电子科学与技术专业英语(微电子技术分册)第一章译文

——电材专业英语课文翻译

Semiconductor Materials

? 1.1 Energy Bands and Carrier Concentration

? 1.1.1 Semiconductor Materials

?Solid-state materials can be grouped into three classes—insulators(绝缘体）, semiconductors, and conductors. Figure 1-1 shows the electrical conductivities δ(and the corresponding resistivities ρ≡1/δ)associated with(相关）some important materials in each of three classes. Insulators such as fused（熔融）quartz and glass have very low conductivities, in the order of 1E-18 to 1E-8 S/cm;

固态材料可分为三种：绝缘体、半导体和导体。图1－1 给出了在三种材料中一些重要材料相关的电阻值（相应电导率ρ≡1/δ)。绝缘体如熔融石英和玻璃具有很低电导率，在10-18 到10-8 S/cm;

and conductors such as aluminum and silver have high conductivities, typically from 104 to 106 S/cm. Semiconductors have conductivities between those of insulators and those of conductors. The conductivity of a semiconductor is generally sensitive to temperature, illumination（照射）, magnetic field, and minute amount of impurity atoms. This sensitivity in conductivity makes the semiconductor one of the most important materials for electronic applications.

导体如铝和银有高的电导率，典型值从104到106S/cm;而半导体具有的电导率介乎于两者之间。半导体的电导率一般对温度、光照、磁场和小的杂质原子非常敏感。在电导率上的敏感变化使得半导体材料称为在电学应用上为最重要的材料。The study of semiconductor materials began in early nineteenth century. Over the years many semiconductors have been investigated. Table 1 show a portion（部分) of the periodic(周期）table related to semiconductors. The element semiconductors, those composed of single species of atoms, such as silicon (Si) and germanium (Ge), can be found in Column Ⅳ. However, numerous compound semiconductors are composed of two or more elements. For example, gallium arsenide (GaAs) is a Ⅲ-Ⅴcompound that is a combination（合成）of gallium (Ga) from Column Ⅲand arsenic (As) from Column Ⅴ.

早在19世纪人们已经开始研究半导体材料。多年来人们研究了很多半导体材料。表1给出了与半导体相关的周期表中的部分元素。由单种元素组成的单质半导体如硅和锗在第Ⅳ族。而大量的化合物半导体有两个甚至更多元素组成。如GaAs 是Ⅲ-Ⅴ化合物是由Ⅲ族的Ga和Ⅴ族的As化合而得。

Prior to the invention of the bipolar transistor（双极二极管）in 1947,semiconductors were used only as two-terminal（电极）devices, such as rectifiers（整流器）and photodiodes（光敏二极管）. In the early 1950s, germanium was the major semiconductor material.

在1947年双极晶体管发明之前，半导体仅用作双极型器件如整流器和光敏二极管。早在20世纪50年代，锗是主要的半导体材料。

However, germanium proved unsuitable in many applications because germanium devices exhibited high leakage currents（漏电流）at only moderately elevated temperatures. In addition, germanium oxide is water soluble and unsuited for device

fabrication. Since the early 1960s silicon has become a practical substitute（实际取代）and has now virtually supplanted（事实上替代）germanium as a material for semiconductor fabrication(结构）

然而锗不太适合在很多方面应用因为温度适当提高后锗器件会产生高的漏电流。另外，锗的氧化物是水溶性的不适合器件制作。所以20世纪60年代实际上锗被硅所取代，事实上硅替代锗成为半导体制作的材料之一。

The main reasons we now use silicon are that silicon devices exhibit much lower leakage currents, and high-quality silicon dioxide can be grown thermally. There is also an economic consideration. Device grade silicon costs much less than any other semiconductor material. silicon in the form of silica and silicates（硅酸盐）comprises 25% of the Earth’s crust（地表）, and silicon is second only to oxygen in abundance （分布）. At present, silicon is one of the most studied elements in the periodic table; and silicon technology is by far the most advanced among all semiconductor technologies

我们用硅材料的主要原因有硅器件存在非常低的漏电流且能够通过热法生长出高质量的二氧化硅。器件级硅成本远少于其它半导体材料。硅以硅石和硅酸盐形式存在并占地球地表层的25％，而且硅元素在分布中排在氧之后的第二位。当今硅是在元素周期表中研究最多的元素；硅技术是在所有半导体技术中最先进的。

Many of the compound semiconductors have electrical and optical properties that are absent（缺少）in silicon. These semiconductors, especially gallium arsenide (GaAs), are use mainly for microwave and photonic applications. Although we do not know as much about the technology of compound semiconductor as we do about that of silicon, compound semiconductor technology has advanced partly because of the advances in silicon technology. In this book we are concerned mainly with device physics and processing technology of silicon and gallium arsenide.

有很多化合物半导体具有硅所缺少的电光性能。这些半导体特别是GaAs主要用作微波和光学应用。虽然我们了解化合物半导体技术不如硅材料的多，但化合物半导体技术由于硅技术的发展而发展。在本书中我们主要介绍硅和砷化镓的器件物理和制备技术。

Crystal Structure

The semiconductor materials we will study are single crystals, that is, the atoms are arranged in a three-dimensional periodic fashion. The periodic arrangement （排布）of atoms in a crystal is called a lattice（晶格）. In a crystal, an atom never stray（偏离）far from a single, fixed position. The thermal vibrations associated with the atom are centered about this position. For a given semiconductor, there is a unit cell（晶胞）that is representative of the entire lattice; by repeating the unit cell throughout the crystal, one can generate the entire lattice.

我们研究的半导体材料是单晶，也就是说，原子是按照三维周期形式排列。在晶体中原子的周期排列称为晶格。在晶体里，一个原子从不远离它确定位置。与原子相关的热运动也是围绕在其位置附近。对于给定的半导体，存在代表整个晶格的晶胞，通过在晶体中重复晶胞组成晶格。

Figure 1-2 shows some basic cubic-crystal unit cells. Figure 1-2(a) shows a simple

cubic （立方） crystal; each corner of the cubic lattice is occupied by an atom that has

six equidistant （等距） nearest neighboring atoms. The dimension a is called the

lattice constant. Only polonium （钋） is crystallized in the simple cubic lattice. Figure

1-2(b) is a body-centered cubic （体心立方） (bcc) crystal, where in addition to the

eight corner atoms, an atom is located at center of the cube.

图1－2给出一些立方晶体晶胞。图1－2（a ）给出了一个简单的立方晶体；立

方晶格的每个角由一个原子占据，所以有6个等距原子。a 的大小称为晶格常数。

只有金属钋明确是单立方晶体。图1－2（b ）是体心立方晶体，除了8个角原子

外，一个原子在其立方中心上。

In a bcc lattice, each atom has eight nearest-neighboring atoms. Crystals exhibiting

bcc lattices include those of sodium （钨） and tungsten （钠）. Figure 1-2(c)shows a

face-centered cubic (fcc) （面心立方）crystal that has one atom at each of the six

cubic faces in addition to （还有） the eight corner atoms. In an fcc lattice, each atom

has 12 nearest neighboring atoms. A large number of elements exhibit the fcc lattice

form, including aluminum, copper, gold, and platinum （铂）.

在体心立方晶格中，每个原子具有8 个相近原子。呈bcc 晶格的晶体包括钨和

钠晶体。图1－2（c ）给出了面心立方晶体除了8个角原子外六个立方面上还有

一个原子。在fcc 晶格中每个原子有12 相邻原子。大量的元素是fcc 晶格形式，

包括铝、铜、金和铂。

The element semiconductors, silicon and germanium, have a diamond lattice structure

（金刚石晶体结构）. This structure also belongs to the cubic-crystal family and can

be seen as two interpenetrating （渗透） fcc sublattices(亚点阵） with one sublattice

displaced （移动） from the other by one quarter of the distance along a diagonal （对

角线） of the cube (i.e.,a displacement （位移） of a ). 元素半导体如硅和锗具有金刚石晶体结构。这种结构属于金刚石结构并且视为两

个互相贯穿的fcc 亚点阵结构，这个结构具有一个可以从其它沿立方对角线距离

的四分之一处移动的子晶格（位移 。）

All atoms are identical in a diamond lattice, and each atom in the diamond lattice is

surrounded by four equidistant （等距） nearest neighbors that lie at the corners of a

tetrahedron （四面体）. Most of the Ⅲ-Ⅴ compound semiconductors (e.g.,GaAs)

have a zincblende （闪锌矿） lattice, which is identical （相同） to a diamond lattice

except that one fcc sublattice has column Ⅲ atoms (Ga) and the other has Column

Ⅴatoms (As).

在金刚石晶体所有原子都相同，且在金刚石晶体都有在四面体角上的四个等距相

近原子所包围。多数每个原子Ⅲ-Ⅴ 化合物半导体具有闪锌矿结构，它有金刚石

相同结构除了一个fcc 子晶格结构有一个Ⅲ 族原子Ga 和 Ⅴ族原子 As 。

? Therefore, the crystal properties along different planes are different, and the

electrical and other device characteristic are dependent on the crystal

orientation. A convenient method of defining the various planes in a crystal is

to use Miller indices （密勒指数）.

因此，不同面的晶体特性也不同，且电和其它器件特性依赖于晶体取向。一种常

用定义在晶体中不同晶面的方法是用密勒指数。

4

/34/3

Valence Bonds （价键）

As discussed in Section 1.1.2, each atom in a diamond lattice is surrounded by four nearest neighbors. Each atom has four electrons in the out orbit （轨道）, and each atom shares these valence electrons（价电子）with its neighbors. This sharing of electrons is known as covalent bonding（共价键）; each electron pair （电子对）constitutes a covalent bond. Covalent bonding occurs between atoms of the same element, or between atoms of different elements that have similar outer-shell electron configurations（结构）. Each electron spends an equal amount of time with each nucleus.

如1.1.2节所述，在金刚石结构的每个原子被4个相邻原子所包围。每个原子在外轨道具有4个电子，并且每个电子与相邻原子共享价电子；每对电子组成一个共价键。共价键存在于同种原子之间或具有相同外层电子机构的不同元素的原子间。每个电子与每个原子核达到平衡需要相同时间。

However, both electrons spend most of their time between the two nuclei. The force

of attraction （吸引力） for the electrons by both nuclei holds the two atoms together.

For a Zincblende lattice （闪锌矿） such as gallium arsenide, the major bonding force

is from the covalent bonds. However, gallium arsenide has a slight （少） ionic

bonding force that is an electrostatic （静电引力） attractive force between each Ga+

ion and Its four neighboring As- ions, or between each As- ion and Its four

neighboring Ga+ ions.

然而，所有电子需要很多时间在两个原子核间达到平衡。两个原子核对电子的吸

引力保证两个原子在一起。对于闪锌矿结构如砷化镓主要的价键引力主要来自于

共价键。当然，砷化镓也具有小的离子键引力即Ga+离子与四周 As-离子,或 As-

离子和四周 Ga+ 离子.

At low temperatures, the electrons are bound （束缚） in their respective （各自）

tetrahedron （四面体） lattice; consequently, they are not available for conduction. At

higher temperatures, thermal vibrations may break the covalent bonds. When a bond

is broken, a free electron results that can participate （参与） in current conduction. An

electron deficiency （空位） is left in the covalent bond. This deficiency may be filled

by one of the neighboring electrons, which results in a shift of the deficiency location,

as from location A to location B . We may therefore consider this deficiency as a

particle similar to an electron. This fictitious （假想） particle is called a hole.

在低温下，电子束缚在它们各自四面体晶格中；从而不能用来导电。当一个价键

断开，一个自由电子能参与电路导电。一个电子空位留在共价键中。这个空位被

相邻电子填充导致空位移动，如A 到B 位置。我们可以空位认同于与电子相同

的粒子。这个假想粒子称为空穴。

It carries a positive charge and moves, under the influence of an applied electric field,

in the direction opposite to that of an electron. the concept of a hole is analogous （类

似） to that of an electron. The concept of a hole is analogous to that of a bubble （泡

沫） in a liquid. Although it is actually the liquid that moves, it is much easier to talk

about the motion （移动） of the bubble in the opposite direction.

它带有正电荷在外加电场下，沿着电子运动方向相反地方移动。空穴的概念类似

电子的概念。空穴的概念类似于液体中泡沫的定义。虽然它的确可与液体流动，

这很容易想到泡沫移动是向相反方向。

Energy Bands

For an isolated (孤立）atom, the electrons of the atom can have only

discrete （不连续） energy levels. For example, the energy levels for an isolated

hydrogen atom are given by the bohr model

对于孤立原子，原子的电子有不连续的能级。如，孤立氢原子的能级可由玻尔

模型得出：

Where m0 is the free-electron mass, q is the electronic charge,ε0is the free-space

permittivity （电导率）, h is the plank constant, and n is a positive integer （整数）

called the principal quantum （量子） number. The discrete energies are -13.6eV for

the ground level (n=1), -3.4eV for the first excited (n=2),etc.

eV n n h q m E h 2222040/6.13)8/(-=-=ε

式中m0 代表自由电子质量, q是电荷量,ε0是真空中电导率, h 是普朗克常数，n 是正整数称为主量子数。不连续能量在基态为-13.6eV (n=1), 第一激发态为-3.4eV (n=2),etc.

We now consider two identical（相同）atoms. When they are far apart（远离）, the allowed energy levels for a given principal quantum number (e.g., n=1)consist of one doubly degenerate（双重简并）level, that is, each atom has exactly then same energy (e.g., -13.6eV for n=1). As the two atoms approach one another, the doubly degenerate energy level will spilt into two levels by the interaction （相互作用）between the atoms. When we bring N atoms together to form a crystal, the N-fold degenerate energy level will split into N separate but closely spaced levels due to atomic interaction.

我们考虑两个相同原子.当它们远离时, 对所给主量子数(e.g., n=1)的允态能级具有双重简并能级,也就是说，每个原子具有相同能级(e.g., -13.6eV for n=1).当两个原子相互靠近，这个双重简并能级将被原子间相互作用分成两个能级。当从晶体中引入N个原子，N重简并能级将会分成N个能级，但原子相互作用能级相互接近。

This results in an essentially（基本）continuous band of energy.

