微電子復(fù)習(xí)資料全

1、集成電路的分類：1. 按器件結(jié)構(gòu)類型分類， 共有三種類型，它們分別為雙極集成電路， MOS集成電路和雙極-MOS昆合型集 成電路。(1 ) 雙極集成電路 : 這種電路采用的有源器件是雙極晶體管， 在雙極集成電路中， 又可以根據(jù)雙極晶體 管的類型的不同，而將它們細分為 NPN型和PNP型雙極集成電路。雙極集成電路的特點是速度高，驅(qū)動能力強，缺點是功耗較大，集成度相對較低。(2) 金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS集成電路：這種電路中所用的晶體管為 MOS晶體管，根據(jù)MOS晶體 管類型的不同，MOS集成電路又可以分為 NMOS PMO疥口 CMO麋成電路。與雙極集成電路相比，MOS集成電路的主要優(yōu)點是：輸入

2、阻抗高，抗干擾能力強，功耗小，集成度高(適合大規(guī)模集成)，因此，進入超大規(guī)模集成電路時代以后， MOS特別是CMO集成電路已經(jīng)成為集成電路的 主流。(3) 雙極一MOS集成電路：同時包括雙極和 MOS晶體管的集成電路為雙極一 MOS集成電路，雙極一MOS 集成電路綜合了雙極和 MOS器件兩者的優(yōu)點，但這種電路具有制作工藝復(fù)雜的缺點。 隨著CMOS! 成電路中器件特征尺寸的減小，CMO集成電路的速度越來越高，已經(jīng)接近雙極集成電路，因此，目前集成電路的主流技術(shù)仍然是 CMO技術(shù)。2. 按集成電路規(guī)模分類： 每塊集成電路芯片中包含的元器件數(shù)目叫做集成度，根據(jù)集成電路規(guī)模的大小，通常將集成電路分為小規(guī)

3、 模集成電路 , 中規(guī)模集成電路， 大規(guī)模集成電路， 超大規(guī)模集成電路， 特大規(guī)模集成電路和巨大規(guī)模集成電 路.3. 按結(jié)構(gòu)形式的分類：按照集成電路的結(jié)構(gòu)形式可以將它分為半導(dǎo)體單片集成電路及混合集成電路。(1) 單片集成電路：它是指電路中所有的元器件都制作在同一塊半導(dǎo)體基片上的集成電路。(2) 混合集成電路：是指將多個半導(dǎo)體集成電路芯片或半導(dǎo)體集成電路芯片與各種分立元器件通過一定的 工藝進行二次集成，構(gòu)成一個完整的，更復(fù)雜的功能器件，該功能器件最后被封裝在一個管殼中，作 為一個整體使用，在混合集成電路中，主要由片式無源元件，半導(dǎo)體芯片，帶有互連金屬化層的絕緣 基板以及封裝管殼組成。根據(jù)制作混合

4、集成電路時所采用的工藝不同，還可以將它們分為厚膜集成電路和薄膜集成電路。4. 按電路功能分類：可以分成數(shù)字集成電路，模擬集成電路和數(shù)模混合集成電路等三類。(1 ) 數(shù)字集成電路：它是指處理數(shù)字信號的集成電路。(2) 模擬集成電路：它是指處理模擬信號的集成電路。(3) 數(shù)?；旌霞呻娐罚核侵讣窗瑪?shù)字電路又包含模擬電路的新型電路。第二章半導(dǎo)體物理和器件物理基礎(chǔ)1. 半導(dǎo)體的特點：(1 )純凈半導(dǎo)體材料，電導(dǎo)率隨溫度的上升而指數(shù)增加。(2) 半導(dǎo)體中雜質(zhì)的種類和數(shù)量決定著半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，而且在重摻雜的情況下， 溫度對電導(dǎo)率的影響較 弱。(3) 在半導(dǎo)體中可以實現(xiàn)非均勻摻雜。(4) 光的輻照，高能

