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期末考试必备神极复习资料1、基本概念微电子：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技术的总和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、电路及微电子系统的电子学分支。P13集成电路：通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能集成度：集成电路的集成度是指单块芯片上所容纳的元件数目。集成度越高，所容纳的元件数目越多。2、微电子的战略地位（对人类社会的巨大作用）（P2画红线）集成电路（IC）产值的增长率（RIC）高于电子工业产值的增长率（REI），电子工业产值的增长率又高于GDP的增长率（RGDP）。一般有一个近似的关系：RIC≈1.5~2REIREI≈3RGDP微电子对信息社会的重要性：INTERNET基础设施各种各样的网络：电缆、光纤(光电子)、无线...…路由和交换技术：路由器、交换机、防火墙、网关...…终端设备：PC、NetPC、WebTV...…网络基础软件：TCP/IP、DNS、LDAP、DCE...…INTERNET服务信息服务:极其大量的各种信息交易服务:高可靠、高保密...…计算服务:“网络就是计算机!”,“计算机成了网络的外部设备!”当前，微电子产业的发展规模和科学技术水平已成为衡量一个国家综合实力的重要标志。3、集成电路的几种主要分类方法（1）按器件类型：双极集成电路：主要由双极晶体管构成（NPN型双极集成电路、PNP型双极集成电路）金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路：主要由MOS晶体管(单极晶体管)构成（NMOS、PMOS、CMOS(互补MOS)）双极-MOS(BiMOS)集成电路：同时包括双极和MOS晶体管的集成电路为BiMOS集成电路，综合了双极和MOS器件两者的优点，但制作工艺复杂（2）按规模：小规模集成电路(SmallScaleIC，SSI)、中规模集成电路(MediumScaleIC，MSI)、大规模集成电路(LargeScaleIC，LSI)、超大规模集成电路(VeryLargeScaleIC，VLSI)、特大规模集成电路(UltraLargeScaleIC，ULSI)、巨大规模集成电路(GiganticScaleIC，GSI）（3）按结构形式的分类：单片集成电路、混合集成电路：厚膜集成电路、薄膜集成电路（4）按电路功能分类：数字集成电路(DigitalIC)：它是指处理数字信号的集成电路，即采用二进制方式进行数字计算和逻辑函数运算的一类集成电路模拟集成电路(AnalogIC)：它是指处理模拟信号(连续变化的信号)的集成电路线性集成电路：又叫做放大集成电路，如运算放大器、电压比较器、跟随器等非线性集成电路：如振荡器、定时器等电路数模混合集成电路(Digital-AnalogIC)：例如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等4、一些英文缩写词：IC、VLSI、ULSI等微电子的特点：P131、半导体、N型半导体、P型半导体、本征半导体、非本征半导体半导体：材料的电阻率界于金属与绝缘材料之间的材料。这种材料在某个温度范围内随温度升高而增加电荷载流子的浓度，电阻率下降。