The detailed energy band structures of crystalline solids have been calculated using quantum mechanics(量子理论）. Figure 1-3 is a schematic diagram of the formation of a diamond lattice crystal from isolated（孤立）silicon atoms. Each isolated atom has its discrete（不连续）energy levels (two levels are shown on the far right of the diagram). As the interatomic（原子间）spacing decreases, each degenerate energy level splits to form a band.

这导致一个基本连续的能带。结晶固体的详细能带结构能够用量子理论计算而得。图1－3是孤立硅原子的金刚石结构晶体形成的原理图。每个孤立原子有不连续能带（在右图给出的两个能级）。如原子间隔的减少，每个简并能级将分裂产生带。

Further decrease in spacing causes the bands originating（引起）from different discrete levels to lose their identities（同性）and merge（合并）together, forming a single band. When the distance between atoms approaches the equilibrium interatomic spacing of the diamond lattice (with a lattice constant of 0.543 nm for silicon), this band splits again into two bands.

在空间更多减少将导致能带从不连续能级到失去其特性并合并起来，产生一个简单的带。当原子间距离接近金刚石结构的平衡原子间距（对硅而言晶格常数0.543 nm ），这个带分为两个带区。

These bands are separated by a region which designates（指明）energies that the electrons in the solid cannot possess. This region is called the forbidden gap, or bandgap（带隙）Eg. The upper band is called the conduction band（导带）, while the lower band is called valence band（价带）, as shown on the far left of Figure 1-3. 这些带被固态电子不能够拥有的能量区域分开。这个区域称为禁带或带隙Eg。如图1－3左侧所示上面称为导带下面称为价带。

Figure1-4 shows the energy band diagrams of three classes of solids –insulators, semiconductors, and conductors. In an insulator such as silicon dioxide (SiO2), the valence electrons form strong bonds between neighboring atoms. These bonds are

difficult to break, and consequently（因此）there are no free electrons to participate （产生）in current conduction.

图1－4给出了三种固体（绝缘体、半导体、导体）的能带图。在绝缘体（如SiO2), 价电子在相邻原子间产生强的价键。这些键很难断开，因此没有自由电子在电流传导过程中产生。

As shown in the energy band diagram Figure1-4(a), there is a large bandgap（带隙）. Note that all energy levels in the valence band are occupied（填充）by electrons and all energy levels in the conduction band are empty. Thermal energy or an applied electric field（外加电场）cannot raise the uppermost electron in the valence band to the conduction band. Therefore, silicon dioxide is an insulator, which cannot conduct current..

如图1－4（a）能带图所示，有一个大带隙。注意到所有的价带都被电子充满而导带中能级是空的。热能量和外加电场不能够提高在价带中最上层电子到导带。因此，二氧化硅是绝缘体不能导电。

As we discussed in section 1.1.3, bonds between neighboring atoms in a semiconductor are only moderately（适中）strong. Therefore, thermal vibrations（振动）will break some bonds. When a bond is broken, a free electron along with a free hole result. Figure 1-4(b) shows that the bandgap of a semiconductor is not as large as that of an insulator (e.g., Si with a bandgap of 1.12eV).

如1.1.3节所述，在半导体中相邻原子价键仅仅一定程度强。因此，热振动将断开其中的价键。当价键断开后，产生了自由电子连同自由空穴。图1－4（c）给出的半导体的带隙不如绝缘体宽。（如硅带隙1.12eV）

Because of this ,some electrons will be able to move from the valence band to the conduction band, leaving holes in the Valence band .when An electric field is applied, both the electrons in the conduction band and the holes in the valence band will gain kinetic energy（动能）and conduct electricity.

正因为此，一些电子能够从价带移动到导带，在在价带中留下空穴。当外加电场后，所有在导带中电子和在价带中的空穴将得到动能并能够导电。

In conductors such as metals, Figure 1-4(c),the conduction band either is partially （部分）filled or overlaps（重叠）the valence band so that there is no bandgap. As a consequence（结果）, the uppermost electrons in the partially filled band or electrons at the top of the valence band can move to the next-higher available energy level when they gain kinetic energy (e.g., from an applied electric field（外加电场）). therefore, current conduction can readily occur in conductors.

在导体中如金属，图1－4（c)所示，导带不是部分填充即使与价带重叠以至于没有带隙结果，半满带的最上层电子以及价带顶部电子在获得动能（外加电场）可以运动到与其相应的其它较高能级。因此，电流很容易在导体中产生。

The energy band diagrams shown in Figure 1-4 indicate（说明）electron energies. When the energy of an electron is increased, the electron moves to a higher position in the band diagram. On the other hand, when the energy of a hole is increased, the hole moves downward in the valence band. (This is because a hole has a charge opposite that of an electron.)

如图1－4能带图说明了电子能量。当电子能量增加，电子将移动到带图中高的位置。相反，当空穴能量增加，空穴将移动到价带的低位置。（这是因为空穴带

电量与电子相反）

As we discussed before, the separation （间距）between the energy of the lowest conduction band and that of the highest valence is called the bandgap Eg, which is the most important parameter（参数）in semiconductor physics. We designate（设定）Ec as bottom of the conduction band; Ec corresponds to the potential energy of an electron, that is, the energy of a conduction electron that is at rest.

正如以前讨论过，最高价带能量与最低导带能量之间间距称为带隙，带隙是半导体物理中最重要的参数。我们设Ec为导带的底端；Ec与电子势能相关，也就是，静止时导电电子的能量。

the kinetic energy of an electron is measured upward from Ec. Similarly ,we designate Ev as top of the Valence band; Ev corresponds to the potential energy（势能）of a hole. the kinetic energy of a hole is measured downward from Ev.

At room temperature and under normal atmosphere, the value of the bandgap are 1.12ev for silicon and 1.42ev for gallium arsenide. The bandgap approaches 1.17ev for silicon and 1.52 ev for gallium arsenide at 0 K.

一个电子的动能可以从Ec上端测得。同样，我们设Ev为价带的上端值；Ev与空穴的势能相关。空穴的动能可从Ev下端值测得。

在室温和标准大气压下，带隙值硅（1.12ev ）砷化镓（1.42ev）在0 K 带隙研究值硅（ 1.17ev ）砷化镓（1.52ev）

1.1.5 Density of States

当电子在半导体材料中沿着x方向前后运动时，其运动可以用驻波来描述.驻波波长和半导体的长度的关系是:

?n x是一个整数.波长可以表示为）

?h是普朗克常数，p x是晶体在x方向的动量。把方程1-2代入方程1-1得到

?每增加1，动量的增量是

?对边长为L的三维立方体，有:

?对L=1的单位立方体，动量空间中的体积于是等于h3.n变化产生一组整数(nx,ny,nz),每组整数(nx,ny,nz)相应于一个允许的能态.

?所以对于能态的动量空间的大小为h3,从p到p+dp的两个同心球之间的体积是4πp2dp （此体积中包含的能态数是2(4πp2dp)/h3 ，这里因子2计入了电子自旋。

用E代替p 得到.

?（N(E) 叫做态密度，就是每单位体积允许的能态密度.

1.2

在这一节中，我们将会去分析各种各样的载流子运输现象。这种现象发生在电场和浓度梯度影响下半导体中的载流子运动。我们先讨论剩余载流子注入的概念。剩余载流子在非平衡条件下会增加，这就是说，载流子的浓度的乘积p*n不等于平衡时ni*ni的值。回到平衡条件下，载流子的产生和复合过程将会在后面的章节中讨论到。我们在半导体的装置运算中取得一个基本的控制方程，它包括电流密度方程和连续方程。这一节我们对高场效应作了一个简单的讨论，高场效应会导致速度饱和和碰撞电离。这一节讨论到这就结束了。P18

考虑一个在热平衡条件下的为均匀施主浓度n-类型的半导体样品，如在第 1.1 节中所讨论的,在半导体导带中的传导电子，由于他们没有与特别的晶格或施主位置有关，所以基本上

是自由的电子。晶格的影响是合并在一起的，电子的有效质量和电子的惯性质量有点不同。在热平衡下，那平均传导电子的平均热能可以从平均分配定理获得，每一个自由能为1/2kT ，k是波尔兹曼常数，t是居里温度。电子在一半导体有三个自由度；他们能在三度空间的空间内活动。因此, 电子动能可以由方程（1-13）得到。Mn是电子的有效质量和Vth 是平均热运动速度。在室温(300K) 那热的速度是对于硅和砷化镓来说大约为107 cm/s。

P17 在半导体的电子因此在各个方向快速地移动。作热的运动单一电子可以形象的当做是原子晶格或杂质原子或其他散射中心碰撞产生的连续随即散射。就像1- 7所阐述的。电子的随即运动在一个足够长的电子周期内会产生一个净位移。碰撞的平均距离为平均自由程，碰撞的平均时间为平均自由时间。平均自由程的典型的值为**，平均自由时间为1ps.

当一个小的电场E外加在半导体样品, 每电子会经历从那领域的一个力- qE，而且在此碰撞期间，会被沿着场的方向加速。因此, 一另外的速度成份将会是重叠在那电子的热的运动之上。这个另外的分量叫作漂流速度。由于随意热的运动产生电子的组合转移和漂流物分量如Flgurel_7(b)所示. 注意到，与外加电场方向相反的电子的一个净余换置。

P18我们能获得漂流物速度v, 藉由使冲量(力量x 时间)相等于，在相同的时间内, 加载在电子在那期间自由的飞行碰撞的动量。

相等是有根据的，在一定稳态所有碰撞得到的冲量是丧失在对碰撞的晶格里。外加的电子的冲量是- qEt，得到的动量是mn vn，我们得到(1-14)或(1-14a).

方程1- 14a 表明电子漂流物速度是外加的电场成比例的，比例因素倚赖于平均自由时间和有效质量。那比例因素叫做电子迁移率。

P19迁移率对于载流子转移来说是一个非常重要的参数,因为它描述了电子受外加电场的影响的程度,可以写一个相同的表达式对于价带中的空穴来说Vp是空穴迁移电压u是空穴的迁移率在eq中的负号没了,因为空穴在补偿方向上的转移和电场的方向是一样的。

P20 1-15迁移率在碰撞中和平均自由时间成正比,它是轮流由各种散射机制决定的,最重要的两种机制是由于在绝对零度以上任何温度的晶格热振动晶格散射机制和杂质散射机制.

这些振动影响了晶格周期势能和允许在载流子和晶格当中的能量.因为晶格振动随着温度的增加而增加,晶格散射在高温下在统治地位,所以迁移率随着温度的增加而增加,理论分析表明迁移率油晶格散射决定,它在比例温度中会增加

杂质散射是由于当一个带电载流子通过了电离掺杂杂质时发生的,带电载流子程将会偏析,是因为库仑力的吸引.杂质散射的几率依赖于电离杂质的浓度,也就是说,正离子和负离子的中和,但是,不像晶格散射那样,杂质散射变在高温下变得不这么明显,在高温时,载流子移动加快,它们在短时间内仍然在杂质原子附近所以有效的散射减少了.由杂质散射引起的迁移率的变化u在理论上为…t是总的杂质浓度.

发生在单位时间里碰撞的几率是所有碰撞几率的和因为各种的散射机制.

P20被测量的硅在五种不同受主浓度下的是温度函数的电子迁移率已经给出,插图表明了理论上依赖于电子迁移率的温度因为晶格和杂质散射,对于轻掺杂的样品,晶格散射起主要作用,对于重掺杂的试样,低温下的杂质散射非常明显,迁移率随着温度的增加而增加,我们看看一个给定温度下掺杂浓度为…的试样,迁移率随着温度的增加而增加,因为提高了的杂质散射

被测量的在硅和GaSn中的迁移率作为室温下杂质浓度的一个函数已经给出,迁移率在低浓度下到达一个最大值,这相当于晶格散射的限制,电子和空穴迁移率随着杂质浓度的增加而减少,最后在高浓度下到达一个极小值,注意电子的迁移率比空穴的要大很多,主要由于很小的有效质量.

P20 1.2.2在前面的章节中，我们认为漂移电流就是在提供一个电场的情况下载流子的运动。如果在半导体材料中的载流子浓度有一个空间的变化，会产生另一个重要的电流分量，就是载流子倾向于从一个高浓度区域运动到一个低浓度区域。这个电流分量称为扩散电流。

P20要理解这个扩散过程，让我们先假设一个电子密度在X方向发生偏离。半导体在均匀温度下，因此电子的平均热能没有跟随X发生偏离，只有密度n（x）发生偏离。我们应该考虑在单位时间和空间内通过x=0面的电子数目。因为限定的温度，电子有具有一个热速度v 和一个平均自由程l的随机热运动。（注意l = vthr，ro是平均自由时间）电子处于x=-l位置，即在左边的一个平均自由程，具有相同的几率向左或向右运动；在一个平均自由时间内，一半时间就可以运动通过x=0面。

因为每个电子都带有一个电荷q，所以载流子运动形成一个电D, ~ v~l is称为扩散系数。

扩散电流是和空间衍生的电子密度成正比的。扩散电流是由浓度梯度中随机热运动推导出来的。电子密度随x增加，梯度是正的，电子会向x的负方向扩散。电流是正的，其流动方向和电子相反。

P21 1.2.3在热平衡中pn = n~的关系是有效的，如果非平衡载流子被输入到一个半导体中使得，我们就有一个不平衡状态。输入非平衡载流子的过程叫做载流子掺杂。我们可以用包括光激发和正向偏置一个pn结的多种方法掺杂载流子。在光激发的情况下，我们向一个半导体照一束光。如果光中的光子能量大于半导体中的禁带能量，光子会被半导体吸收并且有一个电子空穴对产生，h是普朗克常量，v是光频率。光激发提高了电子和空穴的浓度高于它们的平均值。这些外加的载流子成为非平衡载流子。

P22非平衡载流子的量值和决定掺杂程度的多子浓度有关。我们应该用一个例子来阐明掺杂程度的意思。多子浓度近似等于施主浓度，少子浓度来自p~o = n ~ / n ~0~ = 1.45 ~ 105。在这个符号中，第一个下标指半导体类型，下标o指热平衡条件。因此，单独的说，在平衡条件下的n型半导体中n~o p~o表示电子和空穴浓度。

当我们引进两类（例如，光激发）非平衡载流子到半导体，非平衡电子浓度必须等于非平衡孔穴浓度因为电子和空穴成对产生.如图1 -8 （ b ）所示，增加少数载流子到10，因此，空穴浓度增加了七个数量级，在同一时间，我们增加大多数载流子向半导体。然而，这非平衡电子浓度是微乎其微相比原电子浓度。，多数载流子浓度百分比的变化只有百分之一。此条件下，非平衡载流子浓度相对于杂质浓度是很小的，即^n=^p<

图l - 8展示高层注入的例子.因为掺杂浓度的关系使被注射的非平衡载流子的数量是可相当于或大于载流子的数量,在这种情况下,这个注入的载流子浓度可能会压倒平衡时的多数载流子的浓度. P型相当于n, 就像图中所示。高级射入有时候在设备操作中遇到。然而, 由于在处理过程中的复杂性, 我们主要对低注入感兴趣.

