“一个蝴蝶可以刮起一阵风，一个士兵可以开始一场战争”，那么一项伟大的发明呢？
1947年12月，美国贝尔实验室的肖克莱、巴丁和布拉顿组成的研究小组，研制出一种点接触型的锗晶体管。于是乎，大名鼎鼎的、影响人类文明进程的晶体管就此诞生。1956年，这三人因发明晶体管同时荣获诺贝尔物理学奖。
在晶体管诞生60多年后的今天，其体积几乎缩小到了极限：贝尔实验室1947年制造的第一个晶体管是手工打造的，而现在一个针头的空间就能塞进去6000多万个32nm晶体管(针头直径约1.5毫米)；如果百米飞人博尔特的步幅是32nm，那么完成一百米赛程需要跑31.25亿步；32nm晶体管的栅极长度约为30nm，英文句点符号“.”的面积大约有0.1平方毫米，可以放进去400多万个32nm晶体管；Intel 32nm技术的栅极高度是0.9nm，而报纸的平均厚度为0.1毫米，也就是说111111个栅极堆叠起来才有一张报纸厚。
所有数字都揭示着晶体管已经“小”到令人叹为观止。但是凡事都有个极限，无限接近物质的极限意味着晶体管已经步入老年了吗？
晶体管的前世今生
晶体管被认为是现代历史中最伟大的发明之一，在重要性方面可以与印刷术、汽车和电话等发明相提并论。晶体管的本名是半导体三极管，是内部含有两个PN结，外部通常为三个引出电极的半导体器件。它对电信号有放大和开关等作用，应用十分广泛。晶体管出现后，人们就能用一个小巧的、消耗功率低的电子器件，来代替体积大、功率消耗大的电子管了。
晶体管的发明为后来集成电路的问世吹响了冲锋号。除了能够很方便的储存信息、发送信号，晶体管还具有当初人们不曾料想的特性：它可持续缩小体积，这使得晶体管与电子产品可以稳定地降价，且功能变得越来越好。这一理论最终成就了摩尔定律。
2006年2月英特尔正式推出45nm晶体管(图1)。与65nm芯片相比，其密度提高2倍，达10亿个晶体管，开关速度提高20%，功耗降低30%。这种45nm工艺采用了Cu互连、低k介质，应变硅和193nmArF光刻。
32nm晶体管则采用第二代高k金属珊技术，即栅的长度为30nm左右，等价的栅极氧化物厚度仅为0.9nm，同时整体性能将有超过22%的提升。32nm SRAM 测试芯片最早出现在2007年9月，芯片尺寸可以从45nm的0.346μm2减小到0.171μm2。回顾Intel的晶体管技术发展历程，Intel 每两年即可将晶体管的尺寸缩小30～50%（图2）。
摩尔定律是一个残酷无情的“监工”，就在最新技术刚刚投入生产，人们认为可以暂时停下脚步好好休息一下时，往往会愕然发现，下一代技术在两年后就要按时推出，再过两年又一代新技术……
IBM院士Stuart S.P. Parkin博士介绍说，有摩尔定律的指引，新器件的出现是必然的，它的进步速度在很大程度上取决于相关材料、设备的进展，当然也和市场紧密相连。在晶体管的技术路线图上，22nm节点之后的等比例缩小很可能需要在SOI或体硅晶圆上采用全耗尽CMOS结构。也很可能会采用TSV 3-D互连和SiC应力层。
向新器件结构的转换已经启动（图3），在15 nm技术路线图上，IBM和英特尔已经确认了全耗尽CMOS结构，而一些其它的垂直晶体管结构也得到了极大重视。部分耗尽或传统的体硅晶体管变得愈加困难，为了获得所需的短沟性能，需要全耗尽器件架构——像finFET这样的垂直器件或平面SOI——才可以完成对沟道的控制。
尽管普遍的观点是全耗尽结构会出现在15nm节点，但IBM已经考虑22nm技术节点时，在其旗舰MPU工艺技术中采用全耗尽工艺。英特尔在22nm还将继续采用体硅技术。英特尔将于2011年底推出采用22nm工艺的MPU。去年九月英特尔发布了带有SRAM阵列和周边逻辑电路的22nm测试芯片，其中每个存储器阵列为364Mb，芯片共有290亿个晶体管。该芯片采用了第三代后栅极高k/金属栅工艺，也就是在栅极工艺的最后沉积栅介电层和金属。
应变硅如何“应变”？
半导体工业缩小芯片的主要动机是：增加每一片晶圆上的芯片数目，从而降低成本；缩短载流子扩散路径，从而提高芯片处理速度。但是，芯片小型化使工艺技术面临着新的问题：散热和量子隧道效应的处理。一个新的思路就是寻找新的电子材料，基于硅材料的应变硅技术由此诞生。
在2009年北京微电子论坛先进半导体工艺研讨会上，中芯国际的技术处长吴汉明博士为大家展示了晶体管未来的走向，应变硅技术是杀手锏之一。应变硅是满足65nm以下工艺要求的一种高端硅基新材料。应变硅由在SiGe等原子距离较大的衬底上外延生长Si而成。该材
料的制作原理之一是在锗硅上外延硅，由于硅原子在锗原子之间力的作用下发生了应变，扩张了原子间距，因而这种材料被称为“应变硅”。当硅晶格受到应力产生应变，可将传输载子的有效质量缩小，迁移率及饱和速度均增加。因此在同样组件尺寸下，若使用应变硅技术作为载子的传输通道，因其电子与空穴的载子迁移率增加，可达到增加组件速度与驱动电流的目标。
形成应变的方式很多，可藉由制程工艺、材料上自然晶格常数的差异或是组件封装等等方式来达成。应变硅则可通过如下三种方法获得：(1)工艺诱导法，通过晶体管周围薄膜和结构之间的应力形成；(2)在器件通道下方嵌入Si-Ge层；(3)对整片晶圆进行处理。英特尔推出一种包含全硅化(FUSI)镍电极的45nm节点技术，并将由FUSI生成的金属与单轴应变硅沟道相结合，硅化电极提高了电荷密度，应变硅增强了载流子迁移率，从而使其性能比传统的氮氧化硅-多晶硅栅电极提高20%，改进驱动电流20%。东芝推出一种合并两种应变硅形成的45nm节点工艺，它把双应力衬底和位于漏/源极区域的淀积Si-Ge相结合，避免将高k介电材料引入栅氧化物，仍继续采用氮氧化物(SiON)。
总体来说，应变硅技术对硅进行了拉伸，从而加速了电子在芯片内的流动，不用进行小型化就可以提高性能和降低功耗。Stuart S.P. Parkin博士对应变硅的前景表示乐观，认为如果与绝缘硅技术一起使用，应变硅技术可以更大程度地提高性能并降低功耗。其未来挑战在于如何了解并优化各种不同来源应力之间的相互作用。
新型晶体管FinFET：万丈高楼平地起
“万丈高楼平地起”，没错，晶体管也要“拔地而起”了。通过简单地缩小垂直尺寸和水平尺寸来开发新一代晶体管技术的时代早已过时。Intel资深fellow Yan Borodovsky博士说：“摩尔定律毫无疑问仍将继续，但找到兼顾性能与成本的最佳方案乃首要任务，取代“传统”形式的技术升级，现在必须开发新材料和新结构，提供更小的尺寸，满足人们对高密度、高性能和低能耗的要求。”
为了提高45nm晶体管电流密度、减小短沟道效应和改善栅极控制，业界提出了多种新型晶体管结构，如三栅极结构、FinFET（鳍式场效晶体管，Fin Field Effect Transistor）、Omega-FET和多栅极FET等。
平面器件不可能被无限微缩下去。如果采用FinFET，就好像打开了一扇新的门，可以通过集成垂直器件而提升晶体管密度。FinFET确实有进一步提高晶体管密度的潜力，IBM在2009年将其用于FinFET研究的晶圆数目增加了一倍。
