山東師范大學(xué)

現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝Physics

and

Technology

of

ModerSemiconductor

Devices物理的分類2008,3,8什么是凝聚態(tài)物理？“物理學(xué)的分支”什么是半導(dǎo)體物理？它和固體物理是什么關(guān)系？？現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝概論*物理學(xué)的分類“物理現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝概論*?學(xué)物理”學(xué)的五大基本理論物理學(xué)。是最基本的科學(xué);它提供最多,最基本的科學(xué)研究手段.物理學(xué)是一切自然科學(xué)的基礎(chǔ)。物理學(xué)派生出來(lái)的分支及交叉學(xué)科物理學(xué)構(gòu)成了化學(xué),生物學(xué),材料科學(xué),地球物理學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)物理學(xué)的基本概念和技術(shù)被應(yīng)用到所有自然科學(xué)之中.物理學(xué)與數(shù)學(xué)之間有著深刻的內(nèi)在聯(lián)系物理學(xué)的分類五大基本（核心）理論?經(jīng)典力學(xué)?電磁理論?熱力學(xué)·統(tǒng)計(jì)物理?相對(duì)論?量子力學(xué)現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝概論*?2

Research現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝概論*l

2.1 Condensed

matterl

2.2 Atomic,

molecular,

and

optical

l

2.3 High

energy/Particle

Physics

l

2.4

Astrophysicsl

2.5 Applied

physics?凝聚態(tài)物理學(xué)是從微觀角度出發(fā)，研究由大量粒子（原子、分子、離子、電子）組成的凝聚態(tài)的結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)過(guò)程及其與宏觀物理性質(zhì)之間的聯(lián)系的一門學(xué)科。凝聚態(tài)物理是以固體物理為基礎(chǔ)的外向延拓。凝聚態(tài)物理的研究對(duì)象除晶體、非晶體與準(zhǔn)晶體等固相物質(zhì)外還包括從稠密氣體、液體以及介于液態(tài)和固態(tài)之間的各類居間凝聚相，例如液氦、液晶、熔鹽、液態(tài)金屬、電解液、玻璃、凝膠等。經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，目前已形成了比固體物理學(xué)更廣泛更深入的理論體系。特別是八十年代以來(lái)，凝聚態(tài)物理學(xué)取得了巨大進(jìn)展，研究對(duì)象日益擴(kuò)展，更為復(fù)雜。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的固體物理各個(gè)分支如金屬物理、半導(dǎo)體物理、磁學(xué)、低溫物理和電介質(zhì)物理等的研究更深入，各分支之間的聯(lián)系更趨密切；另一方面許多新的分支不斷涌現(xiàn)，如強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系物理學(xué)、無(wú)序體系物理學(xué)、準(zhǔn)晶物理學(xué)、介觀物理與團(tuán)簇物理等。從而使凝聚態(tài)物理學(xué)成為當(dāng)前物理學(xué)中最重要的分支學(xué)科之一，從事凝聚態(tài)研究的人數(shù)在物理學(xué)家中首屈一指，每年發(fā)表的論文數(shù)在物理學(xué)的各個(gè)分支中居領(lǐng)先位置。目前凝聚態(tài)物理學(xué)正處在枝繁葉茂的興旺時(shí)期。并且，由于凝聚態(tài)物理的基礎(chǔ)性研究往往與實(shí)際的技術(shù)應(yīng)用有著緊密的聯(lián)系，凝聚態(tài)物理學(xué)的成果是一系列新技術(shù)、新材料和新器件，在當(dāng)今世界的高新科技領(lǐng)域起著關(guān)鍵性的不可替代的作用。近年來(lái)凝聚態(tài)物理學(xué)的研究成果、研究方法和技術(shù)日益向相鄰學(xué)科滲透、擴(kuò)展，有力的促進(jìn)了諸如化學(xué)、物理、生物物理和地球物理等交叉學(xué)科的發(fā)展。研究范圍：研究凝聚態(tài)物質(zhì)的原子之間的結(jié)構(gòu)、電子態(tài)結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的各種物理性質(zhì)。研究領(lǐng)域包括固體物理、晶體物理、金屬物理、半導(dǎo)體物理、電介質(zhì)物理、磁學(xué)、固體光學(xué)性質(zhì)、低溫物理與超導(dǎo)電性、高壓物理、稀土物理、液晶物理、非晶物理、低維物理（包括薄膜物理、表面與界面物理和高分子物理）、液體物理、微結(jié)構(gòu)物理（包括介觀物理與原子簇）、缺陷與相變物理、納米材料和準(zhǔn)晶等。現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝概論*現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝概論*半導(dǎo)體物理研究半導(dǎo)體原子狀態(tài)和電子狀態(tài)以及各種半導(dǎo)體器件內(nèi)部電子過(guò)程的學(xué)科。是固體物理學(xué)的一個(gè)分支。研究半導(dǎo)體中的原子狀態(tài)是以晶體結(jié)構(gòu)學(xué)和點(diǎn)陣動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，主要研究半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)、晶體生長(zhǎng)，以及晶體中的雜質(zhì)和各種類型的缺陷。研究半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)是以固體電子論和能帶理論

