以为太阳能发电、风能发电等提供更先进、更高效的技术支持；在环保领域，则可以利用光电子技术来控制水质、净化空气等； 在新型照明领域，则可以实现更绿色、更节能的照明方式。 目前，微电子和光电子技术融合的应用领域还较为局限，但在 未来，这种融合将会越来越广泛。未来，微电子和光电子技术的 深度融合将为人类带来更多的便利和创新，同时也将在信息技术、环保、新能源等方面发挥更为重要的作用。 总之，微电子和光电子技术的融合是科技领域当前的热点之一。微电子技术和光电子技术分别具有自己的优势，两者的融合可以
自然科学知识：光电子学和微电子学 光电子学和微电子学 自然科学是指探究自然界中事物规律的一门学科。其中，最为关 键的一类学科就是物理学。在物理学的基础上，涉及到光电子学和微 电子学两个深入研究的分支。光电子学主要研究光和电子之间的相互 作用，而微电子学主要关注微型电器件和电子元器件的制造和应用。 本文将简单介绍这两个分支，同时也将提供一些相关的实际应用实例。 光电子学 光电子学是物理学中的一个分支，它研究的是光和电子之间的相 互作用。具体来说，光电子学主要涉及到以下几个领域： 1.光电子发射：指的是当光照射到固体表面时，电子被激发出来 的现象。这个现象是通过光子将能量传递给电子来实现的。 2.光电效应：指的是当光照射到物质表面时，该物质开始发射电 子的现象。这个现象是通过光子将能量传递给电子来实现的。
3.光电二极管：是一种将光转换为电信号的装置，它将光子转换为电子，从而形成电信号。 4.光电倍增管：是一种测量光子积分强度的技术，它主要用于测量光子的数量和强度。 5.光电显示器：是一种用于显示图像的装置，它将光转换为电信号，并以图像的形式在显示屏上显示。 6.光电传感器：是一种通过感知光得到感应信号的传感器，它可以被应用于测量光功率、测量光强度等等。 光电子学的应用非常广泛，从娱乐到通讯，从医疗到环保都有更多的应用。例如，太阳能电池板使用光电子学原理将光转换为电能；光纤通信使用光子学技术将数据信号转换为光信号，通过光纤传输；光电显微镜使用光电子学技术来观察细胞和组织的分子结构。 微电子学 微电子学是一种在微观尺度下制造和应用电子元器件的学科。它主要研究用于制造集成电路和微型电器件的技术。在微观尺度下，电
什么是微电子技术? 微电子技术是二十世纪下半叶才发展起来的，是指设计制造和使用微小型电子元器件和电路、实现电子系统功能的新型技术，现代信息科技的基础主要包括半导体技术、集成电路技术。核心和代表是集成电路技术。 什么是光电子技术? 光电子技术是继微电子技术之后，近十几年来迅速发展的新兴高技术，它集中了固体物理、导波光学、材料科学、微细加工和半导体科学技术的科研成就，成为电子技术与光子技术自然结合与扩展，具有强烈应用背景的新兴交叉学科，对于国家经济、科技和国防都具有重要的战略意义 什么是光电子学 在微电子技术蓬勃发展的同时，人们发现可以利用光电各自的优势来为我们服务。比如激光器，光电探测器，太阳电池如等方面都需要光电结合。这就是早期的光电子学。随着光电子学的发展，人们研究完全利用光来处理信息，于是诞生了光子学。所以可以说，先有了光电子学，又有了光子学。而最终的发展会是光电的再次统一，即更高一个层次上的光电子学。现在正在发展单电子技术和单光子技术，那时信息的载体不再是束流，而是单个的粒子。光子和电子都是利用量子力学的概念，区别只是波长不同而已。我想我们在二十一世纪肯定会走到这一步。那时既不能叫光子信息技术，也不能叫电子信息技术，应该叫量子信息技术。 由于光子具有电子所不具备的许多特性所以光子学有它独特的优势。尤其在信息领域。比如通信，我们现在大部分主干网用的都是光纤，信息的载体都是光。