FinFET是一种新的CMOS晶体管，被誉为22nm的革命性器件之一(图5)。它的栅极长度已可小于25nm，未来预期可以进一步缩小至9nm，约是人类头发宽度的1万分之1。FinFET源自于目前传统标准的晶体管—场效晶体管的一项创新设计。Stuart S.P. Parkin博士说，在传统晶体管结构中，控制电流通过的栅极，只能在栅极的一侧控制电路的接通与断开，属于平面的架构。在FinFET的架构中，栅极成类似鱼鳍的叉状3D架构，可于电路的两侧控制电路的接通与断开。这种设计大幅改善电路控制并减少漏电流，还能大幅缩短晶体管的闸长(图6)。
习惯是一种可怕的东西，往往会阻碍创新，“平面结构”由于保持了人们习惯的设计风格因而备受欢迎。但采用了FinFET，则必须把器件加起来使用。设计时不存在随意的宽度，因此只能将其量化并增加指型沟道的数目。FinFET工艺非常困难是业界人士的共识。
对于光刻来说，要能够克服侧壁图形转移的问题；对于刻蚀来说，栅极刻蚀则是另一个挑战。在指型结构附近栅极会卷曲，使得栅极轮廓的表征非常困难。对那些可接受的晶体管性能来说，栅极需要尽量直。在平面结构中，栅极在一个平面上，但在FinFET中，栅极在整个晶圆的表面与沟道高低交错。这带来一些根本性的问题，需要找到集成所有工艺完成整个器件的方法。由于垂直结构带来的光刻和刻蚀挑战，大多数公司都对FinFET非常谨慎，从某种程度上来讲，通过外延抬升源极/漏极的结构本质上已经是一种垂直结构了。
在2009年的IEDM上，采用FinFET技术实现0.06μm2或者0.039μm2单元面积的超微细SRAM 亮相。但是，这些产品都利用了电子束直描技术，实用化方面还存在问题。美国IBM、美国GLOBALFOUNDRIES、东芝及NEC电子（现为瑞萨电子）组成的小组近期发布了以现有ArF光刻技术实现的0.063μm2超微细SRAM研究成果。通过采用Sidewall Image Transfe技术，实现了40nm的Fin间距，解决了基于FinFET的SRAM的另一课题——因使用多个Fin而导致面积增大的问题。同时，还实现了80nm这一全球最小的栅极间距。作为实现超微细SRAM 的技术，这一成果给人FinFET更为出色的强烈印象。FinFET大展拳脚的时间点似乎更加明朗化。
SOI：CPU煮熟鸡蛋将成为历史
CPU热到可以煮熟鸡蛋的故事已成经典，它说的正是芯片功耗过高的问题。曾有人预言，高功耗将导致摩尔定律提前终结。这并非危言耸听。高功耗产生高温度，提高了封装成本，也
产生了许多新的故障，加大了测试复杂度，提高了测试成本。高的芯片功耗产生很多负面影响，而为了保证摩尔定律，就要采用低功耗设计，这又反过来加大了设计复杂度。凡此种种都对摩尔定律产生了终结效应。
Stuart S.P. Parkin博士说，绝缘硅（SOI，Silicon-On-Insulator）的出现主要是解决芯片的功耗问题，这是22nm节点晶体管的希望，当然也是挑战。该技术利用一层SiO2绝缘薄膜，将各个晶体管与最底下的硅晶圆分开，而在常规的CMOS中，晶体管是直接与硅晶圆接触的（图7）。SiO2薄膜层能有效的使电子从一个晶体管的门电路流到另一个晶体管的门电路，不会让多余的电子渗漏到晶圆上。由于不会有电子渗漏而浪费电能，因此功耗更小。
通过在绝缘体上形成半导体薄膜，SOI材料具有了体硅所无法比拟的优点：可以实现集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应；采用这种材料制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势。
据IBM公司的数据显示，同类SOI芯片与CMOS芯片相比，SOI芯片的速度可以快20%～30%，而能耗为CMOS芯片能耗的一半或三成。采用SOI技术的45nm PMOS晶体管驱动电流增加30%。
在22nm节点，SOI晶圆上关键硅层的厚度是6.3nm，而15nm则更薄，约5nm。硅层是如此之薄，如果破坏了顶层的硅，那么根本没有修复的余地。为了避免材料损伤，采用了原位掺杂而非注入工艺，这是因为原位掺杂是一项无损伤的工艺。
目前比较广泛使用且比较有发展前途的SOI的材料主要有注氧隔离的SIMOX（Seperation by Implanted Oxygen）材料、硅片键合和反面腐蚀的BESOI（Bonding-Etchback SOI）材料和将键合与注入相结合的Smart Cut SOI材料。在这三种材料中，SIMOX适合于制作薄膜全耗尽超大规模集成电路，BESOI材料适合于制作部分耗尽集成电路，而Smart Cut材料则是非常有发展前景的SOI材料，它很有可能成为今后SOI材料的主流。
其实，晶体管一路走来的历史，就是技术的不断新陈代谢和市场诉求相辅相成的过程。当整个产业链发展进入良性循环时，一切的发展进步都将会是顺理成章的，好在这样的趋势正在发生。
课后习题答案 1.1 为什么经典物理无法准确描述电子的状态？在量子力学 中又是用什么方法来描述的？ 解：在经典物理中，粒子和波是被区分的。然而，电子和光子是微观粒子，具有波粒二象性。因此，经典物理无法准确描述电子的状态。 在量子力学中，粒子具有波粒二象性，其能量和动量是通过这样一个常数来与物质波的频率ω和波矢建立联系的，即 c h p h E ====υω υ 上述等式的左边描述的是粒子的能量和动量，右边描述的则是粒子波动性的频率ω和波矢。 1.2 量子力学中用什么来描述波函数的时空变化规律？ 解：波函数ψ是空间和时间的复函数。与经典物理不同的是，它描述的不是实在的物理量的波动，而是粒子在空间的概率分布，是一种几率波。如果用()t r ,ψ表示粒子的德布洛意波的振幅，以()()()t r t r t r ,,,2 ψψψ*=表示波的强度，那么，t 时刻在r 附近的小体积元z y x ???中检测到粒子的概率正比于()z y x t r ???2,ψ。
1.3 试从能带的角度说明导体、半导体和绝缘体在导电性能上的差异。 解：如图1.3所示，从能带的观点 来看，半导体和绝缘体都存在着禁 带，绝缘体因其禁带宽度较大 (6~7eV)，室温下本征激发的载流子 近乎为零，所以绝缘体室温下不能 导电。半导体禁带宽度较小，只有1~2eV ，室温下已经有一定数量的电子从价带激发到导带。所以半导体在室温下就有一定的导电能力。而导体没有禁带，导带与价带重迭在一起，或者存在半满带，因此室温下导体就具有良好的导电能力。 1.4 为什么说本征载流子浓度与温度有关？ 解：本征半导体中所有载流子都来源于价带电子的本征激发。由此产生的载流子称为本征载流子。本征激发过程中电子和空穴是同时出现的，数量相等，i n p n ==00。对于某一确定的半导体材料，其本征载流子浓度为kT E V C i g e N N p n n ==002 式中，N C ，N V 以及Eg 都是随着温度变化的，所以，本征载流子浓度也是随着温度变化的。 1.5 什么是施主杂质能级？什么是受主杂质能级？它们有何异同？