1.2.4 产生和复合过程

每当这热平衡情况被打破时。在非平衡载流子被射入情况下, 恢复平衡的原理是被注射的少数载流子和多数载流子的复合。根据再结合过程的本质,复合过程所释放出的能量可以作为光子或热量发散到晶格。光子散发时的过程叫做辐射性再结合,否则叫做非辐射性再结合。复合现象可以分为直接和间接复合过程. 也可叫做带对带复合,在直接能带隙半导体中直接复合占只配地位, 譬如砷化镓.在间接能带隙半导体中通过能带隙复合中心的间接复合占优势, 也可叫做带对带复合, 譬如硅.

直接复合

考虑一种半导体的直接能隙是在热平衡状态下。一些原子间的共价键被打破是由原子晶格连续的热振动引起的。当一个共价键被打破，电子和空穴就会成对出现。根据能带图，热能能够使电子由价带向上跃迁到导带同时留下一个空穴在价带上。这个过程被称为载流子产生，同时也被描述为形成率Gth（每立方米每秒钟产生电子和空穴对的数量）如图1-9（a）所示。当一个电子从导带跃迁到价带，一对电子与空穴对就会消失。这个反过程就称为再结合；它被描述为再结合率Rth如图1-9（a）所示。在热平衡条件下，形成率Gth必须与再结合率相等以至于载流子浓度保持不变，同时pn = ni2也继续成立。

当载流子浓度过度时就引入一个直接能隙半导体，这在电子和空穴将再直接复合时是很有可能的，因为导带底和价带顶是整队的和没有足够跃迁过能隙的额外的晶体动力。直接复合率R被表示为与价带中空穴的数量的比例；那就是：R=？？np

其中？？是比例常数。同时讨论前面的，在热平衡条件下的再结合率必须与形成率平衡。因此，在n-型半导体中，有：Gth=Rth=Bnnopno

P28其中nno 和pno分别描述为电子和空穴在热平衡时在n-型半导体中的密度。当我们用光照射在半导体上就会产生电子空穴对时的速率GL（图1-9（b）），载流子浓度就会超出平衡值。

因此，纯粹的再结合率是与少数载流子浓度均衡的。明显地，在热平衡下U=0。比例常数1/？nno被称为寿命时间rp的过剩少数载流子。物理意义的一生，最能说明瞬态响应这一装置是在突然除去光源。考虑一个n-型的样本，如图1-10（a）所示，

这是用光来照射产生的电子-空穴对通过产生率GL均一地分布在整个样品中。图1-10（b）显示出空穴浓度随时间的变化。少数载流子再结合是以多数载流子和指数衰减与时间常数rp相对应的。

上述案例说明，其主要思想测量载流子寿命用光电方法。图1-10（c）展示出机械装置。剩余的载流子，通过光脉冲产生均一地分布在样品中，引起瞬间增加电导率。增加导电率体现了本身所下降电压通过抽样时当有恒电流通过它时。衰变的导电性能可以通过一个示波器来测量剩余少子的寿命时间。

P29 1.3 PN结

大多数半导体器件都包含1个P型和N型的结.这些PN结是根本功能表现如整流,增幅,开关,和另外一些电路元器件.在这里我们应该讨论PN结的平衡态和在稳态和不稳态下,经过PN 结的电子和空穴的流动.

P30 1.3.1 平衡态

在这里我们我们希望建立有效的PN结数字模型和对它的性质的定性理解。在这个PN 结之间一定存在一些经过完整的数学处理将使简单的PN结的活动物理特征难理解；另一方面，在统计时，一个完整的定性分析将没用。当忽略那些轻微增加解决办法的小现象时，将能分析描绘数学模型的PN结。

PN结的数学模型简化了结的突变情况，像一个明显的均匀的P参杂在一边N参杂在另一边的结。这种模型表现出来的PN结很好；扩散型的结是缓慢变化的(在结的其中一边Nd-Na变化超过一个很大的范围)。结理论的基本观念是研究变化的结，我们能作适当的修正把理论推广到不同PN结。在这些讨论中，我们假定一维地流入横截面一致的样品。

P30-31 在这个截面中，我们研究稳态变化的结（外部没电场和内部没有电流）。我们发现在结的两边参杂的不同导致在两种材料之间的电位差。这是理论的结果，因为我们认为一些电荷在p材料和n材料之间扩散。另外，因为电子和空穴的漂移和扩散，我们发现通过结的电流有4部分。在平衡态这4部分没有静电流。但是，因为结的偏压的增加导致电场的增大，导致静电流。如果我们明白这本质是这4中电流的组成，无论有没有偏压，一个合理的PN结理论都成立成立。

P31让我们研究p型半导体材料和n型半导体材料的个别区域，将其一起形成一个结点（图形1-11）。这不足以形成一个设计，但它可以允许我们去发现均衡结点的要求。在它们参与之前，一个n型材料有高浓度的电子和一些空穴，反之相反的事物就是P型材料。在加入二个区域的基础上，我们认为会发生载流子扩散，因为大量的载流子倾向于结点。因而空穴从p极向n极扩散，电子从n极向p极扩散。因为扩散，电流不能不确定地增大。如果二个区域是装着红色空气分子和绿色空气分子的盒子（多半因为适当类型的的污染），最后这将会有一种相似的来自二种物质的混合物（在二个盒子合在一起以后）。当带电粒子在一个p-n

结时的情况下，这将不会发生，因为空间电荷和电场的发展。如果我们认为在n型材料中，从n极到p极的扩散滞后于未补偿的施主离子（Nd+），在p区域移动的空穴滞后于未补偿的施方离子(Na-),很容易可以想象得到结点n极附近的正空间电荷和p极附近负电荷的发展。正电荷向负电荷移动产生了电场。因而@的方向和每种电流的扩散电流的方向相反(记起电子流动方向和电流方向相反).所以,那个区域生出一个从n极到p极的漂移分量,一个相反的扩散分量。

因为我们知道，没有净电流可以流过均衡结点，由于在E区域的漂移载流子产生的电流必须要完全抵消扩散电流。此外，由于这里没有净余电子累积或者空穴任一侧作为一个函数的期限，漂移电流和扩散电流必须以任一种载体形式相互抵消。

因此，电场积聚到某个程度的净电流为0时处于平衡状态。电场出现在一些关于结点的W 区域，而且还有一个平衡电位差Vo跨越W。在静电势图的图1-11（二）中，有一个梯度的电压在@的相反方向，与基本联系一致。我们假定电场为0时，在中立区域对外开放W。因而在n型材料的中性区域，有一个稳定电压v，在p型材料中，有一个稳定电压Vp，以及电位差v= v. - %介于二者之间。

区域W是所谓的过渡区，以及电压不同于Vo，叫接触电压。跨越W区域的接触电压是一个内置的势垒。

（1）空穴扩散（3）电子扩散

（2）空穴漂移(4)电子漂移

（图1-12中的p-n结点的斜线作用；在W区域的过渡区的宽度和电场，静电势，能带图，粒子流和电流方向是因为：（a）平衡，（b）正向偏压和(c)反向偏压。）

因为这有必要去维持结点的均衡；这并不意味着任何外部电压。切确的说，接触电压不能通过在二个仪器之间接一个伏特计来测量，因为新的接触电位是形成于每个探针的，正好抵消了Vo。通过定义，Vo是一个均衡量，而且净电流不能产生它。

P35-37接触电压如图1- 11(b)中那样将能带分离开来;在p区的价带和导带比在n区的高qV o 的数量。能带在平衡状态时的分离仅仅需要在器件各处使费米能级保持不变。我们将在下一节证明这是正确的。不过，从热力学的论点，我们可以预测到费米能级空间变化的缺乏。任何在准费米能级里的梯度意味着净电流。由于在平衡状态时EF=Fn=Fp,又由于净电流必须等于零,我们的结论是EF在pn结中必须保持不变。因此，我们能够简单地通过画一个像图1 –11 (b)这样费米能级一致的图表，知道pn结的能带分离。为了得到在结的两边Vo和掺杂浓度的定量关系，我们必须用到漂移和扩散电流方程平衡的条件。空穴电流的漂移分量和扩散分量在平衡状态是刚好相互抵消的。

1.3.2 正向和反向偏置的P-N结的一个有用的特征是，当p区相对于n区有一个正向外部偏置电压时，电流能够相当自由地以p区到n区的方向流动（正向偏置和正向电流），反之，当使p区相对于n区是负的时候（反向偏置和反向电流），本质上没有电流流动。这个电流流动的不对称使p-n结型二极管作为整流器时非常有用。作为一个整流的例子，假设一个正弦a-c发生器与一个电阻和一个二极管串联，它只能通过一个方向的电流。由此产生的通过电阻的电流将只反映一半的正弦信号，例如只有正的那半圈的信号。经过整流的正弦波有一个平均值，比方说可以用来给蓄电池充电；另一方面，输入正弦波没有平均值。二极管整流器在电子电路的应用方面有用，特别是在“波形整形”方面（利用二极管的非线性来改变随时间变化的信号的形状）。虽然整流是一个重要的应用，但它只是偏置结许多用途的开始。偏置的p-n结能够用来作为可变电压电容器、光电池、光信号发生器，还有更多基本的现代电子器件。两个或更多的结能够用于构成晶体管和可控开关。在这一节中我们由对偏置的结中电流流动的定性描述开始。有了前一节的背景知识，电流流动的基本特征理解起来相对简

单，而这些定性的概念形成了对结中的正向和反向电流的分析性描述的基础。我们假设外加偏置电压出现在结的过渡区中，而不是在电中性的n区或p区。当然，如果一个电流流过电中性材料，在这里会有一些电压降。但是，在大多数的p-n结型器件中，与它的面积相比，每个区域的长度是很小的，而掺杂通常是中等到重度掺杂；因此每个中性区的电阻是很小的，在空间电荷（过渡）区外，只有很小的电压降能被维持。对于几乎所有的计算，假设外加电压完全出现在过渡区是正确的。当在p区外部偏置电压相对于n区是正的时候，我们应该把V当成是正的。

P37-38当外加电压改变静电势垒和过渡区域的电场, 我们会期待改变P-N结的电流分量(Figurel- 12)。另外,能带的分离会受到外加偏置电压的影响,也会受到损耗区宽度的影响。让我们从精确检测外加电压对结的重要性能的影响开始。在P-N结上由正向外加偏置电压Vf引起的静电势垒从平衡接触电压V0降到V o-Vf。这势垒降低的发生，因为正向偏压增加了相对于N区来说的P区的静电势。反向偏置电压时相反情况出现，相对于N区来说P区的静电势会降低，而P-N结的静电势垒会变得更大( V0+ Vr)。

过渡区的电场能从势垒推导出来。我们意识到场会随着正向偏置电压而减少，因为外加电场和内电场相反。P-N结的反向偏置电压区域会随着外加电场而增大，藉由反面的偏见领域在联接被增加，由于反向偏置电压的存在PN结的电场会随着外加电场而增加，这个增加的方向趋势是趋向平衡的PN结里的电场变化要求跃迁宽度的变化，然而它也要求有固定数目的正负电荷提供给电场。所以，我们希望那宽度减少到低于正向偏压同时增加到低于反向偏压。在PN结里能带分离是静电能垒的一个直接函数。电子能垒的高度就是简单由电子电荷×静电能垒的宽度。所以在正向偏置时分离出来的能带比平衡时的少q(vo-vf),而在反向偏置时比平衡时的多q(vo-vr)我们假设在中性区深处费米能级基本上是一个平衡值。所以在偏置下的能带漂移意味着结的任何一区的费米能级的分离。在正向偏压下，在N区的费米能级Efn比在P区的费米能级Efp大qVf，在反向偏压下，Efp比Efn高qVf,在能量单位是电子伏特时，在外加电压下费米能级在两个中性区分离