由于密集波分复用技术的发展，一根头发丝粗细的光纤就可以传输一亿门电话线路。这是电缆无法比拟的。再如信息存储技术，光盘由VCD发展到DVD，容量增大了好几倍，未来如果研制出能够商用的蓝光激光器，采用蓝光波段的光来作为信息的载体，就又可以使同样大小的光盘的容量增大近十倍。而且光具有相干性，可以实现全息存储，在不到一个平方厘米的芯片上，我们可以把北京图书馆的所有的书都存进去。在计算机方面，未来的发展趋势是光要进入计算机中，发挥光子的优势实现开关的互联，利用光来消除电子传输带来的瓶颈效应。 微电子专业简单的说，就是学习怎么制造cpu，芯片，磁卡... 微电子专业, 业务培养目标：本专业培养掌握微电子学专业所必需的基础知识、基本理论和基本实验技能，能在微电子学及相关领域从事科研、教学、科技开发、工程技术、生产管理与行政管理等工作的高级专门人才。 业务培养要求：本专业学生主要学习微电子学的基本理论和基本知识，受到科学实验与科学思维的基本训练，具有良好科学素养，掌握大规模集成电路及新型半导体器件的设计、制造及测试所必需的基本理论和方法，具有电路分析、工艺分析、器件性能分析和版图设计等的基本能力。
光电子技术及应用 在光电子技术领域应用的，以光子、电子为载体，处理、存储和传递信息的材料。光电子技术是结合光学和电子学技术而发展起来的一门新技术，主要应用于信息领域，也用于能源和国防领域。已使用的光电子材料主要分为光学功能材料、激光材料、发光材料、光电信息传输材料（主要是光导纤维）、光电存储材料、光电转换材料、光电显示材料（如电致发光材料和液晶显示材料）和光电集成材料。 光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。1962年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。经历十多年的初期探索，从70年代后期起，随着半导体光电子器件和硅基光导纤维两大基础元件在原理和制造工艺上的突破，光子技术与电子技术开始结合并形成了具有强大生命力的信息光电子技术和产业。二十一世纪的光电子技术正在快速地发展，结合众多工艺与技术，如光电子学、力学、电子学、材料学等，光电子技术现在已成为国防、航空宇宙、光学加工、电子、通讯、显示、测试仪器等领域发展的基础。2004年全球光电产业产值预计为2268亿美元，到2010年，全球光电行业市场容量更将达到4500亿美元之巨。光电子技术是一个比较庞大的体系，它包括信息传输，如光纤通信、空间和海底光通信等；信息处理，如计算机光互连、光计算、光交换等；信息获取，如光学传感和遥感、光纤传感等；信息存储，如光盘、全息
存储技术等；信息显示，如大屏幕平板显示、激光打印和印刷等。其中信息光电子技术是光电子学领域中最为活跃的分支。在信息技术发展过程中，电子作为信息的载体作出了巨大的贡献。但它也在速率、容量和空间相容性等方面受到严峻的挑战。采用光子作为信息的载体，其响应速度可达到飞秒量级、比电子快三个数量级以上，加之光子的高度并行处理能力，不存在电磁串扰和路径延迟等缺点，使其具有超出电子的信息容量与处理速度的潜力。充分地综合利用电子和光子两大微观信息载体各自的优点，必将大大改善电子通信设备、电子计算机和电子仪器的性能。 其中随着半导体技术的迅速发展，各种类型的光电探测器，如电荷耦合器件、光位置敏感器件、光敏阵列探测器等应运而生，取得了重大进展。进入90年代，光电探测器的发展方向除了开发高速响应光电探测器外，其重点是开发焦平面阵列为代表的光电成像器件。红外焦平面阵列制作技术的日臻完善，使红外探测技术进入了第二代。当前，降低成本是红外探测器在民用领域得到广泛应用的关键。21世纪，红外焦平面阵列开发方向，一是在现有基础上提高分辨率，二是开发多功能和智能化焦平面阵列。 而随着光通信、光信息处理、光计算等技术的发展，加之材料科学和制造技术的进展，使得在单一结构或单片衬底上集成光学、光电和电子元器件成为可能，形成具有单一功能或多功能的光电子集成回路（OEIC）和集成光路（IOC）。目前，商品化