5、電子等的注入可以影響半導(dǎo)體的電導(dǎo)率。第三章大規(guī)模集成電路基礎(chǔ)1. 集成電路的集成度，集成電路的功耗延遲積，特種尺寸是描述集成電路性能的幾個主要方面。 集成電路的功耗延遲積又稱為集成電路的優(yōu)值，就是把電路的延遲時間與功耗相乘，該參數(shù)是衡量集成電 路性能的重要參數(shù)，功耗延遲積越小，則集成電路的速度越快或功耗越低，性能便越好。特征尺寸通常是指集成電路中半導(dǎo)體器件的最小尺度，如MOSFET勺最小溝道長度或雙極晶體管中的最小基區(qū)寬度，這是衡量集成電路加工和設(shè)計水平的重要參數(shù)，特征尺寸越小，加工精度越高，可能達到的集成度也越大，性能越好。2雙極集成電路基礎(chǔ)：（1）常用的晶體管根據(jù)使用目的的不同可將雙極晶體

6、管分成放大晶體管和開關(guān)晶體管兩大類，它們主要差別是放大管的工作電壓較高，通常這兩種晶體管均制作在高電阻率的硅外延層上。（2）在數(shù)字集成電路中， 完成各種邏輯運算和變換的電路稱為邏輯電路，組成邏輯電路的基本單元是門電 路和觸發(fā)器電路，觸發(fā)器電路基本上也由各種門電路組成，門電路是數(shù)字集成電路的最基本單元。3. MOSI成電路基礎(chǔ)由于CMOS!成電路具有功耗低、速度快、噪聲容限大、可適應(yīng)較寬的環(huán)境溫度和電源電壓、易集成、可等比例縮小等一系列優(yōu)點，使得 CMOS!成電路成為整個半導(dǎo)體集成電路的主流技術(shù)。（1）CMO開關(guān)（ 2）反相器（ 3）開關(guān)串并聯(lián)的邏輯特性4. 傳輸門邏輯當MOSf關(guān)導(dǎo)通時，信號可

7、直接從一端傳送至另一端，所以又把MOS關(guān)稱為傳輸門，通常把傳輸門的輸出信號對控制信號間的邏輯關(guān)系稱為傳輸門邏輯。5. 存儲器存儲器是各種數(shù)字計算機的主要部件， 也是許多其他電子系統(tǒng)中必不可少的， 存儲器功能可分為以下幾類：（ 1） 只讀存儲器（ ROM）（ 2）隨機存取存儲器 （RAM）（ 3）可編程只讀存儲器（ PROM）通常一個完整的存儲器主要包括以下幾個部分：1)存儲單元2)地址譯碼器3)讀寫電路4)時序控制電路第四章 集成電路制造工藝 要制造一塊集成電路，需要經(jīng)過集成電路設(shè)計、掩模板制造、原始材料制造、芯片加工、封裝、測試等工 序，本章的重點是集成電路芯片加工工藝。1. 光刻與刻蝕技術(shù)

8、 光刻是集成電路中十分重要的一種加工工藝技術(shù)，它是通過曝光和選擇腐蝕等工序?qū)⒀谀０迳显O(shè)計好的圖 形轉(zhuǎn)移到硅片上的過程。（ 1 ） 光刻所需要的三要素為：光刻板、掩模板和光刻機。（2）常見的光刻方法：根據(jù)曝光方法的不同，可以分為接觸式光刻、接近式光刻和投影式光刻三類。（ 3）刻蝕技術(shù)光刻得到的光刻膠圖形并不是器件的最終組成部分，光刻得到的只是由光刻膠組成的臨時圖形，為了得到 集成電路真正需要的圖形，還必須將這些光刻膠圖形轉(zhuǎn)換成硅片上的圖形。完成這種圖形轉(zhuǎn)換的方法之一 就是將未被光刻膠掩蔽的部分有選擇性的通過腐蝕法去掉。常用的腐蝕方法分為濕法刻蝕和干法刻蝕兩大類。濕法腐蝕是指利用液態(tài)化學(xué)試劑或溶液