扩散电流是由多数电子载体组成，电子从N区静电能垒顶上扩散到P区，在它们的能垒顶的空穴从P扩散到N。在N区导带上存在者电子的能量分布，一些分布在的高能态的电子有足够的能量从N扩散到P在平衡时不会因能垒而停止。由于正向偏置电压，然而那能垒会降低到（vo-vf），同时在N区导带上很多电子有充足的能量从n扩散到P。类似的，在正向偏压下许多的空穴能从P扩散到N因为降低能垒。对于反向偏压，能垒变得很大( V0 + Vf) 然而事实上在N区导带或者P区的价带上没有电子或者空穴有足够的能量去超越它。所以，对于反向偏压来说，这扩散电流通常可以忽略。P39漂移电流对势垒的高度是相当不敏感的。这起先听起来很奇怪，因为我们通常会认为，在有充足的载流子的材料，漂移电流是完全相称到外加电场的。这个明显不规则的原因是，漂移电流被阻止不是因为载流子以多快的速度掠过势垒, 而是频率。举例来说，在p区，进入过渡区的因电场作用而掠过势垒的少数载流子，引起漂移电流的电子成分。不过，这个电流小不是因为势垒的大小，而是因为在p区有极少数的少数载流子加入。在p区，每个电子扩散到过渡区都将掠过势能峰，无论峰是大或是小。电子漂移电流不是决定于个别电子从p区掠过n区的速度，而是决定于每秒掠过势垒的电子数量。类似的解释适用于少数空穴从n区漂移到p区的交界处。取一个恰当的近似值，因此电子和空穴在结的漂移电流与外加电压无关。在交界的两边，须加入电流的漂移成分的少数载流子的补给是由电子-空穴对的热激发产生的。举例来说，一个在p区交界附近产生的电子-空穴对，在p型材料里提供了一个少数电子。如果那个电子-空穴对产生在一个扩散长度为Ln的过渡区内，电子将能扩散到交界处并且掠过能垒到达n区。那因产生的载流子漂移通过交界得到的电流俗称为产生电流，其大小完全决定于电子-空穴对的产生速度。我们稍后将讨论到，在交界附近，这个产生电流会因光激发而大大增加（pn结光电二极管）

穿过交界的总电流是由扩散和漂移成分的总和组成的。如图1-12所示，电子和空穴的扩散电流都是定向地从p到n（虽然两边的粒子流动方向是相反的），而漂移电流是从n到p的。在平衡状态时，通过交界的净电流是0，因为漂移和扩散的成分抵消了各自的载流子（平衡电子和空穴成分不需要相等，如图1-12，只要空穴净电流和电子净电流都是0）在反偏压之下，两边的扩散成分都是可以忽略的，因为在交界处有巨大的能垒，而且唯一的电流是从n 到p的相对较小的（本质上独立电压）产生电流。这产生电流被显示在图1-13中，在草图中典型的I-V曲线为一个p-n结。在这个图中，正向电流I是从p到n的，而当电池正电极接到p，负电极接到n时，外加电压V是正向的。V为负值时，在p-n结二极管里，唯一流动的电流是由在过渡区产生的载流子或者是由扩散到交界而被收集的少数载流子产生的小电流。那电流在v=0(平衡状态)时为0，因为产生和扩散电流相抵消

P41我们将在下一个区段中见到，外在的斜线V= Vf通过因子exp (qVr/kT)作用增加了载流子扩散通过结点的概率。因此,在低于斜线的扩散电流由平衡值乘以exp (qV/kT)来决定; 同样地，对于相反方向斜线的扩散电流是被相同的因素的平衡值减少而决定，有V=- Vr．既然平衡扩散电流和| I (gen.) |有相同的数量级, 那么扩散电流的多少就可以简单地用| I (gen.) |exp (qV/kT)来表示. 总电流I由扩散电流减去产生电流的绝对值, 并且将会提及到Io

1 = lo (eqv/kr - 1) (1-20)

在公式(1- 20) 中实际电压V 可能是正的也可能是负的,即V= Vf 或V=- Vr 。当V 的取值稍微超过kT/q (室温下kT/q =0.0259V)时,指数的期限比个体远大得多.电流指数因此会随着斜率的增加而增加.当V 是负的(相反的斜线), 指数的值将会接近零,并且电流为-I0 , 也就是电流从n 结流向p结的方向。这反方向产生的电流称为反面饱和电流.图1-13 的显著特征显示了I-V的非线性特性。电流在二极管的正方向相对自由地流动,但在相反方向几乎没有电流。

在先前的区段讨论中我们知道在p-n结两边的少数载流子的浓度随着实线的变化而变化,由于载流子通过结点时产生变化.两边空穴的浓度平衡比pp/pn=eqvo/kT (1-21)

对直线同样有p(-xpo)/p(xno)=eq(V o-v)/kT (1-22)

这个方程式可以由公式1-21同理获得,并会随V0-V的值而改变.它使得过渡层两边的稳定状态空穴浓度与任一边或相反方向的斜线联系起来(V为正或者为负时).对于浅掺杂,我们可以忽略那些和平均值相比斜线只有微小变化的多数载流子浓度.用公式(1-21)和公式(1.22)简并起来,我们可以写出如下的比值

P43( 1 - 23)表明在边缘的过渡区大大增加少子空穴浓度比n 边的区域在平衡的情形下偏袒p(Xn0) ，相反，在反向偏置下空穴浓度～被减少到均衡值～，该指数增长的空穴浓度在xn0由于正向偏置，一个例子如少数载流子注入。我们可以很容易从Eq中计算过剩空穴浓度△p由在边缘的过渡区浓度减去平衡空穴浓度。通过最后一部分我们对非平衡载流子的学习，我们期望在～对△p稳定浓度中注入非平衡空穴n 材料中将会产生非平衡载流子的分配，由于空穴弥漫到更深的n区，在n型材料中他们与电子的复合，而且那产生的非平衡空穴分布作为扩散方程的获得的解，如果n 区很长与空穴扩散长度Lp的解是指数方程，同样，注入的电子在P型材料中的扩散与复合，也能得到一个非平衡电子的指数分布函数。为了方便起见，让我们定义两个新的坐标：测量距离在x方向n型材料从xn0标明Xn距离；P44 p型材料在-x方向标明－xp0距离，原点标为xp0。对这些约定做简化的数学处理。我们可以写扩散方程为：pn结每边而且为非平衡载流子的分布解假设长的n区和p区在n型材料中Xn任何点的空穴的扩散流可以被计算A是pn结的横截面面积，因此空穴的扩散流在每一个位置与非平衡空穴浓度每一个位置成正比。总的空穴流注入到n型材料中在pn结处可以简单的估计Eq (1- 27) 表示电子涌流与方向相反; 这就是说，In真正的方向，在正+ x方向，在总电流加上IP,如果我们忽略复合在过渡区，我们烤炉到每一个注入的电子到达～

必须通过～，因此，总的二极管电流I在Xn出可以计算作为总的～和～。如果我们采取的方向作为参考方向为总电流i 方向，我们必须使用减号～来解释Xp是定义在-X方向的

p型材料在-x方向标明－xp0距离，原点标为xp0。对这些约定做简化的数学处理。我们可以写扩散方程为：pn结每边而且为非平衡载流子的分布解假设长的n区和p区

在n型材料中Xn任何点的空穴的扩散流可以被计算A是pn结的横截面面积，因此空穴的扩散流在每一个位置与非平衡空穴浓度每一个位置成正比。总的空穴流注入到n型材料中在pn结处可以简单的估计Eq (1- 27) 表示电子涌流与方向相反; 这就是说，In真正的方向，在正+ x方向，在总电流加上IP,如果我们忽略复合在过渡区，我们烤炉到每一个注入的电子到达～必须通过～，因此，总的二极管电流I在Xn出可以计算作为总的～和～。如果我们采取的方向作为参考方向为总电流i 方向，我们必须使用减号～来解释Xp是定义在-X方向的

方程（ 1 -2 7），是二极管方程具有相同的形式定性关系推导排除了这个可能性，总电流通过二极管正向反向偏压计算电流反向偏压简单而有启发性计算总电流要考虑注入电流供应载体为超额分配超额分配供给空穴维持稳态指数分布重组总正电荷储存在过剩载波分布在任何瞬间的时间是Qp = qALp△pn (1-29)寿命空穴n型材料整个电荷分布复合、组合补充注入空穴电流xn = 0 )维持分布总电荷除以平均交换时间

Ip(x. = O) = Qp/rp = qA~p,Dp/Lv (1-30)

Dp/Lp = Lp/rp相同的结果计算扩散电流同样计算负电荷储存分布获得注入电子电流材料这种方法电荷控制近似法表明少数载流电流跌幅指数中立区。因此扩散长度远离结总电流多数载流子在下一节我们更详细的讨论这一点总之计算电流p-n结斜率过剩少数载流子分布在两边过渡区稳态电荷储存在各发行加入空穴电流电子注入减号符合常规定义积极电流方向能够增加由于假设重组发生过渡区总电子空穴电流设备常数设备尽管误差在目前组件描述位置二极管

Eq(1-28)的一个含义是在结点的总电流是由从重掺杂到轻掺杂的载流子所支配的。例如，如果p材料是重掺杂，n区域是轻掺杂，那么在p的一边的少数载流子浓度对于n的一边来说是可以忽略的。因此，二极管的方程式可以近似认为的只有空穴决定，与Eq（1-27）的情况一样。这就意味着少数载流子储存电荷的分布是由n的一边的空穴决定的。这种结构叫p+ -n结，上标的+表示重掺杂。P+-n或者n+-p结构的另外一个特征是跃迁区域主要延伸到轻掺杂区域。很多实际的设备都是有一边是重掺杂分布的，比如我们的开关二极管和晶体管。用逆向掺杂制造的类型在很多设备普遍用到。比如，一个Nd＝1014的n型硅可以用作合金和扩散的反应物。如果p区域掺杂大于1019cm-3，那么这种结构无疑就是p+-n，因为np 型比pn型要小五个数量级以上。既然这种结构在科技设备上这么普遍应用，我们将在下面做更多的讨论。

在载流子和少数载流子的分配的讨论中, 我们已经主要地假定向前的偏差。如果v的负值可以被引入，那么偏差的分布也可以从反面相同的条件得到。例如，如此为反面偏差大于十分之一伏特,在过渡区的边缘的少数载流子浓度变成零变成本质上零如过度集中接近平衡集中的否定。在中性区域的过量的少数载流子浓度是由Eq（1-25）提供的，以便在下面的载流子的消耗平衡值大约扩充散布长度超过转变区域。这个少数载流子的相反-偏差消耗能被认为是少数的载流子的提取, 类似之前对偏差的注入。实际上提取发生因为少数载流子在边缘那消耗区域在联接被扫射下来在结点到另一边而且这是不能被相反方向扩散的载流子取代的。举例来说，当空穴在Xno 被电势场领域的p 边在整个联接被扫射的时候，在n 材料空穴分布有一个倾斜度存在，而且在n 区域的空穴向结点扩散。重要的是，虽然方向相反

的电流发生在结点由于载流子的漂移，这个电流由每边中间区域的两边的少数载流子流入的。横过结点的载流子漂流物的比率(电流的相反方向) 取决于空穴到达Xno的从中间材料扩散的比率。这些少数载流子因为热激发而产生的，我们可以用电流的相反方向表示，用在过渡区域的每边散布的长度比率表示热激发产生的载流子。P43

Summary

一个好的导体电阻率数量级为10－6 ohm*cm，对一个半导体而言，数量级的范围为10－3到10（6）ohm*cm，对绝缘体，可能是10（10）ohm*cm或更大。一种材料的宏观性质就是这种材料不受表面干扰的性质。

一种振荡器具有的特定频率，或者是运动模式，并且由N种这样相似的振荡器的耦合装配表现出了N种特定的运动模式，这种现象称为劈裂。一个电子在孤立的原子上存在着离散的能级且只能容纳一个电子。当两个原子由于靠近互相作用时，每个这种状态就分裂成两种状态，。在Si晶体中包含了N个原子，每个这种状态就分裂成N种状态，，在这里，N代表着一个很大的数量。因这种分裂现象产生的很多状态堆积成了一个电子伏数量级大小的能带，因此那里等效于存在一个连续的允态，我们成为能带。因为能带起源于大量的存在于孤立原子的的离散状态在固体的情况下能与之交跌，这样就产生了更密切的连续允态。在半导体和绝缘体中，能带被间隙分离了，在能隙中，没有（或很少）状态存在，进一步的说，就是在低能带的状态数量刚好等于固体中所有原子的外壳电子。在绝缘体中，能隙相当于几个电子伏，因此上层的能带是空的在固体中没有电子载流子。在半导体中，能隙较小，所以有一些电子在室温就能从低能带跃迁到上面的能带，这些上面能带的电子和在低能带留下的空穴提供的适当的到点率给固体。上面的能带叫导带，它的电子就是导电电子，或自由电子，低能带就是价带，失去价电子的叫做空穴。在低温下，电子恢复到价带，和空穴复合后消失了，所以半导体就转变成了绝缘体。导体，相反的，有一个能带在任何温度下都是部分被电子填充的，因此在任何温度下都有导电的能力。

概率，即一个电子状态，在稳固的，是被占领由一个电子是一个能量位置函数;该有关表达的是被称为费米-狄拉克概率功能，此功能是对称的一个点上概率等于0.5 ，而这一点，它确定一个能量称之为费米能级。以上费米能级，入住概率（一个状态是由一个电子）接近零，低于该标准。因此，费米能级，是一种"顶面"的电子对分布，类似于前一个面对面的液体，在一个容器。一个简单的指数函数逼近费米-狄拉克功能任何能量大于4 KT以上的费米能级。不同的指数函数逼近它用于任何能量更多比4KT低于费米能级。这两项指数意是著名的玻尔兹曼逼近了费米-狄拉克函数。因为"有实力" ，这些指数函数，大部分被占状态在导带（即，大部分的传导电子）位于靠近传导带边缘，而且大部分的空穴在价带接近价带边缘，只要在这两种情况下说，费米能级之间位于带边40 KT。因为载体（电子和空穴）位于接近带边，就可以定义等量密度状态和nv为导带和价价，分别由承担一切可用?中阶必须设严密，。这也是众所周知的所谓等量密度- 逼近。密度和nv是常量在某一特定温度（和具有弱温度依赖性），提供了费米能级是限于能量范围以上。虽然是Nc大于nv一个因子在1至2，对许多目的之一，可以假设了Nc = Nv。这是被称为带对称近似。随着能带带对称性假定，而且由于实际对称性的费米-狄拉克在功能方面，电子密度n和空穴密度p都是平等的，当费米能级是在该中心的差距，共同密度值称为内在密度，ni。由于对对称性的费米-狄拉克函数，产生空穴和电子密度在某一特定温度是一个常数，独立的费米水平位置，这个状态称为质量作用律，PN=N2。在纯，本征，硅，与能带对称的假设，费米能级位于能隙中心，为能带的地位被称为本征能带。在一个过程里，那些被引进替换的原子的杂质被称为" 掺杂剂"也就是说是替代si原子的.在周期表的第五族元素原子被用来掺杂到si原子,例如磷原子就通常被用来掺杂,它有5个最外层电子.这些最外层电子用来保证中性si样品包含它们以拥有更多原子从而中性si比本征si拥有更多原子,因而，费米能级的位置会提升到

禁带中心以上.就像一个容器里面的溶液的表面在加入溶液时会提升一样,那些被选择了的杂质原子就随机的填入晶体里的各个位置那么这样以后，就相当于在禁带引进高域的状态.杂质原子和由它引入的能级类比于相当数量的氢原子在绝缘介质里一样. 一个电子处于这样的能量状态就像一个电子围绕在一个质子一样,因而它的键能要比氢原子的电子之间的键能要少一个介电常数平方的因子;所以磷的能级接近于导带能级的边缘.一个原子从它本身的能级跃迁到导代里成为一个导带电子（相当于一个自由电子）,在室温下，杂质的能级里的99％的电子由于晶体里的热能激发而跃迁.所以每个原子都留下一个带正电荷的空穴，或者是被离化了; 通常假设有100％的原子被电离那就意味着第五族的杂质原子全部“捐出“它的第五个原子到导带中去. 因此这些杂质原子被称为施主杂质; 接近100％的电离也会引起施主掺杂样品的电子浓度等于施主浓度.这些电子浓度比基本上由热能激发的非平衡浓度（仅有几％的浓度是本征样品的）要超出很多.