中国微电子技术发展现状及发展趋势 论文概要： 介绍了中国微电子技术的发展现状，并阐述对微电子技术发展趋势的展望。针对日前世界局势紧张，战争不断的状况，本文在最后浅析了微电子技术在未来轻兵器上的应用。 一．我国微电子技术发展状况 1956年7月，国务院科学专业化规划委员会正式成立，组织数百各科学家和技术专家编制了十二年（1965—1967年）科学技术远景规划，这个著名的《十二年规划》中，明确地把发展计算机技术、半导体技术、无线电电子学、自动化和遥感技术放到战略的重点上，我国半导体晶体管是1957年研制成功的，1960年开始形成生产；集成电路始于1962年，于1968年形成生产；大规模集成电路始于70年代初，80年代初形成生产。但是，同世界先进水平相比较，我们还存在较大的差距。在生产规模上，目前我国集成电路工业还没有实现高技术、低价格的工业化大生产，而国外的发展却很快，美国IBM 公司在日本的野洲工厂生产64K动态存贮器，1983年秋正式投产后，每日处理硅片几万片，月产量为上百万块电路，生产设备投资约8000万美元。日本三菱电机公司于1981年2月开始动土兴建工厂，1984年投产，计划生产64K动态存贮器，月产300万块，总投资约为1.2亿美元。 此外，在美国和日本，把半导体研究成果形成工业化生产的周期也比较短。在美国和日本，出现晶体观后，形成工业生产能力是3年；出现集成电路后形成工业生产能力是1—3年；出现大规模集成电路后形成工业生产能力是1—2年；出现超大规模集成电路后形成工业生产能力是4年。我国半导体集成电路工业长期以来也是停留在手工业和实验室的生产方式上。近几年引进了一些生产线，个别单位才开始有些改观，但与国外的差距还是相当大的。 从产品的产值和产量方面来看，目前，全世界半导体与微电子市场为美国和日本所垄断。这两国集成电路的产量约占体世界产量的百分之九十，早期是美国独占市场，而日本后起直追。1975年美国的半导体与集成电路的产值是66亿美元，分离器件产量为110多亿只，集成路为50多亿块；日本的半导体与集成电路的产值是30亿美元，分离器件产量为122亿只，集成电路为17亿块。1982年美国的半导体与集成电路的产值为75美元，分离器件产量为260多亿只，集成电路为90多亿块；日本的半导体与集成电路的产值为38亿美元，分离器件产量300多亿只，集成电路40多亿块。我国集成电路自1976年至1982年，产量一直在1200万块至3000万块之间波动，没有大幅度的提高，1982年我国半导体与集成电路的产值是0.75亿美元，产量为1313万块，相当于美国1965年和日本1968年的水平。（1965年美国的半导体与集成电路的产值是0.79亿美元，产量为950万块；1968年日本的半导体与集成电路的产值为0.47亿美元，产量为1988万块）。 在价格、成本、劳动生产率、成品率等方面，差距比几十倍还大得多，并且我国小规模集成电路的成品率比国外低1—3倍；中规模集成电路的成品率比国外低3—7倍。目前中、小规模集成电路成品率比日本1969年的水平还低。从经济效益和原材料消耗方面考虑，国外一般认为，进入工业生产的中、小规模集成电路成品率不应低于50%，大规模集成电路成品率不应低于30%。我国集成电路成品率的进一步提高，已迫在眉睫，这是使我国集成电路降低成本，进入工业化大生产、提高企业经济效益带有根本性的一环。从价格上来看，集成电路价格是当前我国集成电路工业中的重大问题，产品优质价廉，市场才有立足之地。我国半导体集成电路价格，长期以来，降价较缓慢，近两三年来，集成电路的平均价格为每块10元左右，这种价格水平均相当于美国和日本1965
1. What is a wafer? What is a substrate? What is a die? 什么是硅片，什么是衬底，什么是芯片 答：硅片是指由单晶硅切成的薄片；芯片也称为管芯（单数和复数芯片或集成电路）；硅圆片通常称为衬底。 2. List the three major trends associated with improvement in microchip fabrication technology, and give a short description of each trend. 列出提高微芯片制造技术相关的三个重要趋势，简要描述每个趋势 答:提高芯片性能:器件做得越小，在芯片上放置得越紧密，芯片的速度就会提高。 提高芯片可靠性：芯片可靠性致力于趋于芯片寿命的功能的能力。为提高器件的可靠性，不间断地分析制造工艺。 降低芯片成本：半导体微芯片的价格一直持续下降。 3. What is the chip critical dimension (CD)? Why is this dimension important? 什么是芯片的关键尺寸，这种尺寸为何重要 答：芯片的关键尺寸（CD）是指硅片上的最小特征尺寸； 因为我们将CD作为定义制造复杂性水平的标准，也就是如果你拥有在硅片某种CD的能力，那你就能加工其他所有特征尺寸，由于这些尺寸更大，因此更容易产生。 4. Describe scaling and its importance in chip design. 描述按比例缩小以及在芯片设计中的重要性 答：按比例缩小：芯片上的器件尺寸相应缩小是按比例进行的 重要性：为了优电学性能，多有尺寸必须同时减小或按比例缩小。 5. What is Moore's law and what does it predict? 什么是摩尔定律，它预测了什么 答：摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数，月每隔18个月便会增加1倍，性能也将提升1倍。 预言在一块芯片上的晶体管数大约每隔一年翻一番。 第二章 6. What is the advantage of gallium arsenide over silicon? 砷化镓相对于硅的优点是什么 答：优点：具有比硅更高的电子迁移率；减小寄生电容和信号损耗的特性；集成电路的速度比硅电路更快；材料的电阻率更大。 7. What is the primary disadvantage of gallium arsenide over silicon? 砷化镓相对于硅的主要缺点是什么 答：主要缺点：缺乏天然氧化物；材料的脆性；成本比硅高10倍；有剧毒性在设备，工艺和废物清除设施中特别控制。