9、通過化學(xué)反應(yīng)進 行刻蝕的方法，干法腐蝕則主要是指利用低壓放電產(chǎn)生的等離子體中的離子或游離基與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 或通過轟擊等物理作用而達到刻蝕的目的。2. 氧化 在現(xiàn)代集成電路工藝中，氧化是必不可少的工藝技術(shù)，在硅表面上生長的氧化硅層不但能緊密依附在硅襯 底上，而且具有非常穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)和電絕緣性，因此氧化硅層在集成電路中起著極其重要的作用。制備SIO2的的方法很多，主要的有熱氧化法、化學(xué)氣相沉積法、熱分解淀積法、濺射法、等離子氧化法等。3. 擴散與離子注入 集成電路工藝中經(jīng)常采用的摻雜技術(shù)主要有擴散和離子注入（1） 擴散工藝通常包括兩個步驟，即在恒定表面濃度條件下的預(yù)淀積和在雜質(zhì)總量不變情況下

10、的再分 布。目前比較常見的擴散方法主要有固態(tài)源擴散和液態(tài)源擴散等。（2） 離子注入 離子注入是將具有很高能量的帶電雜質(zhì)離子注入半導(dǎo)體襯底中的摻雜技術(shù)。它的摻雜深度由注入雜質(zhì)離子 的能量、雜質(zhì)離子的質(zhì)量決定。摻雜濃度是注入雜質(zhì)離子的數(shù)目決定。4. 退火 退火也叫熱處理，集成電路工藝中所說的在氮氣等不活潑氣氛中進行的熱處理過程都可以稱為退火。 退火的方法有很多，最早采用也是最方便的是爐退火，近年來發(fā)展了多種快速退火工藝，比較常用的有脈 沖激光法、掃描電子束、連續(xù)波激光、非相干寬帶頻光源等。5. 化學(xué)汽相淀積（ CVD）化學(xué)汽相淀積是指通過氣態(tài)物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)在襯底上淀積一層薄膜材料的過程。CVD莫的

11、結(jié)構(gòu)可以使單晶、多晶或非晶態(tài)。氣相淀積（CVD常用的主要有三種：常壓化學(xué)汽相淀積（APCVD、低壓化學(xué)汽相淀積（LPCVD） 和等離子增強化學(xué)汽相淀積（ PECVD） .6. 接觸與互聯(lián) 接觸與互聯(lián)的基本工藝步驟為：（1） 為了減小接觸電阻，在需要進行互聯(lián)的區(qū)域首先要進行高濃度摻雜（ 2） 淀積一層絕緣介質(zhì)膜（ 3） 通過光刻、刻蝕等工藝在該介質(zhì)膜上制作出接觸窗口，又叫歐姆接觸孔（4）利用蒸發(fā)、濺射或CVD等方法形成互連材料膜（5）利用光刻、刻蝕技術(shù)定義出互連線的圖形（6）為了降低接觸電阻率，在 400 C450 C的N2-H2氣氛中進行熱處理。7. 隔離技術(shù) 在集成電路中需要制作大量晶體管，

12、如何把這些晶體管在電學(xué)上隔離開是非常重要的，目前常用的隔離技 術(shù)主要包括PN結(jié)隔離、等平面氧化層隔離、溝槽隔離、介質(zhì)隔離等幾種方式。在VLSI工藝中，最常用的隔離工藝是等平面氧化物隔離和溝槽隔離工藝。8封裝技術(shù)（1）封裝的工藝 封裝的第一步是劃片，劃片后進行鍵合封裝。鍵合封裝主要分為兩步，第一步是把芯片固定到合適的集成 電路管座上，第二步是引線焊接，又稱為鍵合，引線焊接的主要方法有：熱壓焊接、熱超聲焊接和超聲焊 接。（3）封裝的分類：按封裝管殼的材料可分為金屬封裝、塑料封裝和瓷封裝。 第五章 集成電路設(shè)計 隨著集成度的不斷提高，設(shè)計成本和設(shè)計周期已成為集成電路特別是超大規(guī)模集成電路產(chǎn)品成本和產(chǎn)