固体材料：超导体:大于106(Wcm)-1导体:106~104(Wcm)-1半导体:104~10-10(Wcm)-1绝缘体:小于10-10(Wcm)-1N型半导体：当硅中掺有施主杂质时，主要靠施主提供的电子导电，依靠空穴导电的半导体形成机理：在纯净的硅晶体中掺入Ⅴ族元素（如磷、砷、锑等），使之取代晶格中硅原子的位置，由于它们的最外层只有5个价电子，其中4个与周围硅原子形成共价键，多余的一个价电子便成了可以导电的自由电子，这样一个Ⅴ族杂志原子可以向半导体硅提供一个自由电子而本身成为带正电的离子，通常把这种杂质称为施主杂质P型半导体：当硅中掺有受主杂质时，主要靠受主提供的空穴导电，依靠空穴导电的半导体形成机理：在纯净的硅晶体中掺入Ⅲ族元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位子，由于它们的最外层只有3个价电子，在与周围硅原子形成共价键时产生一个空穴，这样一个Ⅲ族杂志原子可以向半导体硅提供一个空穴，而本身接受一个电子成为带负电的离子，通常把这种杂质称为受主杂质本征半导体:完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体非本征半导体：当向半导体中添加受主或施主物质(称为掺杂物)，通过施主型杂质解离向导带注入电子或受主型杂质俘获价带电子产生了自由载流子，使本征半导体产生额外的电导，成为非本征半导体。2、载流子、电子、空穴、平衡载流子、非平衡载流子、过剩载流子载流子：能够导电的自由粒子电子：Electron，带负电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚后形成的自由电子，对应于导带中占据的电子空穴：Hole，带正电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚后形成的电子空位，对应于价带中的电子空位平衡载流子：半导体中的导电电子浓度n0和空穴浓度p0都保持一个稳定的数值,这种处于热平衡状态下的导电电子和空穴称为热平衡载流子。非平衡载流子：处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是n0和p0，可以比他们多出一部分。比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子。过剩载流子：由于受外界因素如光、电的作用，半导体中载流子的分布偏离了平衡态分布，称这些偏离平衡分布的载流子为过剩载流子3、能带、导带、价带、禁带（P18）图示出了共有化量子态的能级图及其与原子能级之间的关系。由图可见可见，晶体中量子态的能级分成由低到高的许多组，分别和各原子能级相对应，每一组内包含大量的、能量很接近的能级。这样密集的能级在能级图中看上去就像一条带子，因此通常称它为能带能带：半导体的能带(价带、导带和带隙：导带底与价带顶之间的能量差)导带：0K条件下未被电子填充的能量最低的能带价带：0K条件下被电子填充的能量最高的能带禁带：导带底与价带顶之间能带4、掺杂、施主、受主掺杂：杂质能级：杂质可以使电子在其周围运动形成量子态。为了防止或控制烧结体在烧结或使用时的再结晶或晶粒长大而加入金属粉末中的少量物质。将需要的杂质掺入特定的半导体区域中，以达到改变半导体电学性质，形成PN结、电（、阻、欧姆接触磷(P)、砷(As)--N型硅硼(B)--P型硅）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施主和受主浓度：ND、NA5、输运、漂移、扩散、产生、复合输运：载流子的漂移运动，载流子的扩散运动漂移：载流子的漂移运动：载流子在电场作用下而产生的沿电场方向的运动影响迁移率的因素：有效质量，平均弛豫时间（散射〕体现在：温度和掺杂浓度半导体中载流子的散射机制：晶格散射（热运动引起）电离杂质散射扩散：载流子的扩散运动：载流子在化学势作用下运动产生：电子从价带跃迁到导带的结果是形成一对电子和空穴，因此电子从价带到导带的热跃迁被称为电子-空穴对的产生过程。载流子的产生和复合：电子和空穴增加和消失的过程电子空穴对：电子和空穴成对产生或复合复合：以n型半导体为例：当导带中的电子和价带中的空穴相遇时，电子可以从导带落入价带的这个空能级（多余的能量施放出来称为晶格振动），这个过程称为复合。过剩载流子的复合机制：直接复合、间接复合、表面复合、俄歇复合复合是与长生相对立的变化过程，复合将使一对电子和空穴消失。6、PN结、双极晶体管、MOS场效应管、CMOS管PN结（P33）：在一块半导体材料中，如果一部分是n型区，一部分是p型区，在n型区和p型区的交界面处就形成了pn结。