關于物理學與新能源技術1第1頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日2一、引言微電子技術：微型電子電路技術微電子：微型的電子電路實現某種特定功能的電子線路，集中制造在一塊小小的半導體芯片上。把由若干個晶體管電阻電容等器件組成半導體基片上第2頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日3一、引言微電子技術是信息社會生活和工作的基礎。信息化的關鍵是計算機和通訊機，其基礎都是微電子技術。微電子技術已經滲透到社會的各個領域，影響面極廣，發展微電子技術是當今高科技發展的關鍵問題。微電子技術的核心是集成電路技術；集成電路的標志性產品是CPU（即中央處理器）；它廣泛應用于人類社會的各個領域。如科技、經濟、軍事、金融、文教乃至家庭生活。第3頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日41、微電子技術應用微電子技術被廣泛應用于社會的各個行業微電子技術與計算機技術相輔相成，推動了信息技術的高速度發展傳統工業的行業改造和技術更新使商業領域的傳統賬冊產生了根本的變化與其他技術的結合和滲透發展成新的技術現代化的軍事與國防也離不開微電子技術深刻地、廣泛地影響著人們的生活

第4頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日5微電子無處不在：公共汽車IC卡、銀行儲蓄卡和信用卡、小區智能卡、電子手表、語言賀卡和玩具、電子琴、手機、洗衣機、電視機、電話機等等日常生活用品中都有芯片（微電子）。第5頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日6

1948年BELL實驗室發明第一只晶體管——微電子技術第一個里程碑；

1959年硅平面工藝的發展和集成電路的發明——微電子技術第二個里程碑；

1971年微機的問世——微電子技術第三個里程碑。2、微電子技術發展及現狀第6頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日7人的頭發100微米

Intel803861.20微米工藝33MHzIntel804860.80微米工藝100MHzIntelPentium0.60微米工藝200MHzIntelPII0.35微米工藝500MHzIntelPIII0.25微米工藝800MHz最近已經達到0.13微米2GMHz目前集成電路制造商進軍≤0.1微米工藝

電子元器件和線路越來越小、細，集成度越來越高，芯片運行的速度越來越高快。摩爾定律：集成度（容量）每1、2、1.5年（65、97年、媒體）翻一番，而價格保持不變甚至下降。大規模芯片生產已達到0.25微米工藝，0.06微米已應用于顯示，目前最窄：32納米。第7頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日83、向微米工藝的極限挑戰

目前，由Intel為代表的多家公司正在開發“極端紫外”光刻技術，用氙燈將波長降至0.01微米；IBM則致力于0.005微米波長的X射線光刻技術研究工作。光刻技術大規模集成電路的集成度是微電子技術的重要標志；單晶片的尺寸已經從原來的5英寸發展到了今天的8英寸、12英寸。第8頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日9電子管晶體管場效應管（厚膜）薄膜晶體管二、基本元件結構第9頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日10電子管又稱“真空管”（VacuumTube）電子管擁有三個最基本的極陰極(Cathode,K)：釋放出電子流屏極(Plate，P)：吸引和收集陰極發射的電子（集極）柵極(Gird,G)：控制電子流的流量電子管的放大作用直熱式三極管燈絲（Filament）的制作材料鎢絲釷鎢合金氧化鹼土1．電子管第10頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日11第11頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日12第12頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日132．晶體管半導體是制造晶體管的基本材料本征半導體、自由電子和空穴共價電子與N型半導體、P型半導體p-n結二極管和三極管極其工作原理

第13頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日14第14頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日15場效應管與晶體管的區別1.晶體管是電流控制元件；場效應管是電壓控制元件。2.晶體管參與導電的是電子—空穴，因此稱其為雙極型器件；場效應管是電壓控制元件，參與導電的只有一種載流子，因此稱其為單級型器件。3.晶體管的輸入電阻較低，一般102~104

；場效應管的輸入電阻高，可達109~1014

場效應管的分類結型場效應管JFETMOS型場效應管JFET3、場效應管第15頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日16

N溝道增強型MOS場效應管結構增強型MOS場效應管漏極D→集電極C源極S→發射極E柵極G→基極B襯底B電極—金屬絕緣層—氧化物基體—半導體因此稱之為MOS管Sect第16頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日17

N溝道耗盡型MOS場效應管結構耗盡型MOS場效應管+++++++

耗盡型MOS管存在原始導電溝道Sect第17頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日18

結型場效應管（JFET)結構P+P+NGSDN溝道結型場效應管導電溝道結型場效應管第18頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日194、薄膜晶體管(TFT)ATO=Al2O3/TiO2超晶格第19頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日20Ga-dopedZnO第20頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日21第21頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日22“集成電路”(IntegratedCircuit，IC)

把由若干個晶體管、電阻、電容等器件組成的、實現某種特定功能的電子線路，集中制造在一塊小小的半導體芯片上集成度發展神速

1962：幾個、1965：近100個（IC）

1967：100~1000個（中規模IC）

1967-1973：1000—10000個（LSIC）

1978：達10萬~100萬個單元（VLSIC）

目前集成度已突破千萬單元三、集成電路第22頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日23100個晶體管以下的集成電路稱為小規模集成電路100—1000個晶體管的集成電路稱為中規模集成電路1000個晶體管以上的集成電路稱大規模集成電路10萬個晶體管以上的集成電路稱超大規模集成電路第23頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日24第一代（以厘米為尺度的電子管）電子管計算機（1946-1957）第二代（以毫米為尺度的半導體）晶體管計算機（1959-1964）第三代小規模集成電路計算機（1964-1970）第四代大規模集成電路計算機（1970-）第24頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日25第25頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日26超大規模集成電路

Intel386芯片1.2微米、幾十萬個晶體管

P40.09微米、4200萬個晶體管第26頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日27集成電路中的基本元件結構陰極陽極集電極基極發射極源極柵極漏極

NPNPN+N+

金屬N+

P型襯底P型襯底P型襯底P型阱

PN結二極管NPN晶體管nMOS晶體管半導體材料和半導體集成電路N+、P+，重摻雜第27頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日28雙極集成電路工藝

砷注入SiO2SiO2

p-Si襯底

（a）埋層制備半導體集成電路工藝技術舉例子第28頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日29雙極集成電路工藝

N外延層P襯底N+

埋層

(b)外延層制備半導體和半導體集成電路第29頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日30雙極集成電路工藝光致抗蝕劑鈍化層N外延層

N+

P

（c）隔離區窗口制備半導體集成電路工藝技術第30頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日31雙極集成電路工藝溝道隔斷區硼離子注入

NNN+

P

(d)氧化物隔離區制備(1)半導體和半導體集成電路第31頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日32雙極集成電路工藝

NNSiO2P+N+P+

溝道隔斷區

P

(e)氧化物隔離區制備(2)

半導體集成電路工藝技術第32頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日33雙極集成電路工藝基區硼離子注入

光致抗蝕劑

NSiO2P基區P+

N+埋層

(f)基區制備

半導體集成電路工藝技術第33頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日34雙極集成電路工藝光致抗蝕劑

SiO2…

P+

N+埋層

(g)基區引線孔制備

半導體集成電路工藝技術第34頁，共40頁，星期日，2025年，2月5日35雙極集成電路工藝砷離子注入發射區基區集電區埋層N+