13、品周 期德主要部分。設(shè)計方法及各種計算機輔助設(shè)計手段在集成電路設(shè)計中起著越來越重要的作用。1. 集成電路的設(shè)計特點與設(shè)計信息描述 集成電路設(shè)計過程主要包括系統(tǒng)功能設(shè)計、邏輯和電路設(shè)計以及版圖設(shè)計等方面，集成電路設(shè)計有以下幾 方面特點：（1）集成電路設(shè)計對設(shè)計正確性提出了更為嚴格的要求（2）在集成電路設(shè)計時，必須采用便于檢測的電路結(jié)構(gòu)，并需要對電路的自檢功能進行考慮。（3）與分立器件的電路設(shè)計相比，布局、布線等版圖設(shè)計過程是集成電路設(shè)計中所特有的。（4）集成電路作為一個高度復(fù)雜的電路系統(tǒng)，在功能設(shè)計、邏輯與電路設(shè)計、版圖設(shè)計方面都必須采取分層分級設(shè)計和模塊化設(shè)計。設(shè)計信息描述 ;設(shè)計信息描述主要

14、有設(shè)計圖和語言描述等方式。2. 集成電路的設(shè)計流程集成電路設(shè)計主要包括三個階段：（ 1 ） 系統(tǒng)功能設(shè)計（2）邏輯與電路設(shè)計（3）版圖設(shè)計3. 集成電路的設(shè)計規(guī)則集成電路設(shè)計規(guī)則一般有兩種表示方法，一種是以入為單位的設(shè)計規(guī)則，另一種是以微米為單位的設(shè)計規(guī)則。4. 集成電路的設(shè)計方法 集成電路設(shè)計方法主要有：全定制設(shè)計方法、定制設(shè)計方法、半定制設(shè)計方法、可編程邏輯器件以及基于 這些方法的兼容設(shè)計方法等。（1） 全定制設(shè)計方法是指系統(tǒng)功能設(shè)計、邏輯和電路設(shè)計完成以后，在優(yōu)化每個器件的電路參數(shù)和器 件參數(shù)的情況下，通過人機交互圖形系統(tǒng)，人工設(shè)計版圖中的各個器件和連線，以獲得最佳性能 和最小芯片尺寸。

15、全定制設(shè)計方法一般錯誤率較高，一定要有完善的CAD工具進行設(shè)計檢查和驗證。（2）門列設(shè)計方法（GA方法門列設(shè)計方法是一種半定制技術(shù)，它是在一個芯片上把形狀和尺寸相同的單元拍成列形式，每個單元部包 含若干個器件，單元之間留有布線通道，通道寬度和位置固定，并預(yù)先完成接觸孔和連線以外的所有加工 步驟，形成母中，然后根據(jù)不同的應(yīng)用，設(shè)計出不同的接觸孔版和金屬連線版，在單元部連線以實現(xiàn)某種 門的功能，再通過單元間連線實現(xiàn)電路功能。門列設(shè)計具有設(shè)計周期短、設(shè)計成本低等特點，缺點是設(shè)計靈活性較低，門利用率也較低，而且單元中某 些器件空置。（ 3） 標準單元設(shè)計方法屬于定制設(shè)計方法，它需要設(shè)計出制備工藝所需要

16、的所有掩模板。標準單元設(shè)計方法是指從標準單元庫中調(diào)出事先經(jīng)過精心設(shè)計的邏輯單元，并排列成行，行間留有可調(diào)整 的布線通道， 再接功能要求將各部單元以及輸入 /輸出單元連接起來， 形成所需的專用電路。與門列方法相 比，標準單元方法可以具有較高的芯片利用率和連線布通率，在設(shè)計中可以盡可能的進行優(yōu)化，在設(shè)計時 有更強的選擇性，但這種技術(shù)依賴于標準單元庫的發(fā)展，建立標準單元庫需要較高的成本和較長的周期， 而且當工藝更新時，需要花費較大的代價進行修改和更新，也難以實現(xiàn)高精度模擬電路。（4）積木塊設(shè)計方法（BBL方法）定制式設(shè)計在標準單元方法基礎(chǔ)上，提出了積木塊方法，在這種技術(shù)中可以采用任意形狀和單元，而且