电子科技大学 2015年攻读硕士学位研究生入学考试试题电子科技大学2016年硕士研究生入学考试初试自命题科目及代码汇总 ?111单独考试政治理论 ?241法语(二外) ?242德语(二外) ?243日语(二外) ?244英语(二外仅日语方向) ?288单独考试英语 ?601数学分析 ?602高等数学 ?613分子生物学 ?615日语水平测试 ?616公共管理综合 ?621英语水平测试 ?622心理学综合 ?623新闻传播理论 ?625宪法学 ?688单独考试高等数学 ?689西方行政史 ?690中国近现代史 ?691政治学原理 ?692数学物理基础?694生物学综合 ?694生物学综合 ?695口腔综合 ?804行政法与行政诉讼法学 ?805新闻传播实务 ?806行政管理综合 ?808金融学基础 ?809管理学原理 ?811大学物理 ?812地理信息系统基础 ?813电磁场与电磁波 ?814电力电子技术 ?815电路分析基础 ?818固体物理 ?820计算机专业基础 ?821经济学基础 ?824理论力学 ?825密码学基础与网络安全 ?830数字图像处理 ?831通信与信号系统 ?832微电子器件 ?834物理化学 ?835线性代数 ?836信号与系统和数字电路 ?839自动控制原理 ?840物理光学 ?845英美文学基础知识及运用 ?846英语语言学基础知识及运用 ?847日语专业基础知识及应用 ?852近代物理基础 ?853细胞生物学 ?854国际政治学 ?855辩证唯物主义和历史唯物主 义 ?856测控通信原理 ?857概率论与数理统计 ?858信号与系统 ?859测控通信基础 ?860软件工程学科基础综合
微电子技术的发展历史与前景展望 姓名：张海洋班级：12电本一学号：1250720044 摘要：微电子是影响一个国家发展的重要因素,在国家的经济发展中占有举 足轻重的地位，本文简要介绍微电子的发展史，并且从光刻技术、氧化和扩散技术、多层布线技术和电容器材料技术等技术对微电子技术做前景展望。 关键词：微电子晶体管集成电路半导体。 微电子学是研究在固体（主要是半导体）材料上构成的微小型化电路、电路及系统的电子学分支，它主要研究电子或粒子在固体材料中的运动规律及其应用，并利用它实现信号处理功能的科学，以实现电路的系统和集成为目的，实用性强。微电子产业是基础性产业，是信息产业的核心技术，它之所以发展得如此之快，除了技术本身对国民经济的巨大贡献之外，还与它极强的渗透性有关。 微电子学兴起在现代，在1883年，爱迪生把一根钢丝电极封入灯泡，靠近灯丝，发现碳丝加热后，铜丝上有微弱的电流通过，这就是所谓的“爱迪生效应”。电子的发现，证实“爱迪生效应”是热电子发射效应。 英国另一位科学家弗莱明首先看到了它的实用价值，1904年，他进一步发现，有热电极和冷电极两个电极的真空管，对于从空气中传来的交变无线电波具有“检波器”的作用，他把这种管子称为“热离子管”，并在英国取得了专利。这就是“二极真空电子管”。自此，晶体管就有了一个雏形。 在1947年，临近圣诞节的时候，在贝尔实验室内，一个半导体材料与一个弯支架被堆放在了一起，世界上第一个晶体管就诞生了，由于晶体管有着比电子管更好的性能，所以在此后的10年内，晶体管飞速发展。 1958年，德州仪器的工程师Jack Kilby将三种电子元件结合到一片小小的硅片上，制出了世界上第一个集成电路（IC）。到1959年，就有人尝试着使用硅来制造集成电路，这个时期，实用硅平面IC制造飞速发展.。 第二年，也是在贝尔实验室，D. Kahng和Martin Atalla发明了MOSFET，因为MOSFET制造成本低廉与使用面积较小、高整合度的特点，集成电路可以变得很小。至此，微电子学已经发展到了一定的高度。 然后就是在1965年，摩尔对集成电路做出了一个大胆的预测：集成电路的芯片集成度将以四年翻两番，而成本却成比例的递减。在当时，这种预测看起来是不可思议，但是现在事实证明，摩尔的预测诗完全正确的。 接下来，就是Intel制造出了一系列的CPU芯片，将我们完全的带入了信息时代。 由上面我们可以看出，微电子技术是当代发展最快的技术之一，是电子信息产业的基础和心脏。时至今日，微电子技术变得更加重要，无论是在航天航空技术、遥测传感技术、通讯技术、计算机技术、网络技术或家用电器产业，都离不开微电子技术的发展。甚至是在现代战争中，微电子技术也是随处可见。在我国，已经把电子信息产业列为国民经济的支拄性产业，微电子信息技术在我国也正受到越来越多的关注，其重要性也不言而喻，如今，微电子技术已成为衡量一个国家科学技术进步和综合国力的重要标志，微电子科学技术的发展水平和产业规模是一个国家经济实力的重要标志。
课后习题答案 1.1 为什么经典物理无法准确描述电子的状态？在量子力学 中又是用什么方法来描述的？ 解：在经典物理中，粒子和波是被区分的。然而，电子和光子是微观粒子，具有波粒二象性。因此，经典物理无法准确描述电子的状态。 在量子力学中，粒子具有波粒二象性，其能量和动量是通过这样一个常数来与物质波的频率ω和波矢建立联系的，即 c h p h E ηη====υ ω υ 上述等式的左边描述的是粒子的能量和动量，右边描述的则是粒子波动性的频率ω和波矢。 1.2 量子力学中用什么来描述波函数的时空变化规律？ 解：波函数ψ是空间和时间的复函数。与经典物理不同的是，它描述的不是实在的物理量的波动，而是粒子在空间的概率分布，是一种几率波。如果用()t r ,ψ表示粒子的德布洛意波的振幅，以 ()()()t r t r t r ,,,2 ψψψ*=表示波的强度，那么，t 时刻在r 附近的小体 积元z y x ???中检测到粒子的概率正比于()z y x t r ???2,ψ。
1.3 试从能带的角度说明导体、半导体和绝缘体在导电性能上的差异。 解：如图1.3所示，从能带的观点来看，半导体和绝缘体都存在着禁带，绝缘体因其禁带宽度较大(6~7eV)，室温下本征激发的载流子近乎为零，所以绝缘体室温下不能 导电。半导体禁带宽度较小，只有1~2eV ，室温下已经有一定数量的电子从价带激发到导带。所以半导体在室温下就有一定的导电能力。而导体没有禁带，导带与价带重迭在一起，或者存在半满带，因此室温下导体就具有良好的导电能力。 1.4 为什么说本征载流子浓度与温度有关？ 解：本征半导体中所有载流子都来源于价带电子的本征激发。由此产生的载流子称为本征载流子。本征激发过程中电子和空穴是同时出现的，数量相等，i n p n ==00。对于某一确定的半导体材料，其本征载流子浓度为kT E V C i g e N N p n n ==002 式中，N C ，N V 以及Eg 都是随着温度变化的，所以，本征载流子浓度也是随着温度变化的。 1.5 什么是施主杂质能级？什么是受主杂质能级？它们有何异同？
半导体器件试题库 常用单位： 在室温（T = 300K ）时，硅本征载流子的浓度为 n i = 1.5×1010/cm 3 电荷的电量q= 1.6×10-19C μn =1350 2cm /V s ? μp =500 2 cm /V s ? ε0=8.854×10-12 F/m 一、半导体物理基础部分 （一）名词解释题 杂质补偿：半导体内同时含有施主杂质和受主杂质时，施主和受主在导电性能上有互相抵消 的作用，通常称为杂质的补偿作用。 非平衡载流子：半导体处于非平衡态时，附加的产生率使载流子浓度超过热平衡载流子浓度， 额外产生的这部分载流子就是非平衡载流子。 迁移率：载流子在单位外电场作用下运动能力的强弱标志，即单位电场下的漂移速度。 晶向： 晶面： （二）填空题 1．根据半导体材料内部原子排列的有序程度，可将固体材料分为 、多晶和 三种。 2．根据杂质原子在半导体晶格中所处位置，可分为 杂质和 杂质两种。 3．点缺陷主要分为 、 和反肖特基缺陷。 4．线缺陷，也称位错，包括 、 两种。 5．根据能带理论，当半导体获得电子时，能带向 弯曲，获得空穴时，能带 向 弯曲。 6．能向半导体基体提供电子的杂质称为 杂质；能向半导体基体提供空穴的杂 质称为 杂质。 7．对于N 型半导体，根据导带低E C 和E F 的相对位置，半导体可分为 、弱简 并和 三种。 8．载流子产生定向运动形成电流的两大动力是 、 。