為基礎(chǔ)，主要研究半導(dǎo)體的電子狀態(tài)，即能帶結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)和缺陷的影響、電子在外電場(chǎng)和外磁場(chǎng)作用下的

輸運(yùn)過(guò)程、半導(dǎo)體的光電和熱電效應(yīng)、半導(dǎo)體的表面

結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、半導(dǎo)體與金屬或不同類型半導(dǎo)體接觸時(shí)界面的性質(zhì)和所發(fā)生的過(guò)程、各種半導(dǎo)體器件的作用機(jī)理和制造工藝等。半導(dǎo)體物理學(xué)的發(fā)展不僅使人們對(duì)半導(dǎo)體有了深入的了解，而且由此而產(chǎn)生的各種半導(dǎo)體器件、集成電路和半導(dǎo)體激光器等已得到廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)的學(xué)生能學(xué)什么？基本物理理論半導(dǎo)體物理與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的性質(zhì)半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體產(chǎn)品現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝概論*半導(dǎo)體器件物理研究的層次電子設(shè)計(jì)的抽象層次結(jié)構(gòu)圖現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝概論*器件是半導(dǎo)體器件物理的研究對(duì)象！半導(dǎo)體器件物理研究什么？現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝概論*研究半導(dǎo)體器件中電子或空穴的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如何通過(guò)“能帶裁剪工程“(構(gòu)造特定形狀的勢(shì)壘結(jié)構(gòu))來(lái)控制載流子(電子、空穴)的運(yùn)動(dòng)，使其載流子的運(yùn)動(dòng)行為滿足特定的要求。以及在在不同器件結(jié)構(gòu)下，研究其不同方面的電性能和光性能。半導(dǎo)體工業(yè)的核心是什么？現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝概論*從上圖中可以得知：電子工業(yè)和半導(dǎo)體工業(yè)已經(jīng)超過(guò)傳統(tǒng)的鋼鐵工業(yè)、汽車工業(yè)，成為21世紀(jì)的高附加值、高科技的產(chǎn)業(yè)。電子工業(yè)的高速發(fā)展依賴于半導(dǎo)體工業(yè)的快速提高，而在半導(dǎo)體工業(yè)中其核心是集成電路（電集成、光集成、光電集成），集成電路在性能、集成度、速度等方面的快速發(fā)展是以半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體器件、半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展為動(dòng)力的。核心是：集成電路【Integrated