17、沒有布線通道 概念，單元可以放在芯片的任意位置，因此可以得到更高的布圖密度。（ 5） 可編程邏輯器件設(shè)計方法（ PLD） 是指用戶通過生產(chǎn)商提的通用器件自行進行現(xiàn)場編程和制造，或者通過對于一或矩陣進行掩膜編程，得到 所需的專用集成電路。（PLD設(shè)計方法的設(shè)計效率很高，設(shè)計周期很短，而且一些可編程器件具有多次擦除功能，降低了系統(tǒng)成 本，適用于新產(chǎn)品的開發(fā)。（ 6） 兼容設(shè)計方法兼容設(shè)計方法是綜合各種設(shè)計方法各自的優(yōu)勢， 在同一芯片中把它們優(yōu)化組合起來， 實現(xiàn)整體性能的優(yōu)化。第六章：集成電路設(shè)計的 CADS統(tǒng)CAD技術(shù)介入了包括系統(tǒng)功能設(shè)計、邏輯和電路設(shè)計以及版圖設(shè)計等在的集成電路設(shè)計的各個環(huán)節(jié)。

18、本章主要講述系統(tǒng)描述以及模擬、綜合、邏輯模擬、電路模擬、時序分析、版圖設(shè)計的CAD工具，計算機輔助測試技術(shù)等。1. 系統(tǒng)描述目前CAD技術(shù)中，VHDL語言逐漸成為集成電路設(shè)計中的流行語言，廣泛用于系統(tǒng)描述中。VHDL語言是一種用形式化方法對時間上離散的離散系統(tǒng)進行描述的語言，可以用來描述硬件電路，它可以抽象的表示電路 的行為和結(jié)構(gòu)，在集成電路設(shè)計過程中，支持以系統(tǒng)級到門和器件級的電路描述，并具有在不同設(shè)計層次 上的模擬驗證機制，同時可作為綜合軟件的輸入語言，支持電路描述從高層向低層的轉(zhuǎn)換。2. 綜合 綜合是指從設(shè)計的高層次向低層次轉(zhuǎn)換的過程，是一種自動設(shè)計的過程，根據(jù)起始的層次不同，綜合可以

19、相應(yīng)地分為高級綜合和邏輯綜合， 目前的綜合系統(tǒng)一般都以 VHDL、 Verilog 、 HardwareC 等語言作為輸入描 述。3. 邏輯模擬邏輯模擬是指通過邏輯圖形輸入或直接用硬件描述語言將所設(shè)計的電路輸入到計算機中，用軟件方法形成 硬件模型，然后給定輸入激勵波形，利用該模型計算出各節(jié)點和輸出端的波形，由設(shè)計者判斷其正確性。 根據(jù)所模擬邏輯單元的大小，邏輯模擬可以分為四級: 寄存器傳輸級、功能塊級、門級和開關(guān)級。4. 電路模擬 電路模擬是根據(jù)電路的拓撲結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)將需要分析的電路問題轉(zhuǎn)換成適當?shù)臄?shù)學(xué)方程并求解，根據(jù)計算機結(jié)果驗證電路設(shè)計的正確性。目前最具代表性、應(yīng)用最廣泛的電路軟件是SP