三族原子的置换，硼元素是用的比较多和比较普遍，同样地也会在si禁带里面引进它自己的能级. 发生这种情况是由于硼存在有一种四面体结构的键（共价键）需要一个额外的电子来完成. 这个被需要的电子有很高的几率从旁边的共价键强要或要,一个电子被挪用在一定地方范围内相当于一个正常的价电子在共价键里被紧紧束缚一样. 这是因为在共价键里电子对的巨大亲和力和相反的自旋, 这事实上解释了受主能级位于价带能级之上,平均地说，这样的动作会使到每个被挪用的原子所产生的空穴被引进到价带里，与此同时会有超过99％的原子电离并带一个单位的-q这归因于第四个电子被抓获,在不可能的事实中一个空穴围绕一个负电荷中心（也就是说，挪用的原子能级被电离了）.这时候，一个“倒转”的氢原子的模型被引进了因为电荷符号是负的并且空穴的出现，这就像一个气泡在液体中一样当施主跟受主状态同时存在的时候,费米能级也在它们当中,受主状态很有可能被占领,而施主则会变成空位也就是说,它们都有可能被电离.在一个中立样品中,存在的施主比受主多一种可以考虑每个受主可以从施主原子那里得到一个电子. 在后者消失的过程中作为一个有效的施主原子,是因为它现在没有电子给导带,在相反的情况中,每个受主会提供一个电子给施主状态.描述它不能从相的带中得到一个电子和因此产生的移动空穴,这种多杂质中对少杂质的有效抵消称为补偿.在施主跟受主浓度相等的情况下我们称之为补偿本征硅最通常的情况包括一个表现为全部f平衡的硅样品. 在这个样品中阳性种类的总数,空穴,施主原子.而相同总数的阴性种类有,电子,受主原子.结果表达式是一个适用于补偿样品的,精准净值法则, n= ND- NA和p= NA - ND由于个别处在能级小的电子的密度是由.有效状态浓度和其附近的占领概率的结决定的,因此.改变掺杂浓度跟温度的结果就像计算机运行类比乘法一样.

P48 对于两个变量选择相同的参照物，同时用公式T=g*(-q) 代替g的不同值,我们可以完成从电子能量g到静电势能T的转变。对于g来说，增加的T的方向与它是反向的，这是由于电子的负电荷性。这是特别地（很）方便地把费米能级选择为参考物和将本征势能选择为势能T，因为n和p作为ni和T函数它们的表达是紧凑的和对称的。

在室温下，SI样本的全部电子和空穴是处于剧烈的随机运动，显然的它们公用热能量关系到这个剧烈运动的热速度的平均值是超过10 7的一点.当载流子密度的一个净运动叠加在它的随机运动，这种现象称为载流子运动, 这样的运动可以是由于静电势能的梯度的存在，载流子的密度，温度，或者类似于这类的复合。我们可以考虑通过限制对等温的关注来移动温度梯度，或者接近等温，问题。电子电场的存在引起漂移运动.对于Si,电场值达到3 kV/cm，漂移运动与电场是成比例的，它们的比例常数就是我们已知的迁移率。在SI中电子迁移率可以粗略地估计为空穴的迁移率的3倍。在高电场值，迁移率不再是个常数，而是一个电场的下降函数SI中电子的漂移速度稳定在10 7 cm/s这个值比室温下平均热速度少了一点. 这发生在50 kV/cm空穴迁移率与高电场的不恒定性相似，但是空穴的饱和漂移速度

电子的饱和漂移速不那么显著。

一个固定迁移率在某一特定领域有效因素是温度，这个温度决定可利用的热能，和浓度以及振动波包，或者声子在晶体中的平均能量，声子的两种能耐是引起载流子散射和偏斜。声学支的声子由晶体中声波的频繁振动产生。光频声子由红处线更高频率的振动产生.两种振动都可以是纵向的，也可以是横向的。在闪锌矿结构的晶体中，有些横向的光频声子也会与光子强烈地发生相互作用.

影响迁移率的其它因素是杂质离子浓度，这时施主和受主被平等有效地看作为散射中心和遮挡屏，影响迁移率的最后一个因素是多子轻微接近反电荷中心的趋势，这种趋势将减小这个电荷的有效影响范围。在一个补偿性的样品中，被减弱的屏蔽和被增加的散射中心的浓度引起特别小的迁移率。对两种载流子来说，在未得到补偿到掺杂浓度大约1014/cm3样品的迁移率是个常数，也就是说，在纯的样品中，声子散射在室温下占优势。漂移运动的三个心要条件是：（1）带电的式样，（2）无规则运动，（3）存在电场。对扩散运动来说，通过对比，只需要两个条件：（1）无规则运动的式样，（2）存在浓度梯度。扩散通量是是和浓度梯度成比例的。这就是我们所知的菲克第一定律。这个比例常数就是扩散率。极重要的是漂移动运动是关于载流子浓度和电场两个变量的函数，而扩散运动是关于浓度梯度一个变量的函数。这种事态是在设备分析中形成精细关联的原因。对于某一特别的部分，两种利害传送机制比率（也就是扩散率和迁移率的比率是等于热电压数，这就是我们的知的爱因斯坦关系式。

实际和平衡浓度的各种问题是由于非平衡载流子浓度的不同。它有正的和反的。在最普遍的环境下和对一中性样品，非平衡电子浓度和非平衡空穴浓度是平衡的。因为这个原因，少子浓度的突变使多子浓度的改变可以忽略.当多子浓度的改变是有效时,就进入了高能态.在低能态条件下非平衡载流子的数量级可以绘图描述.对数标度强调了nN ~ nON , 或pp ~ Pop的重要性.线性标度传达的绝对信息是p' = n..近来的选择,需要在标度中引入大量的间隙.带对带和复合中心的机制都预示着低能态复合比率与少数载流子浓度成比例.近来的机理预示着在高能态条件下也有相同结果,对于硅来说上述结果以被试验证明,因而表明这机制在硅研究中具有优势.电子停留在某一区域和远离能带的边缘就叫做深态,可以通过在硅中掺杂重金属原子来得到. The term trap

常用来鉴别深能态.这些能级就是有效的复合中心,它们的有效性随着能态与间隙中心靠近而增大.金有一距离导带底0.54eV的受主能级,它的有效性非常显著.晶格缺陷不可避免地伴随着传统掺杂而作为复合中心,中心浓度随着总掺杂浓度增加而增加,从而引起载流子寿命的衰减.硅中寿命从1ns到10us

速率的变化密度承运人在一个点（或积累的运营商在一个地区），可以由等同于向合并的影响，交通运输，发电，并在重组这一点（或附近地区），其结果是一个延续性方程它的重要性在于它是一个起点，以作分析。四任期形式称之为恒娥连续性输运方程是特别是有益的，但基于一项重大郑州的简化假设典型问题，需要保留只有两个条件。该海因斯- shockley实验，但满足所有简化假设，但要求保留所有四个条件。它遵循漂移的一个脉冲的少数民族运营商在不断电场，并在原则上产生了一个衡量漂移流动性。该种机动前面所引述的是

P521个pn结是由一个n型区域在半导体单晶部分上分为p型区域。从一搀杂价值到另外一的一个非常突然的转变，藉由在每边上的统一的搀杂，组成一个步骤联接。被一个步骤联接摆出的anslytical 问题接近地被讲到那根据一个金属-半导体的联接和一个半导体表面。爱尔尼亚的空间费用在PN-联接表面(治金的联接) 的两者边上存在, 藉由对手和相反的费用每一在这二边上的联接区域的单位, 如此形成两倍的层或双极子层。在联接的一个带图的路口、或带图的路口中能被同样地拿的一张潜在地图结构,但是它是简洁和" 公平的"

选择作为潜在的起源费尔米水平, 在这种情况下，中间追查或"内在的"势成为潜力。一个常量或"层"的费米能级在整个样本保证平衡。在这种情况下，电子漂移正是漂白电子扩散，在任何立场，并做孔漂移和孔扩散。

P53接触潜在的路口不能衡量一个电压表，因为补偿接触的潜能存在于其他接口，在电压表电路。着偏见手段积极电压对p型方和负对n型方，同时还导致了实地剖面缩小到一个较小的全等三角形，从而缩小所有三个路口性能只是引用。反向偏压是否适得其反，增加了接触的潜力。耗竭逼近改善与反向偏置，并加深同着偏压。在任何一步路口，对称，非对称，或极不对称（1片面），耗尽层厚度x竟把平方根的总电位差A~F = A~0 + Vnp, 波尔兹曼quasiequllibrium假设一个波尔兹曼关系持有为载流子密度在doundaries的路口读者偏见，是同?的tf更换了一个?当代?它导致定律的交界处,它说，在低层次着偏见，边界值少数载流密度（任何一方），是由平衡密度乘以一个波尔兹曼因子电子商务了，那里une ≡qvnp /安静。有关边界向前偏见路口都清楚界定，因为那里的表面电场变化的迹象。因为少数载流边界值是膨胀着偏见，少子注入到这两个中立月底地区。在一个片面的交界处，注射到掉以轻心掺杂一边粗暴超过注射到另一边。通过广泛的正向电压，少数载流密度边界值，密度梯度在边界，因此，漂移电流消失-所有指数上升与电压。该resuliing一v 特性是线性的一个semilog阴谋，但对一个线性情节展品偏置电压，从而降低能源缺口增加。这个简单扩散的情况是复杂的硅重组代电流。它着偏见，运营商涌入空间电荷区和重组存在，因此也没有投放。在低电压，但目前这种成分沼泽出扩散组件（传送注射元件）的电流。在反向偏置，运输工具所产生的，在空间电荷层的沼泽中的"饱和" ，或四个边界值未知数，而不是两个未知数少数民族密度，电流增加速度比较慢，与电压比低的值。

P54 引脚二极管有两个PN结可以被设计为高击穿电压，并显示为电压独立的耗尽层的电容，从而模拟一个普通的电容器。在一个线性分级PN结上，耗尽近似预测在每一边三角的电荷密度分布总量，并准确的证明在每一边上掺杂浓度，也正确的证明掺杂浓度梯度的增加。交界形成的固相扩散涉及运送杂质原子表面上的一个半导体样本，而这是在高温（1100度硅）。扩散-杂质概况过程要看详细边界条件，但通常牵涉到一个高密度的近表面和在内部的消失密度。这个剖面相交一既存的对面-杂质概况过程要看详细的边界条件，但通常牵涉到一个高密度的近表面和在内部的消失密度。这个剖面相交一既存的对面-杂质概况过程要看详细的边界条件，但通常牵涉到一个高密度的近表面和在内部的消失密度.高-低型PN结变成一个非对称的PN结，尽管两边的掺杂浓度是一样的。在外加极性小电压它有一个小型接触能和大载流子电流，，因此称为有价欧姆接触。它的空间电荷以积累层形式在高的一边包含着离子和在低的一边包含着剩余的多数载流子。在最简单的情况下，剩余载流子构成的一个平衡nonneutrality 例子，而非平衡载流子则组成了非平衡中立粒子.

P55 The most important breakdown（击穿）phenomena are nondestructive（没有损耗的）and repeatable（可重复的）, and cause a sharp（急剧的）increase in current（当前的）through a device with a small increase in applied voltage（电压）. Avalanche（雪崩）breakdown is the result of impact（碰撞）ionization（电离）, or the breaking of a bond（束缚）by a carrier that has extracted（吸取）enough energy ( ~ ~a) from a large electric field to eject（逐放）an electron from a covalent bond（共价键）, thus（如此）elevating（使升起）it from the valence band （价带）to the conduction band（导带）. It requires（需要）( l ) sufficient （充分的）field, and ( 2 ) sufficient "running room", or distance（距离）over which that field obtains（获得）. It is not simply a criticalfield phenomenon. The new carriers so produced also acquire（取得）energy from the electric field, and subsequent （后来的）bond breaking by these carriers is the cause of the avalanche feature（特征）. For all diffused（散播的）junctions, graded（等级的）junctions, graded junctions, and step junctions of any variety（多样性）, depletion-layer（耗尽层）thickness

（厚度）at the breakdown Voltage is about the same for PN junctions of a given breakdown voltage.

The phenomenon of tunneling(透纳) causes reverse （后面的）breakdown at a low voltage (a few volts or less) in a junction with heavy doping（掺杂）on both sides. This occurs（发生）because empty conduction-band（导带）states on the N-type side reside at about the same energy as filled valence-band（价带）states on the P-type side, and the two sets of states are physically （物理的）very close (separated by a few tens of angstroms), with the barrier being the essentially（本质上的）state-free energy-gap region（区域）. Thus the prerequisites （首要事物）for quantum（分配量）mechanical tunneling are satisfied-a thin barrier and energy-matched （能源相配）states, filled on one side of the barrier and empty on the other. With even higher doping, tunneling can occur in the opposite direction（方向）under forward（向前的）bias（偏向）through a small voltage range（范围）, leading to the incremental（逐渐增加的）negative （否定）resistance（抵抗）of the tunnel diode. In such a device, a linearly （线地）graded model is more accurate than a step-junction（突变的）model.