9．在Si-SiO 2系统中，存在 、固定电荷、 和辐射电离缺陷4种基 本形式的电荷或能态。 10．对于N 型半导体，当掺杂浓度提高时，费米能级分别向 移动；对于P 型半 导体，当温度升高时，费米能级向 移动。 （三）简答题 1．什么是有效质量，引入有效质量的意义何在？有效质量与惯性质量的区别是什么？ 2．说明元素半导体Si 、Ge 中主要掺杂杂质及其作用？ 3．说明费米分布函数和玻耳兹曼分布函数的实用范围？ 4．什么是杂质的补偿，补偿的意义是什么？ （四）问答题 1．说明为什么不同的半导体材料制成的半导体器件或集成电路其最高工作温度各不相同？ 要获得在较高温度下能够正常工作的半导体器件的主要途径是什么？ （五）计算题 1．金刚石结构晶胞的晶格常数为a ，计算晶面（100）、（110）的面间距和原子面密度。 2．掺有单一施主杂质的N 型半导体Si ，已知室温下其施主能级D E 与费米能级F E 之差为 1.5B k T ，而测出该样品的电子浓度为 2.0×1016cm -3，由此计算： （a ）该样品的离化杂质浓度是多少？ （b ）该样品的少子浓度是多少？ （c ）未离化杂质浓度是多少？ （d ）施主杂质浓度是多少？ 3．室温下的Si ，实验测得430 4.510 cm n -=?，153510 cm D N -=?， （a ）该半导体是N 型还是P 型的？ （b ）分别求出其多子浓度和少子浓度。 （c ）样品的电导率是多少？ （d ）计算该样品以本征费米能级i E 为参考的费米能级位置。 4．室温下硅的有效态密度1932.810 cm c N -=?，1931.110 cm v N -=?，0.026 eV B k T =，禁带 宽度 1.12 eV g E =，如果忽略禁带宽度随温度的变化
什么是集成电路和微电子学 集成电路（Integrated Circuit，简称IC）：一半导体单晶片作为基片，采用平面工艺，将晶体管、电阻、电容等元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统。 微电子技术 微电子是研究电子在半导体和集成电路中的物理现象、物理规律，病致力于这些物理现象、物理规律的应用，包括器件物理、器件结构、材料制备、集成工艺、电路与系统设计、自动测试以及封装、组装等一系列的理论和技术问题。微电子学研究的对象除了集成电路以外，还包括集成电子器件、集成超导器件等。 集成电路的优点：体积小、重量轻;功耗小、成本低；速度快、可靠性高； 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； 衡量微电子技术进步的标志要在三个方面：一是缩小芯片器件结构的尺寸，即缩小加工线条的宽度；而是增加芯片中所包含的元器件的数量，即扩大集成规模；三是开拓有针对性的设计应用。 微电子技术的发展历史 1947年晶体管的发明；到1958年前后已研究成功一这种组件为基础的混合组件； 1958年美国的杰克基尔比发明了第一个锗集成电路。1960年3月基尔比所在的德州仪器公司宣布了第一个集成电路产品，即多谐振荡器的诞生，它可用作二进制计数器、移位寄存器。它包括2个晶体管、4个二极管、6个电阻和4个电容，封装在0.25英寸*0.12英寸的管壳内，厚度为0.03英寸。这一发明具有划时代的意义，它掀开了半导体科学与技术史上全新的篇章。 1960年宣布发明了能实际应用的金属氧化物—半导体场效应晶体管（metal-oxide-semiconductor field effect transistor ，MOSFET）。 1962年生产出晶体管——晶体管逻辑电路和发射极耦合逻辑电路； 由于MOS电路在高度集成和功耗方面的优点，70年代，微电子技术进入了MOS电路时代；随着集成密度日益提高，集成电路正向集成系统发展，电路的设计也日益复杂、费事和昂贵。实际上如果没有计算机的辅助，较复杂的大规模集成电路的设计是不可能的。 微电子发展状态与趋势 微电子也就是集成电路，它是电子信息科学与技术的一门前沿学科。中国科学院王阳元院士曾经这样评价：微电子是最能体现知识经济特征的典型产品之一。在世界上，美国把微电子视为他们的战略性产业，日本则把它摆到了“电子立国”的高度。可以毫不夸张地说，微电子技术是当今信息社会和时代的核心竞争力。 在我国，电子信息产业已成为国民经济的支柱性产业，作为支撑信息产业的微电子技术，近年来在我国出现、崛起并以突飞猛进的速度发展起来。微电子技术已成为衡量一个国家科学技术进步和综合国力的重要标志。 1.微电子发展状态 1956年五校在北大联合创建半导体专业：北京大学、南京大学、复旦大学、
增强载流子迁移率是新一代微电子器件和电路发展的重要方向 （作者：Xie Meng-xian，电子科技大学微固学院) （1）集成电路发展状况： 作为微电子技术的主体——集成电路，它的发展已经经历了若干个重要阶段，从小规模、中规模，到大规模、乃至超大规模、特大规模等。微电子技术的这种长足的进步，在很大程度上就是在不断努力地缩短场效应器件的沟道长度，这主要是通过改善微电子工艺技术、提高加工水平来实现的。尽管现在沟道长度已经可以缩短到深亚微米、乃至于纳米尺寸了，但是要想再继续不断缩短沟道长度的话，将会受到若干因素的限制，这一方面是由于加工工艺能力的问题，另一方面是由于器件物理效应（例如短沟道效应、DIBL效应、热电子等）的问题。因此，在进一步发展微电子技术过程中，再单只依靠缩短沟道长度就很不现实、甚至也可能了，则必须采用新的材料、开发新的工艺和构建新的器件结构，才能突破因缩短沟道所带来的这些限制。 实际上，从集成电路的发展趋势来看，大体上可以划分为三大阶段： ①K时代（Kbit，KHz）：微细加工的时代（不断缩短有效尺寸）～“微米时代”； ②M时代（Mbit，MHz）：结构革命的时代（不断改进器件和电路结构）～“亚微米时代”； ③G时代（Gbit，GHz）：材料革命的时代（不断开发新材料、新技术）～“10纳米时代”。 现在已经开始进入G时代，因此，在不断开发新技术的同时，特别值得注意的是新材料的开发；不仅要开发新型的半导体材料（例如宽禁带半导体、窄禁带半导体、大极性半导体等），而且也要开发各种新型的辅助材料（例如高K、低K介质材料，Cu电极材料，新型表面钝化材料等）。器件和电路研究者应该多加注意新材料的开发应用；而新材料研究者应该多加注意往器件和电路的应用上下功夫。 在新的材料和工艺技术方面现在比较受到重视的是高介电常数（高K）材料和Cu互连技术。