20、ICE程序。電路模擬軟件主要有 5 部分組成：輸入處理、元器件模擬處理、建立電路方程方程求解和輸出處理。5時序分析和混合模擬 時序分析的關(guān)鍵是在減小模擬時間的存儲量的情況下，計算出所需的時序關(guān)系。 邏輯模擬、電路模擬、時序分析三者各有特點， SPICE 軟件是一種混合模擬軟件，可以將這三種技術(shù)結(jié)合 在一起，并通過適當?shù)奶幚恚鶕?jù)用戶對電路各部分的不同需求，調(diào)用不同的分析程序分析不同的電路部 分。6. 版圖設(shè)計的CAD工具 版圖設(shè)計是根據(jù)電路功能和性能的要求以及工藝條件的限制，設(shè)計集成電路制造過程中必須的光刻掩模板 圖。版圖設(shè)計的CAD工具按工作方式可以分為三類：自動設(shè)計半自動設(shè)計人工設(shè)計7.

21、器件模擬 器件模擬是在綜合器件結(jié)構(gòu)和摻雜分布的情況下，采用數(shù)值分析方法直接求解器的基本方程，得到器件的 直流、瞬態(tài)、交流小信號等電學(xué)特征和某些電參數(shù)。8工藝模擬 是在深入探討各工藝過程物理機制的基礎(chǔ)上，對各工藝過程建立數(shù)學(xué)模型，給出數(shù)學(xué)表達式，在某些已知 工藝參數(shù)的情況下，利用計算機技術(shù)對給定工藝過程進行數(shù)值求解，計算出經(jīng)過該工序的雜質(zhì)濃度分布、 結(jié)構(gòu)特性變化或器件中的應(yīng)力變化等。9.計算機輔助測試（CAT）技術(shù) 集成電路測試是通過對電路加測試向量觀察相應(yīng)的輸出結(jié)果。計算機輔助測試包括：（ 1）測試向量生成測試向量的生成方法包括軟件自動生成、人工生成、從激勵碼轉(zhuǎn)換生成和根據(jù)輸入端數(shù)目從輸入序列

22、中隨 機選取等。（ 2）故障模擬和計算機輔助可測性設(shè)計故障模擬就是針對測試輸入向量集，對被測電路在不同故障狀態(tài)下進行邏輯模擬，得到所能檢測出的故障 集，從而獲得故障覆蓋率。 、演繹故障模擬和并發(fā)誓故障模擬。 對于需要進行可測性設(shè)計的難測電路，利用 IC 設(shè)計軟件，可以自動地將可測邏輯加到所設(shè)計的電路中去， 一般是加到電路的層次網(wǎng)表中，可測量邏輯包括掃描途經(jīng)電路、邊界掃描通路、建測試邏輯、特征量分析 測試電路等。第七章 幾類重要的特種微電子器件1. 薄膜晶體管 （ Thin Film Transistor TFT ）通常是指利用半導(dǎo)體薄膜材料制成的絕緣柵場效應(yīng)晶體 管。這種器材通常制作在絕緣襯底

23、上的半導(dǎo)體薄膜材料上，它具有柵電極、源電極和漏電級。根據(jù)半導(dǎo)體 薄膜材料的不同， 薄膜晶體管可以分為： 非晶硅薄膜晶體管 （a-sicTFT ）、多晶硅薄膜晶體管 （ ploy-siTFT ）、 碳化硅薄膜晶體管（sic TFT ）等。從結(jié)構(gòu)上看，TFT可以分為立體結(jié)構(gòu)型平面結(jié)構(gòu)型。TFT的應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在大面積平板顯示一一有源矩陣液晶顯示、電可擦除只讀存儲器（ROM、靜態(tài)隨機存儲器（SRAM和線陣或面陣型圖像傳感器驅(qū)動電路等方面，其中應(yīng)用最為成功的是有源矩陣液晶顯示 方面。液晶顯示器具有驅(qū)動電壓和功耗低、體積小、重量輕、無 X 射線輻射等一系列優(yōu)點，受到了廣泛重視，發(fā) 展非常迅速。2. 光