Punchthrough "breakdown" occurs in a diode with a pair of parallel（平行的）PN junctions separated （分开）by a thin layer. The depletion（消耗）layers interact（互相影响）within the thin layer, causing that of the revelse- biased（存在偏向的）junction to "pull down" that of the forward bissed junction. As a result, current increases exponentially（指数地）with voltage through Several decades of current (at a voltage that is designable), constituting a case of thermionic emission（热电子散发）

P56(底) 作为一个潜在的功能电场在一个方面的平衡能可以完全地被分析方法所获得Poisson-Boltmnann 相等的第二个整合需要获得潜能, 因为一个位置的函数需要数字的方法。任一函数的冗余大量地以Debye 长度的剥落长度被空间常态化减少。在特定的温度，这是一个样品导电率与静掺杂的函数和是对屏蔽距离、或是值可以在样品中"感觉到" 或"见到"的距离的衡量。领域和潜在的空间描绘两者都为深损耗区和几乎中性区展现简单函数形式的渐近线。其间的\"桥\" 简单形式的表达能被写，而且这些表达连同渐近的表达一起集体地构成一个损耗-近似值的替换(DAR) 、或这些结特性的近似-分析描述这些有关像数字处理一样的正确如损耗-近似值的使用一样容易。类似的处理能被作为其他的结特性。结的一边变成被由多余载流子的倒转层。它是梳刷的狭窄又密集层与金属的结相邻。在轻掺杂那边,有从重掺杂的这边" 溢出" 的载流子。

当电流或电压加在二极管（或者其他元器件）的时候是如此小的以致它的-I-V 族元素非线性相应部分能被一条直线接近,然后小-信号分析(有时描述为问题的线性化) 是可适用。相当慢的电流或电压被称为准静态，对定义PN 结的小信号特性, 而且是理想的。首先是小信号电导率g ，正向偏置的结，就是dl/dVnp 。。它被用于几十年来任何电流的半导体材料。同时, ，这关系适用于长和短两极管、但是电流在给定的电压在后者中比较大。在一个电源系列中放置一个电阻r=1/g 产生有用的分段的线性的模型用于正向偏置的结, P65在低频扩散电容，正面和负面电荷都以多余载流子的形式存储在相同的物理卷中。这些载流子，所以扩散电容dQs/dvnp随正向电压指数增加。损耗层电容dQs/ dvnp包括存储并回复多数载流子在空间电荷层的分界线.根据分析后，耗尽近似产生良好近似表达式耗尽层电容。它通常呈现指数定律依赖电压，主要在反向偏置和微弱的正向偏压，但被扩散电容淹没存在着较大的偏差。两电容都是相等的，或者在耗尽层和电压之间交叉可以写一个普遍的联系，那是有效的对于任何的节点。同样的规则不能对扩散电容有效。

P58 在动态交界的现象中，扩散、漂移和位移电流都可以发挥作用。一个有用的由电导g，扩散电容Cs和耗尽层电容Ct组成的面结型二极管等效电路模型在一个平行的结合。

微电子技术在医学中的应用

微电子技术在医学中的应用 随着科技的迅速发展，和医疗水平息息相关的电子技术应用也越来越广泛。微电子技术的发展大大方便了人们的生活，随着微电子技术的发展，生物医学也在快速的发展，微电子技术过去在医学中的主要是应用于各类医疗器械的集成电路，在未来主要是生物芯片。生物芯片技术在医学、生命科学、药业、农业、环境科学等凡与生命活动有关的领域中均具有重大的应用前景。微电子技术与生物医学之间有着非常紧密的联系。 生物医学电子学是由微电子学、生物和医学等多学科交叉的边缘科学，为使得生物医学领域的研究方式更加精确和科学，所以将电子学用于生物医学领域。在生物医学与电子学交叉作用部分中最活跃、最前沿、作用力最大的一项关键技术就是微电子技术。特别是随着集成电路集成度的提高和超大规模集成电路的发展，元件尺寸达到分子级，进入了分子电子学时代，用有机化合物低分子、高分子和生物分子作芯片，它们具有识别、采集、记忆、放大、开关、传导等功能，更大大促进了医学电子学的发展。 以下将主要从生物医学传感器、植入式电子系统、生物芯片这三个方面结合当前国际上最新进展来介绍两者之间的关系与发展。 一、生物医学传感器 生物医学传感器是连接生物医学和电子学的桥梁。它的作用是把人体中和生物体包含的生命现象、性质、状态、成分和变量等生理信息转化为与之有确定函数关系的电子信息。生物医学传感器技术是生物医学电子学中一项关键的技术，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。因为生物传感器专一、灵敏、响应快等特点，为基础医学研究及临床诊断提供了一种快速简便的新型方法，在临床医学中发挥着越来越大的作用，意义极为重大。 常见的生物医学传感器主要可分为以下几种：电阻式传感器，电感式传感器，电容式传感器，压电式传感器，热电式传感器，光电传感器以及生物传感器等。 医学领域的生物传感器发挥着越来越大的作用。在临床医学中，酶电极是最早研制且应用最多的一种传感器。利用具有不同生物特性的微生物代替酶，可制成微生物传感器，广泛应用于：药物分析、肿瘤监测、血糖分析等。 生物医学传感器相较于传统医疗方式具有以下特点： 1、生物传感器采用固定化生物活性物质作催化剂，价值昂贵的试剂可以重复多次使用，克服了过去酶法分析试剂费用高和化学分析繁琐复杂的缺点。因此，这一技成本低，在连续使用时，每例测定仅需要几分钱人民币，术在很大程度上减轻病患医疗费用上的负担。

微电子专业英语

微电子学专业词汇 A be absorb in 集中精力做某事 access control list 访问控制表 active attack 主动攻击 activeX control ActiveX控件 advanced encryption standard AES,高级加密标准 algorithm 算法 alteration of message 改变消息 application level attack 应用层攻击 argument 变量 asymmetric key cryptography 非对称密钥加密 attribute certificate属性证书 authentication 鉴别 authority 机构 availability 可用性 Abrupt junction 突变结 Accelerated testing 加速实验 Acceptor 受主 Acceptor atom 受主原子 Accumulation 积累、堆积 Accumulating contact 积累接触 Accumulation region 积累区 Accumulation layer 积累层 Active region 有源区 Active component 有源元 Active device 有源器件 Activation 激活 Activation energy 激活能 Active region 有源（放大）区 Admittance 导纳 Allowed band 允带 Alloy-junction device 合金结器件 Aluminum(Aluminium) 铝 Aluminum – oxide 铝氧化物 Aluminum passivation 铝钝化 Ambipolar 双极的 Ambient temperature 环境温度 Amorphous 无定形的，非晶体的 Amplifier 功放扩音器放大器Analogue(Analog) comparator 模拟比较器 Angstrom 埃 Anneal 退火

微电子技术及其发展

微电子技术及其发展 1200240227 杨晓东21世纪是高新技术时代的高速发展时期，随着科技不断进步与创新，电子行业逐渐占据重要地位。科学家们逐渐发现了微电子行业的巨大作用。那么什么是微电子呢？微电子在现代化进程中有哪些应用呢？它对一些科技发展是否起着不可或缺的作用呢？我们国家对于微电子的发展到了哪一步呢？国家又采用了什么政策呢？微电子是否和我们大学生青年息息相关呢？带着这些疑问，我们一同去探讨。 首先，到底什么是微电子呢？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。尽管只是作为电子学的分支学科，它主要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，以实现电路的系统和集成为目的，实用性强。微电子学又是信息领域的重要基础学科，在这一领域上，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，是研究信息获取的科学，构成了信息科学的基石，其发展直接影响着整个信息技术的发展。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。微电子学是一门综合性很强的边缘学科，其中包括了半导体器件物理、集成电路工艺和集成电路及系统的设计、测试等多方面的内容；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、测试和加工、图论、化学等多个领域。 可见微电子是一门极其复杂的电子科学。因为其广泛的应用，近年来在军事科技，通信及太空探索等方面得到迅速发展。微电子技术是高科技和信息产业的核心技术。微电子产业是基础性产业，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。另外，现代战争将是以集成电路为关键技术、以电子战和信息战为特点的高技术战争。几乎所有的传统产业只要与微电子技术结合，用集成电路芯片进行智能改造，就会使传统产业重新焕发青春。例如微机控制的数控机床己不再是传统的机床；又如汽车的电子化导致汽车工业的革命，目前先进的现代化汽车，其电子装备已占其总成本的70%。进入信息化社会，集成电路成为武器的-个组成单元，于是电子战、智能武器应

微电子科学与工程专业本科培养计划

微电子科学与工程专业本科培养计划 Undergraduate Program for Specialty in Microelectronic Science and Engineering 一、培养目标 Ⅰ．Program Objectives 本专业培养掌握微电子科学与工程专业必需的基础知识、基本理论和基本实验技能，能够从事该领域的各种微电子材料、器件、封装、测试、集成电路设计与系统的科研、教学、科技开发、工程技术、生产管理等工作的高级专门人才。 This program trains advanced talents with basic knowledge, theory and experimental skills necessary for Microelectronic Science and Engineering. These talents can be engaged in various works in microelectronic materials, devices, packaging, testing, integrated circuit design and system as well as the scientific research, education, technique development, engineering technology, production management. 二、基本规格要求 Ⅱ．Learning Outcomes 毕业生应获得以下几个方面的知识和能力： 1、具有扎实的自然科学基础，良好的人文社会科学基础和外语能力； 2、掌握本专业领域较宽的基础理论知识，主要包括固体物理、半导体物理、微电子材料、微电子器件、集成电路设计等方面的基础理论知识；在本专业领域内具备从事科学研究的能力； 3、受到良好的工程实践训练，掌握各种微电子器件与集成电路的分析、设计与制造方法，具有独立进行微电子材料及器件性能分析、集成电路设计、微电子工艺流程的基本能力；具备一定的工程开发和组织管理能力； 4、了解本专业的最新发展动态和发展前景，了解微电子产业的发展状况。 The program requires that the learners have the knowledge and abilities listed as follows: 1. Have solid foundation in natural science, basic fine knowledge in humanities and social sciences

微电子技术及其应用

微电子技术及其应用 041050107陈立 一、微电子技术简介 如今，世界已经进入信息时代，飞速发展的信息产业是这个时代的特征。而微电子技术制造的芯片则是大量信息的载体，它不仅可以储存信息，还能处理和加工信息。因此，微电子技术在如今已是不可或缺的生活和生产要素。 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。 作为电子学的分支学科，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。微电子学又是信息领域的重要基础学科，在这一领域上，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，是研究信息获取的科学，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。微电子科学技术的发展水平和产业规模是一个国家经济实力的重要标志。 微电子学是一门综合性很强的边缘学科，其中包括了半导体器件物理、集成电路工艺和集成电路及系统的设计、测试等多方面的内容；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、测试和加工、图论、化学等多个领域。 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。信息技术发展的方向是多媒体（智能化）、网络化和个体化。要求系统获取和存储海量的多媒体信息、以极高速度精确可靠的处理和传输这些信息并及时地把有用信息显示出来或用于控制。所有这些都只能依赖于微电子技术的支撑才能成为现实。超高容量、超小型、超高速、超高频、超低功耗是信息技术无止境追求的目标，是微电子技术迅速发展的动力。 微电子学渗透性强，其他学科结合产生出了一系列新的交叉学科。微机电系统、生物芯片就是这方面的代表，是近年来发展起来的具有广阔应用前景的新技术。 二、微电子技术核心—-集成电路技术 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，这样，整个电路的体积大大缩小，且引出线和焊接点的数目也大为减少，从而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。它在电路中用字母“IC”。 集成电路的分类 1．按功能结构分类 集成电路按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路 模拟集成电路又称线性电路,用来产生、放大和处理各种模拟信号（指幅度随时间变化的信号。例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等），其输入信号和输出信号成