当沟道长度缩短到一定水平时，为了保持栅极的控制能力，就必须减小栅极氧化层厚度（一般，选取栅氧化层厚度约为沟道长度的1/50），而这在工艺实施上会遇到很大的困难（例如过薄的氧化层会出现针孔等缺陷）；因此就采用了高介电常数的介质材料（高K材料）来代替栅极氧化物，以减轻制作极薄氧化层技术上的难度。另外，沟道长度缩短带来芯片面积的减小，这相应限制了金属连线的尺寸，将产生一定的引线电阻，这就会影响到器件和电路的频率、速度；因此就采用了电导率较高一些的Cu来代替Al作为连线材料，以进一步改善器件和电路的信号延迟性能。可见，实际上所有这些高K材料和Cu互连等新技术的采用都是不得已而为之的，并不是从半导体材料和器件结构本身来考虑的。 显然，为了适应器件和电路性能的提高，最好的办法是另辟途径，应该考虑如何进一步发挥半导体材料和器件结构的潜力，并从而采用其他更有效的技术措施来推动集成电路的发展。现在已经充分认识到的一种有效的技术措施就是着眼于半导体载流子迁移率的提高（迁移率增强技术）。 （2）迁移率增强技术： 迁移率（μ）是标志载流子在电场作用下运动快慢的一个重要物理量，它的大小直接影响到半导体器件和电路的工作频率与速度。 对于双极型晶体管而言，高的载流子迁移率可以缩短载流子渡越基区的时间，使特征频率（f T）提高，能够很好的改善器件的频率、速度和噪音等性能。 对于场效应晶体管而言，提高载流子迁移率则具有更加重要的意义。因为MOSFET的最大输出电流——饱和漏极电流I DS可表示为：
[键入公司名称] 浅谈我对微电子的认识 [键入文档副标题] X [选取日期] [在此处键入文档摘要。摘要通常为文档内容的简短概括。在此处键入文档摘要。摘要通常为文档内容的简短概括。]
我是电子信息科学与技术专业的学生，考虑到微电子对我们专业知识学习的重要性，我怀着极大的热情报了《微电子入门》这门选修课。希望通过这门课的学习，使我对微电子有更深入的认识，以便为以后的专业课学习打下基础。 微电子是一门新兴产业，它的发展关系着国计民生。它不仅应用于科学领域，也被广泛应用于国防、航天、民生等领域。它的广泛应用，使人们的生活更见方便。现代人的生活越来越离不开电子。因此，对电子的了解显得十分重要。微电子作为电子科学的一个分支，也发挥着日益重要的作用。通过几周的学习，我对微电子有了初步的认识。 首先，我了解了微电子的发展史，1947年晶体管的发明，后来又结合印刷电路组装使电子电路在小型化的方面前进了一大步。到1958年前后已研究成功以这种组件为基础的混合组件。集成电路的主要工艺技术，是在50年代后半期硅平面晶体管技术和更早的金属真空涂膜学技术基础上发展起来的。1964年出现了磁双极型集成电路产品。 1962年生产出晶体管——晶体管理逻辑电路和发射极藉合逻辑电路。MOS集成电路出现。由于MOS电路在高度集成方面的优点和集成电路对电子技术的影响，集成电路发展越来越快。 70年代，微电子技术进入了以大规模集成电路为中心的新阶段。随着集成密度日益提高，集成电路正向集成系统发展，电路的设计也日益复杂、费时和昂贵。实际上如果没有计算机的辅助，较复杂的大规模集成电路的设计是不可能的。70年代以来，集成电路利用计算机的设计有很大的进展。制版的计算机辅助设计、器件模拟、电路模拟、逻辑模拟、布局布线的计算辅助设计等程序，都先后研究成功，并发展成为包括校核、优化等算法在内的混合计算机辅助设计，乃至整套设备的计算机辅助设计系统。 微电子技术是随着集成电路，尤其是超大型规模集成电路而发展起来的一门新的技术。微电子技术包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术，微电子技术是微电子学中的各项工艺
《微电子技术概论》期末复习题 试卷结构： 填空题40分，40个空，每空1分， 选择题30分，15道题，每题2分， 问答题30分，5道题，每题6分 填空题 1.微电子学是以实现电路和系统的集成为目的的。 2.微电子学中实现的电路和系统又称为集成电路和集成系统，是微小化的。 3.集成电路封装的类型非常多样化。按管壳的材料可以分为金属封装、陶瓷封装和塑料封装。 4.材料按其导电性能的差异可以分为三类：导体、半导体和绝缘体。 5. 迁移率是载流子在电场作用下运动速度的快慢的量度。 6.PN 结的最基本性质之一就是其具有单向导电性。 7.根据不同的击穿机理，PN 结击穿主要分为雪崩击穿和隧道击穿这两种电击穿。 8.隧道击穿主要取决于空间电荷区中的最大电场。 9. PN结电容效应是PN结的一个基本特性。 10.PN结总的电容应该包括势垒电容和扩散电容之和。 11.在正常使用条件下，晶体管的发射结加正向小电压，称为正向偏置，集电结加反向大电压，称为反向偏置。 12.晶体管的直流特性曲线是指晶体管的输入和输出电流-电压关系曲线， 13.晶体管的直流特性曲线可以分为三个区域：放大区，饱和区，截止区。 14.晶体管在满足一定条件时，它可以工作在放大、饱和、截止三个区域中。 15.双极型晶体管可以作为放大晶体管，也可以作为开关来使用，在电路中得到了大量的应用。 16. 一般情况下开关管的工作电压为 5V ，放大管的工作电压为 20V 。 17. 在N 型半导体中电子是多子，空穴是少子； 18. 在P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。 19. 所谓模拟信号，是指幅度随时间连续变化的信号。 20. 收音机、收录机、音响设备及电视机中接收、放大的音频信号、电视信号是模拟信号。 21. 所谓数字信号，指在时间上和幅度上离散取值的信号。 22. 计算机中运行的信号是脉冲信号，但这些脉冲信号均代表着确切的数字，因而又叫做数字信号。 23. 半导体集成电路是采用半导体工艺技术，在硅基片上制作包括电阻、电容、二极
本文由jschen63贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 微电子技术的发展 主要内容 微电子技术概述；微电子发展历史及特点；微电子前沿技术；微电子技术在军事中的应用。 2010-11-26 北京理工大学微电子所 2 2010-11-26 北京理工大学微电子所 3 工艺流程图 厚膜、深刻蚀、次数少多次重复 去除 刻刻蚀 牺牲层，释放结构 多 工艺 工工艺 2010-11-26 工 5 微电子技术概述 微电子技术是随着集成电路，尤其是超大规模集成电路而发展起来的一门新的技术。微电子技术包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术，微电子技术是微电子学中的各项工艺技术的总和；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；衡量微电子技术进步的标志要在三个方面：一是缩小芯片中器件结构的尺寸，即缩小加工线条的宽度；二是增加芯片中所包含的元器件的数量，即扩大集成规模；三是开拓有针对性的设计应用。 2010-11-26 北京理工大学微电子所 6 微电子技术的发展历史 1947年晶体管的发明；到1958年前后已研究成功以这种组件为基础的混合组件； 1962年生产出晶体管——晶体管逻辑电路和发射极耦合逻辑电路；由于MOS电路在高度集成和功耗方面的优点，70 年代，微电子技术进入了MOS电路时代；随着集成密度日益提高，集成电路正向集成系统发展，电路的设计也日益复杂、费时和昂贵。实际上如果没有计算机的辅助，较复杂的大规模集成电路的设计是不可能的。 2010-11-26 北京理工大学微电子所 7 微电子技术的发展特点 超高速：从1958年TI研制出第一个集成电路触发器算起，到2003年Intel推出的奔腾4处理器（包含5500 万个晶体管）和512Mb DRAM（包含超过5亿个晶体管），集成电路年平均增长率达到45％；辐射面广：集成电路的快速发展，极大的影响了社会的方方面面，因此微电子产业被列为支柱产业。