24、電子器件 光電子器件是指光子擔任主要角色的電子器件。光電子器件主要包括能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換為光能的電致發(fā)光器 件、將光能轉(zhuǎn)換成電能的太陽能電池以及利用電子學(xué)方法檢測光信號的光電探測器等三類。（ 1）發(fā)光器件半導(dǎo)體發(fā)光器件包括發(fā)光二極管和半導(dǎo)體激光器兩類， 它們都采用了 pn 結(jié)的注入式場致發(fā)光模式。 發(fā)光二 極管是靠注入載流子自發(fā)復(fù)合而引起的自發(fā)輻射，半導(dǎo)體激光器則是在外界誘發(fā)的作用下促使注入載流子 復(fù)合而引起的受激輻射。發(fā)光二極管發(fā)出的是非相干光：激光器發(fā)出的光則是相干光，具有單色性好、方 向性強、亮度高等特點。（ 2）光電探測器光電探測器是指對各種光輻射進行接收和探測的器件。光電探測器的種類很多

25、，其中主要的有對任意輻射 波長都有響應(yīng)的熱探測器和對某一特定波長圍的光才有響應(yīng)的光子探測器兩大類。 熱探測器是利用探測元吸收入射光輻射，產(chǎn)生熱，引起溫度上升，然后再借助各種物理效應(yīng)把溫度變化轉(zhuǎn) 換成電學(xué)參量。光子探測器是利用入射光子與半導(dǎo)體中處于束縛態(tài)的電子（或空穴）相互作用，將它們激發(fā)為自由態(tài)，從 而引起 半導(dǎo)體的電阻降低或者產(chǎn)生電動勢。一般的，光子探測器存在三個基本過程： 光子入射到半導(dǎo)體中并通過激勵產(chǎn)生載流子。 載流子在半導(dǎo)體中輸運并被某種電流增益機構(gòu)倍增。 產(chǎn)生的電流與外電路相互作用，形成輸出信號，從而完成對光子的探測。（ 3）太陽能電池當能量為 hv 的光子照射在半導(dǎo)體上，且該光子的

26、能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度Eg 時，位于半導(dǎo)體價帶的電子由于得到光子的能量而躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子 -空穴對，這就是本征光電導(dǎo)效應(yīng)。半導(dǎo)體太陽能電池的種類繁多，使用的材料也很多。太空用太陽能電池的材料主要有硅、砷化鎵、磷化銦 和多晶硅等，低成本的太陽能電池材料主要有非晶硅、硒銦銅、碲化鎘、硫化鎘等。3. CCD器件電荷耦合器件（Charge Coupled Device, 簡稱CCD不同于其他器件的突出特點是以電荷作為信號，即 利用電荷量代表信息，而其它器件則都是以電流或電壓作為信號的。CCD器件被廣泛應(yīng)用于影像傳感、數(shù)字存儲很熱信息處理等三個領(lǐng)域，其中最重要的應(yīng)用是作為固態(tài)攝像 器件，其次是作為存

27、儲器件。第八章微機電系統(tǒng)微機電系統(tǒng)是為電子機械系統(tǒng)的簡稱（ MEMS,廣義上講MEM是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處 理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機電系統(tǒng)。MEM在航空、航天、汽車工業(yè)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、信息通訊、環(huán)境監(jiān)控、軍事及常用品等領(lǐng)域都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。MEM主要包括微型傳感器、執(zhí)行器和相應(yīng)的處理電路三部分。目前已經(jīng)制造出了微型加速度計、 微型陀螺、 壓力傳感器、 氣體傳感器、 生物傳感器到呢個多種類型的 MEMS 產(chǎn)品。微機電系統(tǒng)部包含的單元主要有一下幾大類：根據(jù)目前的研究情況， 除了進行信號處理的集成電路部件外。1）微傳感器2）微執(zhí)行器3）微型構(gòu)件4）微機

