微電子器件 (1)55514課件

微

電

子

器

件總學(xué)時(shí)數(shù)：72

學(xué)時(shí)其中課堂講授：60

學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)：12

學(xué)時(shí)成績構(gòu)成：期末考試：70

分、平時(shí)：20

分、實(shí)驗(yàn)：10

分WWWHAT?HY?HO?美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明的世界上第一支鍺點(diǎn)接觸雙極晶體管1947年：雙極型晶體管1960年：實(shí)用的

MOS

場效應(yīng)管固體器件1950

年發(fā)明了結(jié)型雙極型晶體管，并于

1956

年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。1956

年出現(xiàn)了擴(kuò)散工藝，1959

年開發(fā)出了

硅平面工藝

，為以后集成電路的大發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。1959

年美國仙童公司（Fairchilds

）開發(fā)出了第一塊用硅平面工藝制造的集成電路，并于

2000

年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。1969年：大規(guī)模集成電路（LSI，103

~

105元件或102~

5

×103等效門）1959年：中小規(guī)模集成電路（IC）1977年：超大規(guī)模集成電路（VLSI，以64KDRAM、16位CPU為代表）1986年：巨大規(guī)模集成電路（ULSI，以4MDRAM為代表，8

×106元件，91mm2，0.8m，150mm）1995年：GSI（以1GDRAM為代表，2.2

×109元件，700mm2，0.18m，200mm，2000年開始商業(yè)化生產(chǎn)）對于數(shù)量場對于矢量場先來復(fù)習(xí)場論中的有關(guān)內(nèi)容所以泊松方程又可寫成（1-1b）分析半導(dǎo)體器件的基本方程包含三組方程。1.1.1泊松方程

（1-1a）式中為靜電勢，它與電場強(qiáng)度之間有如下關(guān)系，1.1.2輸運(yùn)方程

輸運(yùn)方程又稱為電流密度方程。（1-2）（1-3）電子電流密度和空穴電流密度都是由漂移電流密度和擴(kuò)散電流密度兩部分所構(gòu)成，即1.1.4方程的積分形式

以上各方程均為微分形式。其中方程(1-1)、(1-4)、(1-5)可根據(jù)場論中的積分變換公式而變?yōu)榉e分形式，（1-6）（1-8）（1-7）上面的方程（1-6）式中，代表電位移。高斯定理，就是大家熟知的方程(1-7)、(1-8)稱為電子與空穴的

電荷控制方程

，它表示流出某封閉曲面的電流受該曲面內(nèi)電荷的變化率與電荷的凈復(fù)合率所控制。（1-9）（1-10）（1-11）（1-12）（1-13）1.2基本方程的簡化與應(yīng)用舉例

最重要的簡化是三維形式的方程簡化為一維形式，得到在此基礎(chǔ)上再根據(jù)不同的具體情況還可進(jìn)行各種不同形式的簡化。

例1.1對于方程(1-9)

（1-14）在耗盡區(qū)中，可假設(shè)p=n=0，又若在N

型耗盡區(qū)中，則還可忽略

NA，得若在P

型耗盡區(qū)中，則得

例1.2

對于方程（1-10），（1-16）當(dāng)載流子濃度和電場很小而載流子濃度的梯度很大時(shí)，則漂移電流密度遠(yuǎn)小于擴(kuò)散電流密度，可以忽略漂移電流密度，方程（1-10）簡化為反之，則可以忽略擴(kuò)散電流密度，方程（1-10）簡化為

例1.4

將電子擴(kuò)散電流密度方程

(1-16)同理可得

空穴的擴(kuò)散方程，

（1-23）（1-21）代入電子連續(xù)性方程(1-12)設(shè)

Dn為常數(shù)，再將

Un的表達(dá)式代入，可得

電子的擴(kuò)散方程，

例1.5

對于泊松方程的積分形式(1-6)，（1-25）也可對積分形式的基本方程進(jìn)行簡化。在N型耗盡區(qū)中可簡化為式中，，分別代表體積

V內(nèi)的電子總電荷量和非平衡電子總電荷量。

例1.6

對于方程(1-7)（1-7）將電子凈復(fù)合率的方程(1-18)代入，并經(jīng)積分后得（1-26）定態(tài)時(shí)，，上式可再簡化為（1-27）

分析半導(dǎo)體器件時(shí)，應(yīng)先將整個(gè)器件分為若干個(gè)區(qū)，然后在各個(gè)區(qū)中視具體情況對基本方程做相應(yīng)的簡化后進(jìn)行求解。求解微分方程時(shí)還需要給出

邊界條件。擴(kuò)散方程的邊界條件為