微电子专业英语词汇

A Abrupt junction 突变结Accelerated testing 加速实验Acceptor 受主 Acceptor atom 受主原子Accumulation 积累、堆积Accumulating contact 积累接触Accumulation region 积累区Accumulation layer 积累层Active region 有源区 Active component 有源元Active device 有源器件Activation 激活 Activation energy 激活能Active region 有源（放大）区Admittance 导纳 Allowed band 允带 Alloy-junction device 合金结器件 Aluminum(Aluminium) 铝Aluminum – oxide 铝氧化物Aluminum passivation 铝钝化Ambipolar 双极的 Ambient temperature 环境温度Amorphous 无定形的，非晶体的Amplifier 功放扩音器放大器Analogue(Analog) comparator 模拟比较器 Angstrom 埃 Anneal 退火 Anisotropic 各向异性的 Anode 阳极 Arsenic (AS) 砷 Auger 俄歇 Auger process 俄歇过程Avalanche 雪崩 Avalanche breakdown 雪崩击穿Avalanche excitation 雪崩激发B brute-force attack 强力攻击Background carrier 本底载流子Background doping 本底掺杂Backward 反向 Backward bias 反向偏置Ballasting resistor 整流电阻 Ball bond 球形键合 Band 能带 Band gap 能带间隙Barrier 势垒 Barrier layer 势垒层 Barrier width 势垒宽度 Base 基极 Base contact 基区接触 Base stretching 基区扩展效应 Base transit time 基区渡越时间 Base transport efficiency 基区输 运系数 Base-width modulation 基区宽度 调制Basis vector 基矢 Bias 偏置 Bilateral switch 双向开关 Binary code 二进制代码 Binary compound semiconductor 二元化合物半导体 Bipolar 双极性的 Bipolar Junction Transistor (BJT) 双极晶体管 Bloch 布洛赫 Blocking band 阻挡能带 Blocking contact 阻挡接触 Body - centered 体心立方 Body-centred cubic structure 体 立心结构 Boltzmann 波尔兹曼 Bond 键、键合 Bonding electron 价电子 Bonding pad 键合点 Bootstrap circuit 自举电路 Bootstrapped emitter follower 自 举射极跟随器 Boron 硼 Borosilicate glass 硼硅玻璃 Boundary condition 边界条件 Bound electron 束缚电子 Breadboard 模拟板、实验板 Break down 击穿 Break over 转折 Brillouin 布里渊 Brillouin zone 布里渊区 Built-in 内建的 Build-in electric field 内建电场 Bulk 体/ 体内 Bulk absorption 体吸收 Bulk generation 体产生 Bulk recombination 体复合 Burn - in 老化 Burn out 烧毁 Buried channel 埋沟 Buried diffusion region 隐埋扩散 区 C Caesar cipher 凯撒加密法 capacitance 电容 capture categorize 分类 chaining mode 链接模式 challenge 质询 cipher feedback 加密反馈 collision 冲突 combine 集成 compatibility n.[计]兼容性 component 原件 confidentiality 保密性 constraint 约束 corresponding to 相应的 Cryptography 密码学 Can 外壳Capacitance 电容 Capture cross section 俘获截面 Capture carrier 俘获载流子 Carrier 载流子、载波 Carry bit 进位位 Carry-in bit 进位输入 Carry-out bit 进位输出 Cascade 级联 Case 管壳 Cathode 阴极 Center 中心 Ceramic 陶瓷（的） Channel 沟道 Channel breakdown 沟道击穿 Channel current 沟道电流 Channel doping 沟道掺杂 Channel shortening 沟道缩短 Channel width 沟道宽度 Characteristic impedance 特征阻 抗 Charge 电荷、充电 Charge-compensation effects 电 荷补偿效应 Charge conservation 电荷守恒 Charge neutrality condition 电中 性条件 Charge drive/exchange/sharing/transfer/st 1

微电子中英文专业词汇

Abrupt junction 突变结 Accelerated testing 加速实验 Acceptor 受主 Acceptor atom 受主原子 Accumulation 积累、堆积 Accumulating contact 积累接触 Accumulation region 积累区 Accumulation layer 积累层 Active region 有源区 Active component 有源元 Active device 有源器件 Activation 激活 Activation energy 激活能 Active region 有源（放大）区 Admittance 导纳 Allowed band 允带 Alloy-junction device合金结器件 Aluminum（Aluminium）铝 Aluminum - oxide 铝氧化物 Aluminum passivation 铝钝化 Ambipolar 双极的 Ambient temperature 环境温度 Amorphous 无定形的，非晶体的 Amplifier 功放扩音器放大器 Analogue（Analog） comparator 模拟比较器 Angstrom 埃 Anneal 退火 Anisotropic 各向异性的 Anode 阳极 Arsenic （AS）砷 Auger 俄歇 Auger process 俄歇过程 Avalanche 雪崩 Avalanche breakdown 雪崩击穿 Avalanche excitation雪崩激发 Background carrier 本底载流子 Background doping 本底掺杂 Backward 反向 Backward bias 反向偏置 Ballasting resistor 整流电阻 Ball bond 球形键合 Band 能带 Band gap 能带间隙 Barrier 势垒 Barrier layer 势垒层 Barrier width 势垒宽度 Base 基极 Base contact 基区接触 Base stretching 基区扩展效应 Base transit time 基区渡越时间 Base transport efficiency基区输运系数 Base-width modulation基区宽度调制 Basis vector 基矢 Bias 偏置 Bilateral switch 双向开关 Binary code 二进制代码 Binary compound semiconductor 二元化合物半导体 Bipolar 双极性的 Bipolar Junction Transistor （BJT）双极晶体管

聚酰亚胺在微电子领域的应用及研究进展 王正芳

聚酰亚胺在微电子领域的应用及研究进展王正芳 发表时间：2019-10-23T14:56:28.063Z 来源：《电力设备》2019年第10期作者：王正芳张馨予 [导读] 摘要：随着科技的深入发展，半导体和微电子工业已经成为国民经济的支柱性产业。 （天津环鑫科技发展有限公司天津市 30000） 摘要：随着科技的深入发展，半导体和微电子工业已经成为国民经济的支柱性产业。微电子工业的发展，除了设计、加工等本身技术的不断更新外，各种与之配套的材料的发展也有着十分重要的支撑作用。电子产品的轻量化、高性能化和多功能化使得其对高分子材料的要求也越来越高。聚酰亚胺(PI)可以说是目前电子化学品中最有发展前途的有机高分子材料之一。其优异的综合性能可满足微电子工业对材料的苛刻要求，因此得到了广泛的重视。 关键词：聚酰亚胺；PI薄膜；应用 信息产业的迅速发展除了技术的不断更新外，各种配套材料的发展同样占据着十分重要的地位。为微电子工业配套的专用化学材料通常称为“电子化学品”，其主要包括集成电路和分立器件用化学品、印刷电路板配套化学品、表面组装用化学品和显示器件用化学品等。电子化学品具有质量要求高、用量少、对生产及使用环境洁净度要求高和产品更新换代快等特点。同时PI具有比无机介电材料二氧化硅、氮化硅更好的成膜性能和力学性能，对常用的硅片、金属和介电材料有很好的粘结性能，聚酰亚胺（PI）薄膜具有良好的耐高低温性能、环境稳定性、力学性能以及优良的介电性能，在众多基础工业与高技术领域中均得到广泛应用。 一、PI发展及在微电子领域的应用 截至目前，PI已经成为耐热芳杂环高分子中应用最为广泛的材料之一，其大类品种就有20多种，较为著名的生产厂家包括通用电气公司GE、美国石油公司等，由于具有很好的热力学稳定性、机械性能及电性能，PI被广泛应用于半导体及微电子行业。可以说，微电子产业的发展水平，离不开PI材料的贡献。PI主要的应用包括下面方面。 1、α粒子的屏蔽层航空航天、军用集成电路在辐射环境中，遭受射线辐射后会发生性能劣化或失效，进而导致仪器设备的失控，因此其抗辐射的性能非常重要。高纯度（低杂质）的PI涂层是一种重要的耐辐射遮挡材料。在元器件外壳涂覆PI遮挡层，可有效防止由微量放射性物质释放的射线而造成的存储器错误。 2、元器件的金属层间介质以及先进封装的再布线技术材料。PI在微电子领域的很多应用，都是出于其优良的综合性能而不是单一特性，某些类似的应用可以发生在不同的领域中，一些应用情况也可以有多重的目的以及名称，因此在介绍文章的描述中，容易产生混乱。由于PI较低的介电常数减少电路时延和串扰，与其他材料的较好的粘附性防止脱离，常用金属材料在其中较低的扩散可靠性，挥发放气极低，以及良好的成膜和填平性，因此可作为多层金属互联结构的层间介质材料（ILD)，缓和应力，提高集成电路的速度、集成度和可靠性。类似的考虑也导致其作为先进封装的再布线RDL技术的首选介质材料，用于一般晶圆级的封装WLP中的扇入（Fan-in)和扇出（Fan-out)技术，以及多芯片组件（MCM）等技术中的再布线工艺。 3、微电子器件的钝化层\缓冲\填充\保护层。PI涂层作为钝化层，可有效地改善界面状况，阻滞电子迁移、降低漏电流，防止后序工艺和使用过程中的机械刮擦和表面污染，也可有效地增加元器件的抗潮湿能力。作为缓冲层（Stress Buffer）可有效地降低由于热应力和机械应力引起的电路崩裂断路。单层PI膜，往往同时起到化学钝化、机械保护、空间填充/平坦化的多重功能。此外，PI在微电子产业中的重要潜在应用还有：生物微电极（良好的生物相容性），以及光电材料（波导、开关器件），微电机（MEMS）工艺材料等。这些都是目前发展十分迅速的新兴技术领域，预示着这种介质材料的光明市场前景。尽管PI材料在微电子领域的市场前景十分广阔，且该领域与其他传统材料领域的也有很大不同，体现在初期体量小成本高，对材料的性能质量要求苛刻，而且呈现多样性特点，比如希望进一步降低介电常数，提高/降低玻璃化转变温度，降低吸水率等。在技术方面，它还面临着其他类似材料比如苯并环丁烯（BCB）聚合物，聚苯并唑（PBO）等的激烈竞争。 4、含氟PI在光波导材料中的应用。近年来，关于聚合物光波导材料的开发研究日益受到人们的重视。与传统的无机光波导材料相比，有机聚合物光波导材料具有如下特点:(1)较高的电光耦合系数;较低的介电常数;较短的响应时间和较小的热损耗;(2)加工工艺简单经济，无须高温加热处理，只要通过匀胶、光刻等工艺即可制得复杂的光电集成器件，而且器件具有轻巧、机械性能好的特点，适用于制作大型光学器件和挠性器件。目前研究较多的聚合物光波导材料包括氟代、氘代的聚甲基丙烯酸甲酯、含氟聚酰亚胺、含氟聚芳醚以及聚硅氧烷等[1]。含氟聚酰亚胺不仅具有传统聚酰亚胺材料所具有的耐高温、耐腐蚀、机械性能优良等性质，而且还具有溶解性能优异、低介电常数、低吸水率、低热膨胀系数等特性，因此非常适于制造光波导材料。 5、含氟PI在非线性光学材料中的应用。常用的非线性光学材料包括无机材料，如铌酸锂(LiNbO3)和有机聚合物材料，如聚酰亚胺等。聚合物作为非线性光学材料具有比无机材料更为明显的非线性光学效应、更快的响应速度以及低得多的介电常数。同时聚合物材料还具有结构多样、加工性能优越、与微电子技术和光纤技术具有良好适应性等特点，因此应用越来越广泛。与无机材料相比，PI材料具有非线性系数大、响应时间短、介电常数低、频带宽、易合成等特性，同时还具有优良的热性能、电性能、机械性能以及环境稳定性能等，而且可以与现有的微电子工艺良好地兼容，可在各种基材上制备器件，特别是可以制作多层材料，达到垂直集成，这是现有的铌酸锂等无机材料做不到的。含氟PI在保持PI固有的优良特性的同时，极大地改善了PI的溶解性，这就避免了聚酰胺酸在热亚胺化过程中，由于脱除小分子水留下“空穴”而引起光散射。 二、PI超薄膜未来发展趋势 PI超薄膜是近年才发展起来的一类高性能高分子薄膜材料，优异的综合性能很快确立了其在有机薄膜材料家族中的顶端地位。目前，PI超薄膜的发展方向主要体现在两个方面：一是标准型Kapton薄膜的超薄化；另一个是功能性PI超薄膜的研制与开发。对于前者而言，Kapton薄膜本身优良的热学与力学性能保证了其在超薄化过程中性能的稳定，其主要技术瓶颈更多地在于制备设备与制膜工艺参数的优化与调整。而对于功能性PI超薄膜而言，其性能不仅与设备和工艺有着密切的关系，而且树脂结构的分子设计以及新合成方法的研究也起着至关重要的作用。如何在保证特种功能的前提下，尽可能地保持PI薄膜固有的力学性能、热性能等是一项极具挑战性的研究课题，也是未来一项主要研究课题。 超薄型PI薄膜在现代工业领域中具有广泛的应用前景。国外十分重视这类材料的研制与开发，已经有批量化产品问世。由于PI超薄膜的应用领域较为特殊，国外对该材料的出口限制十分严格，某些品种甚至是对我国禁售的，这就需要国内尽早开展相关研究与产业化工

你该知道的微电子技术知识

你该知道的微电子技术知识 二大爷公司笨笨收集 微电子技术是十九世纪末,二十世纪初开始发展起来的以半导体集成电路为核心的高新电子技术,它在二十世纪迅速发展,成为近代科技的一门重要学科。微电子技术作为电子信息产业的基础和心脏,对航天航空技术、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发展产生直接而深远的影响。尤其是微电子技术是军用高技术的核心和基础。军用高技术的迅猛发展，武器装备的巨大变革，在某种意义来说就是微电子技术迅猛发展和广泛应用的结果。微电子技术的渗透性最强，对国民经济和现代科学技术发展起着巨大的推动作用，其发展水平和发展规模已成为衡量一个国家军事、经济实力和技术进步的重要标志。正因为如此、世界各国都把微电子技术作为最要害的技术列在高技术的首位，使其成为争夺技术优势的最重要的领域。 一、基本概念 简介：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。它包括系统电路设计、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,是微电子学中的各项工艺技术的总和。微电子技术是在电子电路和系统的超小型化和微型化过程中逐渐形成和发展起来的,其核心是集成电路,即通过一定的加工工艺,将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件,按照一定的电路互联,采用微细加工工艺,集成在一块半导体单晶片(如硅和砷化镓)上,并封装在一个外壳内,执行特定电路或系统功能。与传统电子技术相比,其主要特征是器件和电路的微小型化。它把电路系统设计和制造工艺精密结合起来,适合进行大规模的批量生产,因而成本低,可靠性高。

图1 微电子技术中元器件发展演变 特点：微电子技术当前发展的一个鲜明特点就是：系统级芯片（System On Chip，简称SOC）概念的出现。在集成电路（IC）发展初期，电路都从器件的物理版图设计入手，后来出现了IC单元库，使用IC设计从器件级进入到逻辑级，这样的设计思路使大批电路和逻辑设计师可以直接参与IC设计，极大的推动了IC产业的发展。由于IC设计与工艺技术水平不断提高，集成电路规模越来越大，复杂程度越来越高，已经可以将整个系统集成为一个芯片。正是在需求牵引和技术推动的双重作用下，出现了将整个系统集成在一个IC芯片上的系统级芯片的概念。其进一步发展，可以将各种物理的、化学的和生物的敏感器（执行信息获取功能）和执行器与信息处理系统集成在一起，从而完成从信息获取、处理、存储、传输到执行的系统功能，这是一个更广义上的系统集成芯片。很多研究表明，与由IC组成的系统相比，由于SOC设计能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况，可以在同样的工艺技术条件下实现更高性能的系统指标。微电子技术从IC 向SOC转变不仅是一种概念上的突破，同时也是信息技术发展的必然结果。目前，SOC技术已经崭露头角，21世纪将是SOC技术真正快速发展的时期。 微电子技术的另一个显着特点就是其强大的生命力，它源于可以低成本、大批量地生产出具有高可靠性和高精度的微电子结构模块。这种技术一旦与其他学科相结合，便会诞生出一系列崭新的学科和重大的经济增长点。作为与微电子技术成功结合的典型例子便是MEMS（微电子机械系统或称微机电系统）技术和生物芯片等。前者是微电子技术与机械、光学等领域结合而诞生的，后者则是与生物工程技术结合的产物。 应用领域：