微电子技术发展趋势及未来发展展望 论文概要： 本文介绍了穆尔定律及其相关内容，并阐述对微电子技术发展趋势的展望。针对日前世界局势紧张，战争不断的状况，本文在最后浅析了微电子技术在未来轻兵器上的应用。由于这是我第一次写正式论文，恳请老师及时指出文中的错误，以便我及时改正。 一．微电子技术发展趋势 微电子技术是当代发展最快的技术之一，是电子信息产业的基础和心脏。微电子技术的发展，大大推动了航天航空技术、遥测传感技术、通讯技术、计算机技术、网络技术及家用电器产业的迅猛发展。微电子技术的发展和应用，几乎使现代战争成为信息战、电子战。在我国，已经把电子信息产业列为国民经济的支拄性产业。如今，微电子技术已成为衡量一个国家科学技术进步和综合国力的重要标志。 集成电路(IC)是微电子技术的核心，是电子工业的“粮食”。集成电路已发展到超大规模和甚大规模、深亚微米(0.25μm)精度和可集成数百万晶体管的水平，现在已把整个电子系统集成在一个芯片上。人们认为：微电子技术的发展和应用使全球发生了第三次工业革命。 1965年，Intel公司创始人之一的董事长Gorden Moore在研究存贮器芯片上晶体管增长数的时间关系时发现，每过18～24个月，芯片集成度提高一倍。这一关系被称为穆尔定律(Moores Law)，一直沿用至今。 穆尔定律受两个因素制约，首先是事业的限制(business Limitations)。随着芯片集成度的提高，生产成本几乎呈指数增长。其次是物理限制(Physical Limitations)。当芯片设计及工艺进入到原子级时就会出现问题。 DRAM的生产设备每更新一代，投资费用将增加1.7倍，被称为V3法则。目前建设一条月产5000万块16MDRAM的生产线，至少需要10亿美元。据此，64M位的生产线就要17亿美元，256M位的生产线需要29亿美元，1G位生产线需要将近50亿美元。 至于物理限制，人们普遍认为，电路线宽达到0.05μm时，制作器件就会碰到严重问题。 从集成电路的发展看，每前进一步，线宽将乘上一个0.7的常数。即：如果把0.25μm看作下一代技术,那么几年后又一代新产品将达到 0.18μm(0.25μm×0.7)，再过几年则会达到0.13μm。依次类推，这样再经过两三代，集成电路即将到达0.05μm。每一代大约需要经过3年左右。 二.微电子技术的发展趋势 几十年来集成电路(IC)技术一直以极高的速度发展。如前文中提到的，著名的穆尔(Moore)定则指出，IC的集成度(每个微电子芯片上集成的器件数)，每3年左右为一代，每代翻两番。对应于IC制作工艺中的特征线宽则每代缩小30％。根据按比例缩小原理(Scaling Down Principle)，特征线条越窄，IC的工作速度越快，单元功能消耗的功率越低。所以，IC的每一代发展不仅使集成度提高，同时也使其性能(速度、功耗、可靠性等)大大改善。与IC加工精度提高的同时，加工的硅圆片的尺寸却在不断增大，生产硅片的批量也不断提高。以上这些导致
第一章： 1、电子器件微型化和大规模集成的含义是什么？其具有怎样的实际意义。 答：电子器件微型化主要是指器件的最小尺寸，也就是特征尺寸变小了。大规模集成是指在单个芯片上所继承的电子器件数量越来越多。 电子器件微型化和大规模集成的意义： 1）提高速度和降低功耗只有提高集成度，才能减少电子系统内部的连线和最大限度地减少封装管壳对速度的影响。提高速度和提高集成度是统一的，前者必须通过后者来实现。同时采用低功耗、高速度的电路结构（器件结构） 2）提高成品率与可靠性大规模集成电路内部包含的大量元件都已彼此极其紧密地集成在一块小晶片上，因此不像中、小规模集成电路组成的电子系统那样，由于元件与元件，或电路与电路之间装配不紧密，互连线长且暴露在外，易受外界各种杂散信号的干扰，所以说大规模集成电路提高了系统可靠性。 为了提高为电子器件的成品率，需要在少增加电路芯片面积的前提下尽可能容纳更多的电子元件，也就是采取提高元件密度的集成方法。 3）低成本大规模集成电路制造成本和价格比中、小规模集成电路大幅度下降是因为集成度和劳动生产率的不断提高。 综上所述，大规模和超大规模集成电路的微型化、低成本、高可靠和高频高速四大特点，正是电子设备长期追求的技术指标和经济指标，而这四大特点中后三个特点皆源于微型化的特点。因此这四大特点是统一的、不可分割的。 2、超大规模集成电路面临哪些挑战？ 答：首先是大直径的硅材料, 随着集成电路技术的发展，硅单晶直拉生产技术，在单晶尺寸、金属杂质含量、掺杂元素和氧分布的均匀性及结晶缺陷等方面得到了不断的改进。目前，通常使用的硅单晶抛光片的直径已达到300mm，400mm硅单晶片的制造也已经开始。如何控制400mm晶体中点缺陷将是面临的重大挑战。 其次是光刻技术：在微电子制造技术中，最为关键的是用于电路图形生成和复制的光刻技术。更短波长光源、新的透镜材料和更高数字孔径光学系统的加工技术，成为首先需要解决的问题；同时，由于光刻尺寸要小于光源波长，使得移相和光学邻近效应矫正等波前工程技术成为光学光刻的另一项关键技术。 最后是器件工艺。当器件的沟道长度缩小到0.1um时，已开始逼近传统的半导体物理的极限。随之而来的是栅氧化层不断减薄，SiO2作为传统的栅氧化层已经难以保证器件的性能。同时随着半导体器件工艺的特征尺寸不断地缩小，芯片内部的多层内连线工艺也逐渐成为半导体工艺发展的挑战。 3、阐述微电子学概念及其重要性。 答：微电子学是研究在固体(主要是半导体)材料上构成的微小型化电路、子系统及系统的电子学分支。 微电子学作为电子学的一门分支学科，主要是研究电子或离子在固体材料中的运动规律及其应用，并利用它实现信号处理功能的科学。 微电子学是以实现电路和系统的集成为目的的，故实用性极强。微电子学中所实现的电路和系统又称为集成电路和集成系统。 微电子学是信息领域的重要基础学科，在信息领域中，微电子学是研究并实现信息获取、传输、存储、处理和输出的科学，是研究信息载体的科学，构成了信息科学的基石。其发展水平直接影响着整个信息技术的发展。 微电子科学技术是信息技术中的关键之所在，其发展水平和产业规模是一个国家经济实力的重要标志。