Circuit：IC】通過(guò)一系列特定的平面制造工藝，將晶體管、二極管等有源器件和電阻、電容等無(wú)源器件，按照一定的電路互連關(guān)系，“集成”在一塊半導(dǎo)體單晶片上，并封裝在一個(gè)保護(hù)外殼內(nèi)，能執(zhí)行特定的功能復(fù)雜電子系統(tǒng)。半導(dǎo)體器件物理為其提供了基礎(chǔ)知識(shí)，是半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展平臺(tái)。?幾乎所有的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與微電子技術(shù)結(jié)合，用集成電路芯片進(jìn)行智能改造，都可以使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)重新煥發(fā)青春；現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝概論*?全國(guó)各行業(yè)的風(fēng)機(jī)、水泵的總耗電量約占了全國(guó)發(fā)電量的30%，僅僅對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵采用變頻調(diào)速等電子技術(shù)進(jìn)行改造，每年即可節(jié)電500億度以上，相當(dāng)于三個(gè)葛洲壩電站的發(fā)電量(157億度/年)；?固體照明工程，對(duì)白熾燈進(jìn)行高效節(jié)能改造，并假設(shè)推廣應(yīng)用30%，所節(jié)?省的電能相當(dāng)于三座大亞彎核電站的發(fā)電量(139億度/年)。微電子對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的滲透與帶動(dòng)作用對(duì)國(guó)家安全與國(guó)防建設(shè)的作用現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝概論*?

在農(nóng)業(yè)社會(huì)：大刀長(zhǎng)矛等冷兵器；?

在工業(yè)化社會(huì)：槍、炮等熱兵器?

信息化社會(huì)：IC成為武器的一個(gè)組成元，電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)。對(duì)信息社會(huì)的重要性現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝概論*?Internet基礎(chǔ)設(shè)施☆各種各樣的網(wǎng)絡(luò)：電纜、光纖(光電子)、無(wú)線...路由和交換技術(shù)：路由器、交換機(jī)、防火墻、網(wǎng)關(guān)...終端設(shè)備：PC、NetPC、WebTV...網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)軟件：TCP/IP、DNS、LDAP、DCE...?Internet服務(wù)信息服務(wù):極其大量的各種信息交易服務(wù):高可靠、高保密...計(jì)算服務(wù):“網(wǎng)絡(luò)微電子產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略重要性2020年世界最大的30個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域：其中與微電子相關(guān)的22個(gè)市場(chǎng)：5萬(wàn)億美元（Nikkei

Business

1999）現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝概論*課程概論現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝概論*?課程名：現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝?時(shí)間：54學(xué)時(shí)＝18次＝9周?先修課程：固體物理學(xué)半導(dǎo)體物理熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)量子力學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)教材和參考資料現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝概論*?

半導(dǎo)體器件物理與工藝 施敏 蘇州大學(xué)出版社?

半導(dǎo)體制造技術(shù) Michael

Quirk

et

al.

電子工業(yè)出版社?

微電子學(xué)概論 張興

北京大學(xué)出版社?

固體物理 黃昆 高等教育出版社?

Handbook

of

Semiconductor

Fabrication

TechnologyNew

York

:Marcel

Dekker,c2000?

半導(dǎo)體中的雜質(zhì)深能級(jí) A.G.米爾恩斯社?以及其他的papers、conferences、handouts科學(xué)出版成績(jī)考核&致謝現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝概論*?課程考核期末考試（練習(xí)題和思考題）?致謝承蒙參考書(shū)目、論文為課件提供了理論承蒙許多網(wǎng)站提供了各種資料承蒙其他課件各種提供?聲明此課件僅僅用于課堂教學(xué)，不得用于其他商業(yè)用途課程內(nèi)容現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝概論*?概論Introduction?

第一部分 半導(dǎo)體物理Semiconductor

Physics?

第二部分 半導(dǎo)體器件Semiconductor

Devices?

第三部分 半導(dǎo)體工藝Semiconductor

Technology第一部分 半導(dǎo)體物理現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝概論*?

第一章 熱平衡時(shí)的能帶和載流子濃度Band

Level

and

Carriers

density

in

Thermal

Equilibrium?

第二章 載流子輸送現(xiàn)象Carriers

Transport

Phenomena第二部分 半導(dǎo)體器件現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝概論*?

第四章 p-n結(jié)PN

Junction?

第五章 雙極型晶體管及相關(guān)器件Bipolar

Junction

Transistor

&

Related

Devices?

第六章 MOSFET及相關(guān)器件Metal

Oxide

Semiconductor

Field

Effect

Transistor

&

RelatedDevices?

第七章 MESFET及相關(guān)器件Metal

Semiconductor

Field

Effect

Transistor

&

Related

Devices?

第八章