《微电子学实验》课程教学大纲 课程编号：0604052 课程总学时/学分：18学时/1学分（其中理论0学时，实验18学时） 课程类别：专业任选课 一、教学目的和任务 目的：通过实验教学环节，培养学生独立完成半导体材料特性测试分析与微电子制造单步工艺设备使用、微电子器件参数测试与应用和现代集成电路EDA 工具使用等方面的实践动手能力，巩固和强化现代微电子技术和集成电路EDA 技术相关知识，提升学生在微电子技术领域的竞争力，培养学生灵活运用理论知识解决实际问题的能力，锻炼学生分析、探讨和总结实验结果的能力。 任务：在理论课程的学习基础上，通过大量实验熟练掌握现代微电子技术中半导体材料特性、微电子工艺技术、微电子器件参数、集成电路EDA技术等相关的实验手段和测试技术。课程以教师讲解、学生实际动手操作以及师生讨论的形式实施。 二、教学的基本要求 本课程是在学习了《半导体物理》、《半导体器件物理》、《模拟电子技术》、《数字电路技术》、《半导体集成电路》、《集成电路制造工艺原理》等理论课程后实施的一门面向电子类各专业的重要实践课程。 本实验内容涵盖半导体材料特性参数测试分析与微电子制造工艺设备使用、微电子器件和集成电路性能参数测试与应用、现代集成电路EDA技术等实验内容。 要求学生掌握半导体材料特性测试技术、微电子技术工艺参数测试分析技术和微电子器件参数测试与应用技术,能够熟练使用集成电路EDA工具软件。 三、教学内容及课时分配 实验一半导体材料电阻率的四探针法测量及其EXCEL数据处理 具体内容：测试给定的三块不同规格半导体材料样品电阻率，使用EXCEL软件对各个样品的测试数据进行指定方式的计算和处理，画出电阻率波动图。最后试用热探针判别材料导电类型。
电子信息工程电子科学与技术通信工程微电子科学与工程光电信息科学与 工程信息工程 1、专业介绍: 这几个学科都可以归到电子信息工程大类，其中电子科学与技术也可以归为计算机大类，不同的学校根据教学侧重点不同授予理学学士学位或工学学士学位（在我们学校光电就是理学学士学位）。 电子信息工程这样一个类别的专业，在教学上离不开计算机的知识，也就是说学计算机的制作软件，我们再用这些软件去制造更加先进的硬件，一般都会学简单的汇编语言，之后就要求在简单汇编语言的基础上学习硬件编程，硬件编程主要辅助电子电路的设计，简单的说硬件编程就是一个将人的指令转化成硬件语言去实现该电路的功能。这几个学科涉及领域比较多，毕竟是属于高科技的东西，需要了解的东西必然就很多，最初学习简单的基本知识，简单电路，以及一些算法，各种仿真软件的使用。大一大二主要学一些基础课程，像C语言、Matlab、模拟电子、数字电子。大三大四就比较深入，会学习单片机，还有数字信号处理之类的比较难的算法，这一部分比较不容易理解，能把这些联系起来的同学就算是学的比较明白了。从大二下学期开始会有一些专业课上实验，最初会有电工实践课让大家了解用电安全以及学习实验方法为以后自己动手做基础，专业实验需要用各种芯片搭出实验电路，对于动手能力比较强的同学比较容易。 2、专业要求： 谈到专业要求，这些学科比较适合有钻研精神的同学来学习，课程量比较大，想要有很好的成绩也一定要很勤奋，动手能力也是比较重要的。主要建议数学学的不好的同学尽量避免选择以上专业，各种函数以及算法着实让人头疼。选择这些专业需要一定勇气，想学好它们意味着大学四年会很忙，当然也不是意味着这