28、械光學(xué)器件5）真空微電子器件6）電力電子器件2. 幾種重要的MEM器件（ 1 ）微加速度計 加速度計是應(yīng)用十分廣泛的慣性傳感器件之一，它的理論基礎(chǔ)實際上就是牛頓第二定律。根據(jù)這一原理人 們很早就利用加速度計和陀螺進行輪船、飛機和航天器的導(dǎo)航，近些年來，人們又把這項技術(shù)用于汽車的 自動駕駛和導(dǎo)彈的制造。（ 2）微陀螺 要確定一個物體的運動狀態(tài)，除需要知道三個方向的線加速度外，還必須知道三個方向的角加速度，這就 需要使用陀螺。最初的陀螺是利用旋轉(zhuǎn)物體的角動量守恒原理來測量角速度。由于用硅材料加工高速旋轉(zhuǎn)的微結(jié)構(gòu)比較困 難，而且機械磨損會使壽命變短，因此這種原理的陀螺不適于在實際中應(yīng)用。在MEM技術(shù)

29、中，一般采用振動式陀螺，主要包括振動弦式陀螺、音叉陀螺和振動殼式陀螺。（ 3） 微馬達 微型馬達是一種微型執(zhí)行器，可能的應(yīng)用領(lǐng)域包括微型手術(shù)器械、微小飛行器等，其應(yīng)用方式與傳統(tǒng) 的機械馬達有相似之處。3. MEMS加工工藝制作MEM器件的技術(shù)主要有三種，第一種是以日本為代表的利用傳統(tǒng)機械加工手段，即利用大機械制造小機器，再利用小機器制造微機器的方法；第二種是以美國為代表的利用化學(xué)腐蝕或集成電路工藝技術(shù) 對硅材料進行加工，形成硅基MEM器件；第三種是以德國為代表的 LIGA技術(shù)，它是利用X射線光科技術(shù)， 通過電鑄成型和鑄塑形成微結(jié)構(gòu)的方法。 其中第二種方法與傳統(tǒng) IC 工藝兼容性較好， 可以實現(xiàn)

30、微機械和微 電子的系統(tǒng)集成，而且該方法適合于批量生產(chǎn)，已經(jīng)成為目前MEMS勺主流技術(shù)。由于利用 LIGA技術(shù)可以加工各種金屬、塑料和瓷等材料，而且利用該技術(shù)可以得到高深寬比的精細結(jié)構(gòu)，它的加工深度可以達到 幾百微米，因此，LIGA技術(shù)也是一種比較重要的 MEMSTO工技術(shù)。（ 1）硅微機械加工工藝a. 硅的化學(xué)腐蝕 硅的化學(xué)腐蝕主要可分為各向同性腐蝕和各向異性腐蝕兩種。各向同性腐蝕是指對硅材料各個晶面的腐蝕速率相等的腐蝕技術(shù)。各向異性腐蝕是指對硅的不同晶面腐蝕速率不同的腐蝕技術(shù)。利用化學(xué)腐蝕得到的微機械結(jié)構(gòu)的厚度可以達到整個硅片的厚度，具有較高的機械靈敏度，因而生產(chǎn) 的產(chǎn)品多被用于靈敏度較要求

31、較高的軍事和航天等領(lǐng)域，但該方法與集成電路工藝不兼容，難以與集成電 路進行集成，且存在難以準確控制橫向尺寸精度，器件尺寸較大等缺點。b. 深槽刻蝕為了克服濕法化學(xué)腐蝕的缺點，采用干法等離子體刻蝕技術(shù)已經(jīng)成為微機械加工技術(shù)的主流。深槽刻 蝕與化學(xué)腐蝕相比可以更精確地控制結(jié)構(gòu)尺寸，可以批量加工，而且得到的機械結(jié)構(gòu)的厚度也比較大，保 證了機械靈敏度。c. 鍵合 鍵合是指不利用任何粘合劑，只通過化學(xué)鍵和物理作用將硅片與硅片、硅片與玻璃或其它材料緊密地 結(jié)合起來的方法。鍵合的主要方法有靜電鍵合和墊鍵合兩種。d. 表面犧牲層工藝 它是一種比較理想的與集成電路工藝完全兼容的為機械加工工藝。 由于表面犧牲層工藝與集成電路