半导体器件物理chapter01new

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1、2013/9/12半导体器件物理PhysicsofPhysicsofSemiconductorDevices胡光喜教材《半导体器件原理》黄均鼐汤庭螯胡光喜编著2011年05月参考书1.《FundamentalsofModernVLSIDevices》YUANTAUR，TAKH.NINGCambridgeUniversityPress1998CambridgeUniversityPress,19982.《PhysicsofSemiconductorDevices》S.M.SzeJohnWiley&Sons,19

2、8412013/9/12半导体技术发展回顾‘40PNjunction‘47Point-ContactedTransistor‘51JunctionTransistor‘55FieldEffectTransistor‘58IntegratedCircuit‘60MOSFET‘63CMOS‘65Moore’sLaw‘66BipolarLogic‘69BiCMOS‘70NMOSIC‘72MOSFETScaling‘74Intel8080‘78Intel8086/8088‘82Intel80286Intel80286‘8

3、5Intel80386VLSIEra‘89Intel80486‘93IntelPentium‘95IntelPentiumPro‘97IntelPentiumII‘99IntelPentiumIII‘00IntelPentium422013/9/12摩尔定律每过18个月，集成电路的集成度要翻一番，器件的特征尺寸变为原来的0.7倍。GordonMoore,1965thenumberoftransistorspersquareinchonintegratedcircuitshaddoubledeveryyearsi

4、ncetheintegratedcircuitwasinvented.Moorepredictedthatthistrendwouldcontinuefortheforeseeablefuture.Insubsequentyears,thepacesloweddownabit,butdatadensityhasdoubledapproximatelyevery18months,andthisisthecurrentdefinitionofMoore’law.Mostexperts,includingMoorehi

5、mself,expectMoore’slawtoholdforatleastanothertwodecades.第一章半导体器件的物理基础能带论量子力学是能带论的基础统计力学载流子的连续性方程RG32013/9/12微观粒子的波粒二象性德布罗意物质波假设海森堡测不准原理泡利不相容原理薛定谔方程上个世纪初，量子力学的建立极大地改变了人类的思维方式。人类社会和科学技术能够达到今天的水平，量子力学有着不可磨灭的关键贡献。在引言部分，通过对量子力学理论发展的简要回顾，介绍一下本课程所需要了解的现代物理的一

6、些基本知识。在物理学的发展历史上，在上个世纪初以前，一系列物理实验结果无法从牛顿力学或经典物理上得到理论上的解释。其中最具典型代表的有：42013/9/12黑体辐射；光电效应；氢原子光谱；电子衍射试验；对上述实验物理诠释的努力导致了物理学上划时代的突破，这种突破首先体现在概念上，即：微观粒子的能量是不连续的，只能取某些特定的值；微观粒子具有波粒二象性(Particle-waveduality)；德布罗意(deBroglie)假设：=h/P.黑体辐射早在1859年，GustavKirchhoff证

7、明黑体辐射的能量仅取决于温度和所辐射能量的频率，即E=J(T,。而找到这个函数J给物理学家提出了一个挑战。GustavKirchhoff在此之后，许多物理学家在这方面作了很多工作。这包括JosefStefan于1879给出实验拟合结果，以及LudwigBoltzmann于1884年从经典热力学和Maxwell的电磁学理论出发，从理论上导出同样结果。也就是今天所知道的Stefan-Boltzmann定律。但是推导出全频域的函数J的各种努力均归于失败。52013/9/12光量子假设直到1900年，MaxPlan

8、ck在光量子假设的基础上，从理论上推导出了完备的Kirchhoff的J函数。Planck的工作指出了BlBoltzmann统计方法的可信性，但是出MaxPlanck发点却是完全不同的。现在，基于实验数据的理论从一个没有实验基础的基本假设出发，被完美地推导出来了。Planck因此获得了1918年诺贝尔物理奖。经典力学中，光的概念是一种波动。Planck的贡献就在于，光波是一