光电子技术的发展和应用及规划 一、光电子技术的研究对象 光电子技术是光电技术与电子技术相结合而形成的一门技术，光子技术的研究对象有：光子的特性；光子与物质得选哪个互作用；光子在自由空间或物质中的传输与控制。电子技术的研究对象有：电子的特性；电子与物质的相互作用；电子在自由空间或物质中的运动与控制。故光电子技术的研究对象是光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术。 二、光电子技术的发展史 1、光电子探测问世 1873年，英国人史密斯发现了硒的光电导特性；1888年，德国人赫兹观察到紫外线照射到金属上时，能使金属发射带电粒子；1890年，勒纳对带电粒子的电荷质比的测定，证明带电粒子是电子，由此弄清了外光电效应的实质；1929年，科勒制成银氧铯光电阴极，出现光电管；1939年，苏联人兹沃雷制成实用的光电倍增管；30年代末。PbS红外探测器问世，室温下探测到3um；40年代，出现了用半导体材料制成的温差型红外探测器和测辐射热量计。50年代末，美国将探测器用于代号为响尾蛇的空-空导弹。1958年，英国劳森等发明口汞红外探测器，红外探测器自60年代以来快速发展，40大力开发了中波和长波红外多元探测器，并广泛应用于夜视、侦察和制导系统等领域。 2、激光器诞生及发展 1916年，爱因斯坦提出了光的受激辐射及光放大的概念，为激光器的产生提供发了理论基础；1954年，美国汤斯以制冷的氨分子作为工作物质，研制成了微波激光器。稍后，苏联巴索夫和普罗霍洛夫以氟化铯为工作物质制成了微波激射器。1958年，汤斯和尚诺将微波受激辐射的原理推广到红外和可见光波段，提出谐振腔，引入了激光的概念；1960年，梅曼研制成功了世界上第一台激光器，随后，各种固体、气体、液体、半导体激光器相继出现。1961年，第一台激光测距仪问世。 3、低损耗光纤和长寿命激光二极管问世 1966年，营计划以高锟等提出了实现低损耗光纤的可能；1970年，美国研制出损耗为20dB/km的石英光纤和室温下连续工作的激光二极管，使光纤通信成为现实，这一年被公认为“光纤通信元年”；80年代初，日本、美国、英国相继建成全国干线光纤通信网；90年代初，光纤放大器和波分复用技术诞生；21世纪，以智能化超高速计算机系统和全光网络为代表的超高速超大信息处理和传输成为未来信息科学发展的两个重大方向。 4、光存储和光电显示 光存储技术：1972年荷兰飞利浦公司演示了模拟式激光视盘；1982年飞利浦公司同日本索尼公司合作，推出了第一台数字式激光唱机。 三、光电子技术的应用 1、军事方面的应用 光电子像其他高新技术一样，始终受到军方的高度重视，在军事方面的应用不可忽视。激光在军事上的应用形式多种多样，但是基本上可以分为三个主要部分：追踪的系统；发射实施摧毁性打击的高能激光系统；辅助的控制和通信系统。 1991年的海湾战争，以美国为首的多国部队广泛使用了各种星载、机载和车载光电子装备，包括高分辨可见光和红外侦察相机、激光半主动制导航弹、红外成像制导导弹、电视
南通大学电子信息学院-电子科学与技术
