半导体器件技术

1 什么是半导体

真空管，1904

晶体管，1947

电阻率ρ，电导率σ

导体，半导体，绝缘体

四价元素，硅，高纯度晶体硅，正四面体结构，电子层，最外层电子

 

2 硅的物理特征

硅原子内部：圆周运动 ×  波函数√

电子云，概率，硅原子中的能量等级K，L，M层

导带，阻带，能量带空隙，自由电子

空穴理论

根据波函数算自由电子波长，然后算电子波能量，导带的能级密度

费米-狄拉克分布，可以计算在硅单质中的电子数以及空穴数

费米能量，玻尔兹曼常数，绝对温度

掺杂半导体，P型，N型

 

3 PN结和二极管

扩散电流和漂移电流，迁移率

库伦定律和泊松方程

耗尽区

PN结I-V关系的推导

 

4 三极管

NPN型 发射极 基极 集电极

放大电路

 

5 MOSFET

比较MOSFET和三极管的区别

MOSFET的能量模型，平带状态，聚集状态，耗尽状态，反型层状态，强反型层

log（Ids）vs Vgs，S参数，

Ids vs Vds 公式推导，Pinch-off点

qN1 = Cox（Vgs - Vth）

Back gate（body bias）

Vth vs Vbs 图像

门电容Cg

短沟道效应：击穿，DIBL

热电子：Vth在器件寿命中的增加，Floating gate，Floating body

latch up现象

 

6  CMOS集成电路

CMOS的静态特性，直流特性，输入输出曲线，Vm，Imax

图像对称：βn = βp ，W/L比

CMOS的动态特性，电路模型，上升时间，下降时间

环形振荡器

反相器链：自然增长e

CMOS组合逻辑电路：NAND，NOR，复合门

CMOS时序电路：RS锁存器，JK锁存器，主从触发器

传输门实现的D触发器

1/2分频电路

电流镜灵敏放大器

锁存型灵敏放大器

charge pump电路：电容，二极管，电压源