PN结的特性：单向导电性，正向偏置，反向偏置。反偏电压增加耗尽层宽度变宽，反偏电压减小耗尽层宽度变窄；正偏电压增加耗尽层宽度变窄，正偏电压减小耗尽层宽度变宽。正向导通电压Vbi~0.7V(Si)，反向击穿电压Vrb正向导通：多数载流子扩散电流，反向截止：少数载流子漂移电流由于PN结中空间电荷区的存在，PN结两端有电位差V，那么，用导线将二极管两端短路，回路中会有电流吗？无因为金属和半导体之间存在着接触电位差，二极管短路时，二极管两端的接触电位差抵消了PN结上的电位差。在热平衡状态下，PN结两侧载流子的扩散力与由V。形成的PN结内电场力平衡，故V。不能驱使载流子流通而形成电流，所以回路中无电流。双极晶体管：双极晶体管的结构：由两个相距很近的PN结组成：基区宽度远远小于少子扩散长度分为：NPN和PNP两种形式MOS场效应管：场效应晶体管（FieldEffectTransistor，简写为FET）是只有一种载流子（电子或者空穴）参与导电的半导体器件，因此也被称为单极型晶体管一种用输入电压控制输出电流的半导体器件。具有噪声小、功耗低、输入电阻高（108～109Ω）、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点。CMOS管：CMOS集成电路(互补型MOS集成电路)CMOS集成电路的优点：功耗小、设计灵活、抗干扰能力强、输入阻抗高、适合大规模集成、集成电路工业的主流技术CMOS集成电路分为几种？（1）CMOS开关：研究导通和截止作用。（2）CMOS反相器：研究高低电平。（3）静态CMOS逻辑门：研究与非、或非门及各种逻辑。（4）CMOS电路的自锁效应：防止和限制电流作用。1、半导体集成电路的基本概念：集成度、优值、特征尺寸等等，以及术语（芯片、硅片）集成度：集成电路的集成度是指单块芯片上所容纳的元件数目。集成度越高，所容纳的元件数目越多。优值：集成电路的功耗延迟积，顾名思义，就是把电路的延迟时间与功耗相乘，该参数是衡量集成电路性能的重要参数。功耗延迟积越小，即集成电路的速度越快或功耗越低，性能便更好。特征尺寸：通常是指集成电路中半导体器件的最小尺度，如MOSFET的最小沟道长度或双极晶体管中的最小基区宽度，这是衡量集成电路加工和设计水平的重要参数。特征尺寸越小，加工精度越高，可能达到的集成度也越大，性能越好。术语（芯片、硅片）：芯片是指没有封装的单个集成电路，硅片是指包含成千上百个芯片的大园硅片。2、双极集成电路基础有源元件：双极晶体管无源元件：电阻、电容、电感等特点：速度快、稳定性好、负载能力强新型器件：多晶硅发射极双极晶体管、GeSi/Si异质结双极晶体管器件相互间电绝缘、金属导电薄膜反向pn结隔离、全介质沟槽隔离、等平面pn结－介质混合隔离、场氧隔离放大晶体管工作电压大：20V开关晶体管工作电压：5V轻掺杂外延层：提高收集结的反向击穿电压重掺杂埋层：提高收集极的导电性能，降低收集极串联电阻放大晶体管外延层厚度和电阻率较大，芯片面积较大双极数字集成电路：基本单元：逻辑门电路、触发器电路（由门电路组成）双极逻辑门电路类型：饱和型逻辑集成电路：电阻-晶体管逻辑(RTL)、二极管-晶体管逻辑(DTL)、合并晶体管－集成注入逻辑(I2L)、晶体管-晶体管逻辑(TTL)抗饱和型逻辑集成电路：肖特基二极管钳位TTL（STTL）、发射功能逻辑(EFL)、非饱和型逻辑集成电路：发射极耦合逻辑(ECL)、互补晶体管逻辑(CTL)、非阈值逻辑(NTL)、多元逻辑(DYL)双极模拟集成电路：一般分为：线性电路（输入与输出呈线性关系）非线性电路：电压比较器、调制器、解调器、对数放大器接口电路：如A/D、D/A、电平位移电路等3、MOS集成电路基础基本电路结构：MOS器件结构特点：功耗低、速度快、噪声容限大、易集成沟道导电类型：pMOS、nMOS、CMOS栅材料：铝栅、硅栅MOS集成电路：数字集成电路、模拟集成电路MOS开关的几种典型用法：传输门、阈值损失MOS反相器性能的主要指标：输出高电平、输出低电平、反相器阈值电压、直流噪声容限、直流功耗、瞬态特性、芯片面积、工艺难度和兼容性4、CMOS集成电路，比如CMOS反