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电子科学与技术 信息科学的基础是微电子技术和光电子技术，它们同属于教育部本科专业目录中的一级学科“电子科学与技术”。 业务培养目标：本专业培养具备物理电子、光电子与微电子学领域内宽广理论基础、实验能力和专业知识，能在该领域内从事各种电子材料、元器件、集成电路、乃至集成电子系统和光电子系统的设计、制造和相应的新产品、新技术、新工艺的研究、开发等方面工作的高级工程技术人才。 业务培养要求： 本专业学生主要学习数学、基础物理、物理电子、光电子、微电子学领域的基本理论和基本知识，受到相关的信息电子实验技术、计算机技术等方面的基本训练，掌握各种电子材料、工艺、零件及系统的设计、研究与开发的基本能力。 毕业生应获得以下几方面的知识和能力： 1．具有坚实的自然科学基础，较好的人文社会科学基础，并熟练掌握一门外语； 2．系统地掌握本专业领域必需的较宽的技术基础理论； 3．具有较强的本专业领域的实验能力，计算机辅助设计与测试能力和工程实践能力； 4．了解本专业领域的理论前沿和发展动态； 5．掌握文献检索、资料查询的基本方法，具有一定的科学研究和实际工作能力。 主干学科：电子科学与技术 主要课程：电子线路、计算机语言、微型计算机原理、电动力学、量子力学、理论物理、固体物理、半导体物理、物理电子与电子学以及微电子学等方面的专业课程。 主要实践性教学环节：包括电子工艺实习、电子线路实验、计算机语言和算法实践、课程设计、生产实习、毕业设计等。一般安排20周。 该专业以电子器件及其系统应用为核心，重视器件与系统的交叉与融合，面向微电子、光电子、光通信、高清晰度显示产业等国民经济发展需求，培养在通信、电子系统、计算机、自动控制、电子材料与器件等领域具有宽广的适应能力、扎实的理论基础、系统的专业知识、较强的实践能力、具备创新意识的高级技术人才和管理人才，并掌握一定的人文社会科学及经济管理方面的基础知识，能从事这些领域的科学研究、工程设计及技术开发等方面工作。 主修课程 学院在加强通识教育的基础上，进一步拓宽专业口径，课程体系注意理工管结合、文理渗透和学科交叉，培养基础扎实、知识面宽、能力强、素质高、德智体美全面发展的创新人才。学生主要修学内容：电路基础、计算机结构与逻辑设计、电子科学与技术学科概论、信号与系统、电子电路基础、微机系统与接口、电磁场理论、固体物理基础、半导体物理、现代光学基础、信息电子技术中的场与波、光电子物理基础、电子器件、VLSI设计基础、显示技术、光电子技术、微波毫米波电子学、光纤通信、数字信号处理、半导体集成电路、嵌入式系统概论等。 培养方向 信息显示科学与技术、信息光电子科学与技术、微电子技术、大规模集成电路系统、光纤通信、应用电子技术、新型电子器件与系统 相近专业：微电子学自动化电子信息工程通信工程计算机科学与技术电子科学与技术生物医学工程电气工程与自动化信息工程信息科学技术软件工程影视艺术技术网 络工程信息显示与光电技术集成电路设计与集成系统光电信息工程广播电视工程电气 信息工程计算机软件电力工程与管理智能科学与技术数字媒体艺术计算机科学与技术 探测制导与控制技术电气工程及其自动化数字媒体技术信息与通信工程建筑电气与智能化电磁场与无线技术 发展简史 半导体
微电子技术概论教学大纲目录 一、课程开设目的与要求2 二、教学中应注意的问题2 三、课程内容2第一章绪论2 第二章半导体物理和器件物理基础2第三章大规模集成电路基础2 第四章集成电路制造工艺2第五章集成电路设计3 第六章集成电路设计的EDA系统3第七章系统芯片(SOC)设计3 第八章光电子器件4第九章微机电系统4 第十章纳电子器件4第十一章微电子技术发展的规律和趋势4 四、授课学时分配5 五、教材及参考书目5课程名称：微电子技术概论 课程编号：056503英文名称：Introduction of Microelectronics Technology 课程性质：独立设课课程属性：院部选修课 应开学期：第3学期学时学分：课程总学时-32。课程总学分一2 学生类别：本科生适用专业：电子科学与技术专业的学生。 先修课程：大学物理等课程。 