第一章 绪论 1．画出集成电路设计与制造的主要流程框架。 2．集成电路分类情况如何？ ?????????????????? ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????按应用领域分类数字模拟混合电路非线性电路线性电路模拟电路时序逻辑电路组合逻辑电路数字电路按功能分类GSI ULSI VLSI LSI MSI SSI 按规模分类薄膜混合集成电路厚膜混合集成电路混合集成电路B iCMOS B iMOS 型B iMOS CMOS NMOS PMOS 型MOS 双极型单片集成电路按结构分类集成电路 3．微电子学的特点是什么？ 微电子学：电子学的一门分支学科 微电子学以实现电路和系统的集成为目的，故实用性极强。 微电子学中的空间尺度通常是以微米(m, 1m ＝10－6m)和纳米(nm, 1nm = 10-9m)为单位的。 微电子学是信息领域的重要基础学科 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 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 4．列举出你见到的、想到的不同类型的集成电路及其主要作用。 集成电路按用途可分为电视机用集成电路、音响用集成电路、影碟机用集成电路、录像机用集成电路、电脑（微机）用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。 5．用你自己的话解释微电子学、集成电路的概念。 集成电路（integrated circuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。 6．简单叙述微电子学对人类社会的作用。 可以毫不夸张地说，没有微电子技术的进步，就不可能有今天信息技术的蓬勃发展，微电子已经成为整个信息社会发展的基石。随着微电子的发展，器件的特征尺寸越来越小第二章半导体物理和器件物理基础 1．什么是半导体？特点、常用半导体材料 什么是半导体？ 金属：电导率106～104(W?cm-1)，不含禁带； 半导体：电导率104~10-10(W?cm-1)，含禁带； 绝缘体：电导率<10-10(W?cm-1)，禁带较宽； 半导体的特点： （1）电导率随温度上升而指数上升； （2）杂质的种类和数量决定其电导率； （3）可以实现非均匀掺杂； （4）光辐照、高能电子注入、电场和磁场等影响其电导率； 硅：地球上含量最丰富的元素之一，微电子产业用量最大、也是最重要的半导体材料。 硅(原子序数14)的物理化学性质主要由最外层四个电子（称为价电子）决定。每个硅原子近邻有四个硅原子，每两个相邻原子之间有一对电子，它们与两个原子核都有吸引作用，称为共价键。 化合物半导体：III族元素和V族构成的III-V族化合物，如，GaAs(砷化镓)，InSb(锑化铟)，GaP(磷化镓)，InP(磷化铟)等，广泛用于光电器件、半导体激光器和微波器件。2.掺杂、施主/受主、P型/N型半导体（课件） 掺杂：电子摆脱共价键所需的能量，在一般情况下，是靠晶体内部原子本身的热运动提供的。常温下，硅里面由于热运动激发价健上电子而产生的电子和空穴很少，它们对硅的导电性的影响是十分微小的。室温下半导体的导电性主要由掺入半导体中的微量的杂质（简称掺杂）来决定，这是半导体能够制造各种器件的重要原因。 施主：Donor，掺入半导体的杂质原子向半导体中 提供导电的电子，并成为带正电的离子。如 Si中掺的P 和As（最外层有5个价电子） 受主：Acceptor，掺入半导体的杂质原子向半导体中 提供导电的空穴，并成为带负电的离子。如 Si中掺的B(硼）（最外层只有3个价电子）
电子科技大学 2014年攻读硕士学位研究生入学考试试题 考试科目：832 微电子器件 注：所有答案必须写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上均无效。 一、填空题（共48分，每空1.5分） 1、PN结二极管用途广泛，在作为变容二极管使用时，主要利用其（）向偏置的 （）电容；在作为温度传感器使用时，主要利用其正向导通压降会随温度的升高而（）。 2、一个P+N型的二极管，电子和空穴的寿命分别为τn和τp，在外加正向直流电压V1时电流 为I1，当外加电压反向为－V2时，器件会经历一段反向恢复过程，这主要是由正向导通时存储在（）型中性区中的非平衡少子造成的，该非平衡少子的总量为 （）。 3、防止PN结发生热击穿，最有效的措施是降低器件的（）。同时，禁带宽带越 （）的半导体材料，其热稳定性越好。（第二个空填“大”或“小”） 4、双极型晶体管的基区宽度调变效应越严重，其厄尔利电压越（），共发射极增量输 出电阻越（）。（填“大”或“小”） 5、已知双极型晶体管的基区度越时间和基区少子寿命分别为τb和τB，则1/τB表示的物理 意义为（），因此τb/τB可以表示 （）。 6、MOSFET的亚阈区摆幅S反应了在亚阈区中（）的控制能力。 栅氧化层越厚，则S越（），该控制能力越（）。（第二个空填“大”或“小”，第三个空填“强”或“弱”） 7、当金属和P型半导体形成金-半接触时，如果金属的功函数大于半导体的功函数，半导体表 面将形成（），该结构（）单向导电性。（从以下选项中选择） A 电子阻挡层 B 电子反阻挡层C空穴阻挡层 D 空穴反阻挡层 E 具有 F 不具有 微电子器件试题共6页，第1页
8、MOSFET的跨导是（）特性曲线的斜率，而漏源电导是（）特性曲 线的斜率。在模拟电路中，MOSFET一般工作在（）区，此时理想情况下漏源电导应为零，但实际上由于（）和（），漏源电导通常为正的有限值。 9、短沟道MOSFET中采用偏置栅结构或漏端轻掺杂结构，是为了降低漏端附近的电场强度， 从而抑制（）效应，防止器件电学特性退化。 10、如果以SiGe来制作BJT的发射区，Si来制作BJT的基区，则与全部采用Si材料的双极 型晶体管相比，其共基极电流放大系数α将（）。（填“增大”、“减小”或“不变”） 11、根据恒场等比例缩小法则，当MOSFET的沟道长度缩小K倍时，其阈值电压变为之前的 （），总电容变为之前的（），最高工作频率变为之前的（）。 12、研究发现硅-二氧化硅系统中，存在四种形式的电荷或能量状态，包括Na+、K+等可动离 子、（）、（）以及二氧化硅层中的电离陷阱电荷，通常它们都带正电，因此（）型MOSFET的衬底表面更容易反型。 13、PMOS的衬底相对于源端应该接（）电位。当|V BS|增加时，PMOS的阈值电压绝对值 将（），该效应叫做（）。（第二个空填“增大”、“减小” 或“不变”） 二、简答与作图题(共57分) 1、如图所示，一块掺杂浓度为N D的无限长均匀N型半导体材料，在x的负半轴有一束光稳定地照射在半导体表面，产生体密度为G0的电子-空穴对。（9分） （1）写出该半导体材料在x正半轴的少子扩散方程。（只考虑少子在x方向的运动） （2）如果要通过上述扩散方程求解x正半轴的少子分布，应该采用什么样的边界条件？（3）如果该半导体材料在x正半轴的长度缩短为W（W远小于少子扩散长度），又应该采用什么样的边界条件求解？ 微电子器件试题共6页，第2页