微电子科学与工程专业

微电子科学与工程专业 一、培养目标 本专业培养德、智、体等方面全面发展，具备微电子科学与工程专业扎实的自然科学基础、系统的专业知识和较强的实验技能与工程实践能力，能在微电子科学技术领域从事研究、开发、制造和管理等方面工作的专门人才。 二、专业特色 微电子科学与工程是在物理学、电子学、材料科学、计算机科学、集成电路设计制造学等多个学科和超净、超纯、超精细加工技术基础上发展起来的一门新兴学科。微电子技术是近半个世纪以来得到迅猛发展的一门高科技应用性学科，是21世纪电子科学技术与信息科学技术的先导和基础，是发展现代高新技术和国民经济现代化的重要基础，被誉为现代信息产业的心脏和高科技的原动力。本专业主要学习半导体器件物理、功能电子材料、固体电子器件，集成电路设计与制造技术、微机械电子系统以及计算机辅助设计制造技术等方面的基础知识和实践技能，培养出来的学生在微电子技术领域初步具有研究和开发的能力。 三、培养标准 本专业学生要求在物理学、电子技术、计算机技术和微电子学等方面掌握扎实的基础理论，掌握微电子器件及集成电路的原理、设计、制造、封装与应用技术，接受相关实验技术的良好训练，掌握文献资料检索基本方法，具有较强的实验技能与工程实践能力，在微电子科学与工程领域初步具有研究和开发的能力。 毕业生应获得以下几方面的知识和能力： 1. 具有较好的人文科学素养、创新精神和开阔的科学视野； 2. 树立终身学习理念，具有较强的在未来生活和工作中继续学习的能力； 3. 具有较扎实的自然科学基本理论基础； 4. 具备微电子材料、微电子器件、集成电路、集成系统、计算机辅助设计、封装技术和测试技术等方面的理论基础和实验技能； 5. 了解本专业领域的科技发展动态及产业发展状况，熟悉国家电子信息产业政策及国内外有关知识产权的法律法规； 6.掌握文献检索及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法； 7.具有归纳、整理和分析实验结果以及撰写论文、报告和参与学术交流的能力。 77

微电子技术在生物医学中的应用

微电子技术在生物医学中的应用 摘要：微电子技术与生物学之间有着非常紧密的联系。一方面微电子技术的发展，将大大地推动生物医学的发展，另一方面生物医学的研究成果同样也将对微电子技术的发展起着巨大的促进作用。在这里我将主要从生物医学传感器、植入式电子系统、生物芯片这三个方面结合当前国际上最新进展来介绍两者之间的关系与发展。 关键字：微电子技术生物医学 一、引言 生物医学电子学是由微电子学、生物和医学等多学科交叉的边缘科学，为使得生物医学领域的研究方式更加精确和科学，所以将电子学用于生物医学领域。在生物医学与电子学交叉作用部分中最活跃、最前沿、作用力最大的一项关键技术就是微电子技术。特别是随着集成电路集成度的提高和超大规模集成电路的发展，元件尺寸达到分子级，进入了分子电子学时代，用有机化合物低分子、高分子和生物分子作芯片，它们具有识别、采集、记忆、放大、开关、传导等功能，更大大促进了医学电子学的发展。下面将主要从生物医学传感器、植入式电子系统、生物芯片这三个方面结合当前国际上最新进展来介绍两者之间的关系与发展。 二、生物医学传感器 生物医学传感器的作用是把生物体和人体中包含的生命现象、状态、性质、变量和成分等生理信息（包括物理量、化学量、生物量等）转化为与之有确定函数关系的电信息。生物医学传感器是生物医学电子学中最关键的技术，它是连接生物医学和电子学的桥梁。主要可分为如下几类：电阻式传感器，电容式传感器，电感式传感器，压电式传感器，光电传感器，热电式传感器，光线传感器，电化学传感器以及生物传感器等。它通过各种化学、物理信号转换器捕捉目标物与敏感膜之间的反应，然后将反应程度用连续的电信号表达出来，从而得出被检测样品的浓度。生物医学传感器的微型化和集成化是其中最重要的发展方向之一，其主要原因：1）它是实现生物医学设备微型化、集成化的基础；2）将使得生物医学测量和控制更加精确——达到分子和原子水平。是生物体成分(酶、抗原、抗体、激素、DNA) 或生物体本身(细胞、细胞器、组织)，它们能特异地识别各种被测物质并与之反应；后者主要有电化学电极、离子敏场效应晶体管( ISFET ) 、热敏电阻器、光电管、光纤、压电晶体(PZ) 等，其功能为将敏感元件感知的生物化学信号转变为可测量的电信号。因而它具有快速大量处理信息的能力，和诊断精确的特点。 常见的生物医学传感器主要可分为以下几种：电阻式传感器，电感式传感器，电容式传感器，压电式传感器，热电式传感器，光电传感器以及生物传感器等。 医学领域的生物传感器发挥着越来越大的作用。在临床医学中，酶电极是最

微电子技术的发展与应用研究

微电子技术的发展与应用研究 微电子技术的发展与应用研究,电子科学, 于功成约2612字 [摘要]微电子技术的迅速发展极大地推动了社会的进步，其应用领域也越来越广泛，现在已经成为衡量一个国家科学技术和综合国力的重要标志。论述微电子技术的发展现状及应用情况，并指明其未来的发展方向。 [关键词]微电子技术硅基CMOS 芯片 中图分类号:TN4文献标识码:A文章编号:1671,7597(2008)0420018,01 1946年2月美国莫尔学院研制成功的第一台电子数值积分器和计算器，是一个由18000个电子管组成，占地150平方米，重30吨的庞然大物。而现代社会由于微电子技术的发展，已进人系统集成芯片的时代，可将整个系统或子系统集成在一个硅芯片上。与传统电子技术相比，微电子技术的主要特征是器件和电路的微小型化。在21世纪，微电子技术已经成为改变生产和生活面貌的先导技术。 一、微电子技术的发展现状 在1948年贝尔实验室的科学家们发明了晶体管，这是微电子技术发展中第一个里程碑，1958年硅平面工艺的发展和集成电路的发明是第二个理程碑，1971年微机的问世是微电子技术第三个里程碑，之后出现了今天这样的以集成电路技术为基础的电子信息技术和产业。 微电子技术的核心是集成电路( IC)，它将继续沿着集成电路特征尺寸，不断缩小，集成电路( IC) 向着系统集成(SOC) 发展的道路走下去。以存储技术为代表的半导体集成电路遵守著名的Moore定律，即:在过去的30多年里，大约每三年集成度增加四倍，特征尺寸缩小为原尺寸的倍，而且在可以预知的未来，这种趋势仍将继续保持下去。(见表1 微电子技术的进步)。

微电子行业前景与就业形势

微电子行业前景与就业形势 当前，我们正在经历新的技术革命时期，虽然它包含了新材料、新能源、生物工程、海洋工程、航空航天技术和电子信息技术等等，但是影响最大，渗透性最强，最具有新技术革命代表性的乃是以微电子技术为核心的电子信息技术。 自然界和人类社会的一切活动都在产生信息，信息是客观事物状态和运动特征的一种普通形式，它是为了维持人类的社会、经济活动所需的第三种资源（材料、能源和信息）。社会信息化的基础结构，是使社会的各个部分通过计算机网络系统，连结成为一个整体。在这个信息系统中由通讯卫星和高速大容量光纤通讯将各个信息交换站联结，快速、多路地传输各种信息。在各信息交换站中，有多个信息处理中心，例如图形图像处理中心、文字处理中心等等；有若干信息系统，例如企事业单位信息系统，工厂和办公室自动化系统，军队连队信息系统等等；在处理中心或信息系统中还包含有许多终端，这些终端直接与办公室、车间、连队的班排、家庭和个人相连系。像人的神经系统运行于人体一样，信息网络系统把社会各个部分连结在信息网中，从而使社会信息化。海湾战争中，以美国为首的多国部队的通讯和指挥系统基本上也是这样一个网络结构，它的终端是直接武装到班的膝上（legtop）计算机，今后将发展到个人携带的PDA（Person-al Date Assistant）。 实现社会信息化的关键部件是各种计算机和通讯机，但是它的基础都是微电子。当1946年2月在美国莫尔学院研制成功第一台名为电子数值积分器和计算器（Electronic Numlerical Inte-grator and Computer）即ENIAC问世的时候，是一个庞然大物，由18000个电子管组成，占地150平方米，重30吨，耗电140KW，足以发动一辆机车，然而不仅运行速度只有每秒5000次，存储容量只有千位，而且平均稳定运行时间才7分钟。试设想一下，这样的计算机能够进入办公室、企业车间和连队吗所以当时曾有人认为，全世界只要有4台ENIAC就够了。可是现在全世界计算机不包括微机在内就有几百万台。造成这个巨大变革的技术基础是微电子技术，只有在1948年Bell实验室的科学家们发明了晶体管（这可以认为是微电子技术发展史上的第一个里程碑），特别是1959年硅平面工艺的发展和集成电路的发明（这可以认为是微电子技术第二个里程碑），才出现了今天这样的以集成电路技术为基础的电子信息技术和产业。而1971年微机的问世（这可以认为是微电子技术第三个里程碑），使全世界微机现在的拥有率达到％，在美国每年由计算机完成的工作量超过4000亿人年的手工工作量。美国欧特泰克公司总裁认为：微处理器、宽频道连接和智能软件将是下世纪改变人类社会和经济的三大技术创新。 当前，微电子技术发展已进入“System on Chip”的时代，不仅可以将一个电子子系统或整个电子系统“集成”在一个硅芯片上，完成信息加工与处理的功能，而且随着微电子技术的成熟与延拓，可以将各种物理的、化学的敏感器（执行信息获取的功能）和执行器与信息处理系统“集成”在一起，从而完成信息获取、处理与执行的系统功能，一般称这种系统为微机电系统（MEMS：Micro Electronics Machinery System），可以认为这是微电子技术又一次革命性变革。集成化芯片不仅具有“系统”功能，并且可以以低成本、高效率的大批量生产，可靠性好，耗能少，从而使电子信息技术广泛地应用于国民经济、国防建设乃至家庭生活的各个方面。在日本每个家庭平均约有100个芯片，它已如同细胞组成人体一样，成为现代工农业、国防装备和家庭耐用消费品的细胞。集成电路产业产值以年增长率≥13％，在技术上，集成度年增长率46％的速率持续发展，世界上还没有一个产业能以这样高的速度持续地增长。1990年日本以微电子为基础的电子工业产值已超过号称为第一产业的汽车工业而成为第一大产业。2000年电子信息产业，将成为世界第一产业。集成电路的原料主

微电子技术在医学中的应用

微电子技术在医学中的应用 管思旭 096314 自动化 摘要: 微电子技术是现代电子信息技术的直接基础。现代微电子技术就是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术。微电子技术的发展大大方便了人们的生活。它主要应用于生活中的各类电子产品，微电子技术的发展对电子产品的消费市场也产生了深远的影响。微电子技术过去在医学中的主要是应用于各类医疗器械的集成电路，在未来主要是生物芯片。生物芯片技术在医学、生命科学、药业、农业、环境科学等凡与生命活动有关的领域中均具有重大的应用前景。 一、微电子技术 1.定义 微电子技术，顾名思义就是微型的电子电路。它是随着集成电路,尤其是超大规模集成电路而发展起来的一门新的技术。 微电子技术是在电子电路和系统的超小型化和微型化过程中逐渐形成和发展起来的,其核心是集成电路,即通过一定的加工工艺,将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件,按照一定的电路互联,采用微细加工工艺,集成在一块半导体单晶片(如硅和砷化镓) 上,并封装在一个外壳内,执行特定电路或系统功能。与传统电子技术相比,其主要特征是器件和电路的微小型化。它把电路系统设计和制造工艺精密结合起来,适合进行大规模的批量生产,因而成本低,可靠性高。它的特点是体积小、重量轻、

可靠性高、工作速度快，微电子技术对信息时代具有巨大的影响。它包括系统电路设计、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,是微电子学中的各项工艺技术的总和。 2.发展历史 微电子技术是十九世纪末,二十世纪初开始发展起来的新兴技术,它在二十世纪迅速发展,成为近代科技的一门重要学科。它的发展史其实就是集成电路的发展史。1904 年,英国科学家弗莱明发明了第一个电子管——二极管，不就美国科学家发明了三极管。电子管的发明,使得电子技术高速发展起来。它被广泛应用于各个领域。1947 年贝尔实验室制成了世界上第一个晶体管。体积微小的晶体管使集成电路的出现有了可能。之后,美国得克萨斯仪器公司的基比尔按其思路,于1958 年制成了第一个集成电路的模型,1959 年德州仪器公司宣布发明集成电路。至此集成电路便诞生了。集成电路发明后,其发展非常迅速,其制作工艺不断进步,规模不断扩大。至今集成电路的集成度已提高了500 万倍,特征尺寸缩小200 倍,单个器件成本下降100 万倍。 3.微电子技术的应用 微电子技术广泛应用于民用、军方、航空等多个方面。现在人类生产的电子产品几乎都应用到了微电子技术。可以这么说微电子技术改变了我们的生活方式。 微电子技术对电子产品的消费市场也产生了深远的影响。价廉、可靠、