一、课程开设目的与要求 本课程是电子信息工程类专业的一门专业基础课。该门课程主要介绍了微电子学发展史、半导体器件、制造工艺、集成电路和SOC电路的设计以及计算机辅助设计技术。该课程为学生进行微电子技术研究和集成电路的开发提供了理论基础。 二、教学中应注意的问题 通过本课程的学习，学生应能基本掌握微电子学发展、半导体器件的物理基础、制造工艺及集成电路设计方法等概念，帮助学生建立对微电子技术发展的认识和理解。对本课程的学习，要求学生掌握集成电路的器件、组成、制造工艺及基本设计方法，理解微电子技术发展的基本规律。 在学习本课程之前要求学生已掌握基本的模拟电子技术知识。本课程的重点、难点是集成电路的设计和工艺流程。 各章课后均有习题。关于微电子发展、集成电路设计、光电子、微机电系统及纳电子等方面撰写小论文。 三、课程内容第一章绪论
第一章目前的微电子制造技术可以分为四个方面：双极型制造工艺、MOS制造工艺、Bi-CMOS制造工艺和SOI制造工艺。 双极型工艺的优缺点：（1）缺点：双极型工艺过程复杂、成本高、集成度低，在现在的超大规模集成电路中已经很少单独使用。（2）优点：双极型工艺速度快、较大的电流驱动能力等特点是CMOS 工艺所达不到的。在某些情况下，作为CMOS工艺的补充，双极型工艺仍然被少量地使用。 双极型三极管：是双极型工艺的典型器件，由两种载流子参与导电，由两个pn结组成，是一种电流控制电流源器件，分为PNP和NPN两种。 PN结隔离分为三种结构： （1）标准下埋集电极三极管（SBC） （2）集电极扩散隔离三极管（CDI） （3）三重扩散三极管（3D） 典型的PN结隔离的双极型工艺流程复杂，总的工序一般有40多道（9次光刻，5次隔离）。 MOS场效应晶体管是金属—氧化物—半导体场效应晶体管的简称，它通过改变外加电压产生的电场强度来控制其导电能力。MOS晶体管是电压控制元件，参与导电的只有一种载流子，因此称其为单极型器件。MOS晶体管可以分为增强型晶体管与耗尽型晶体管两种。根据沟道掺杂不同，又可分为N沟道增强型晶体管、P沟道增强型晶体管、N沟道耗尽型晶体管、P沟道耗尽型晶体管。 MOS场效应晶体管利用栅极电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 P沟道MOS晶体管与N沟道MOS晶体管同时运用到一个集成电路中就构成了CMOS集成电路。 双阱工艺CMOS器件的结构示意图 Bi-CMOS技术是一种将CMOS器件和双极型器件集成在同一芯片上的技术。Bi-CMOS的制作工艺主要分为两大类： （1）低端Bi-CMOS工艺：以CMOS工艺为基础（2）高端Bi-CMOS工艺：以双极型工艺为基础，可进一步分为P阱Bi-CMOS工艺和双阱Bi-CMOS 工艺。 SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘层上覆硅)器件与体硅器件相比，除了具备良好的抗辐射性能还具有以下各项优点：（1）功耗低（2）工作速度快（3）静电电容小，寄生电容小（4）可进一步提高集成电路芯片的集成度、功能和可靠性，能在微功耗、低电压、高温、高压等方面发挥它的优势（5）耐高温环境 SOI晶圆结构示意图 SOI材料是在绝缘层上生长一层具有一定厚度的单晶硅薄膜的材料。该材料可实现完全的介质隔离，与有PN结隔离的体硅相比，具有无闩锁、高速度、低功耗、集成度高、耐高温等特点。SOI材料性能好，成本低，与体硅集成电路工艺完全兼容，它完全可以继承体硅材料与体硅集成电路迄今所取得的巨大成就，还具有自己独特的优势。 光发射器件：光发射的原理一般分为以下几种情况：（1）能带间的跃迁（2）能带杂质能级间的