南京邮电大学微电子导论期末复习精品PPT课件
电子行业微电子学概论课件
电子行业微电子学概论课件1. 引言微电子学是研究和制造微小尺寸电子元器件的学科。
微电子学的发展和应用已经深入到各个领域，包括通信、计算机、医疗、能源等等。
本课程将介绍微电子学的基本概念、原理及其在电子行业中的应用。
2. 微电子学的基本概念2.1 微电子学的定义微电子学是研究和制造微小尺寸电子器件的学科，它将电子器件的尺寸缩小到微米级甚至纳米级。
2.2 微电子学的发展历程•1947年，第一只晶体管的发明，标志着微电子学的诞生。
•1959年，第一只集成电路问世，开创了微电子学领域的新时代。
•1971年，Intel推出了世界上第一款商用微处理器，开启了个人计算机时代。
2.3 微电子学的基本原理微电子学的基本原理包括： - 半导体材料的电子结构和载流子的行为 - PN结和二极管特性 - MOSFET的原理及其工作模式 - CMOS电路的基本结构和工作原理3. 微电子学主要器件3.1 晶体管晶体管是一种最基本的微电子学元件，它能够控制电流流动。
晶体管有三种基本类型：NPN型、PNP型和MOS型。
3.2 集成电路集成电路是将多个晶体管、电容、电阻等元件集成在一块半导体芯片上的芯片。
集成电路的种类包括模拟集成电路、数字集成电路和混合集成电路等。
3.3 传感器传感器是一种能够将各种物理量转换成电信号的器件，用于测量和控制。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、光敏传感器等。
4. 微电子学在电子行业中的应用4.1 通信领域微电子学在通信领域的应用非常广泛，如手机、无线通信、卫星通信等。
基于微电子学的芯片和传感器使得通信设备越来越小、智能化。
4.2 计算机领域微电子学的发展推动了计算机的快速发展。
微型计算机、个人计算机、服务器等计算机设备的核心是由微电子学器件构成的芯片。
4.3 医疗领域微电子学在医疗设备中的应用越来越重要。
例如，医疗传感器可以用于监测血压、心率等生理参数；医疗成像设备如X光机、核磁共振等也依赖于微电子学技术。
南邮通达微机期末复习共29页
南邮通达微机期末复习
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
南邮模电c期末复习第三章
0.02m
ICQ IBQ 100 0.02 2m
UCEQ UCC ICQ RC 12 2 3 6V
2. 静态工作点的图解分析法
直流图解分析是在晶体管特性曲线上，用作图的方法确 定出直流工作点，并求出IBQ、UBEQ和ICQ、UCEQ。
以左图为例，说明如何通过图解分 析法确定放大电路的静态工作点。
地收集载流子。
c
c
2. 外部条件
b
b
NPN
PNP
发射结(eb结)正偏 集电结(cb结)反偏
e
e
UC ＞ UB＞ UE UC ＜ UB ＜ UE
共射输出特性曲线可分为4个区域(饱和区、放大区、截
止区、击穿区)。
iC/mA uCE=uBE
饱4
和 区3
放
击
大
2
区
1
穿 区
0
5
10 15 截止区
iB=-ICBO uCE/V
RC=RL=2kΩ, RE=1kΩ, UCC=12V, β=80, rbb′=100Ω, Rs=0.6kΩ, 试求直流工作点ICQ, UCEQ及Au, Ri, Ro和Aus 等项指标。
直流通路
解: 画出直流通路，用估算法计算静态工作点Q：
UB
RB 2 RB1 RB2
U CC
25 12 75 25
c 集电极 collector
NPN
b
c
N
集电区
base
集电结
e
b
P
基极
基区
N+
发射区
发射结
发射极箭头方向是指发 射结正偏时的电流方向
PNP
微电子学概论PPT课件
的特点
集成电路的分类
导论
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
集成电路的分类
器件结构类型 集成电路规模 使用的基片材料 电路形式 应用领域
器件结构类型分类
导论
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
集成电路（IC）产值的增长率（RIC）高于电子 工业产值的增长率（REI）
电子工业产值的增长率又高于GDP的增长率 （RGDP）
一般有一个近似的关系
RIC≈1.5~2REI REI≈3RGDP
微电子学发展情况
导论
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
世界GDP和一些主要产业的发展情况
晶体管的 发明
集成电路 发展历史
集成电路 的分类
微电子学 的特点
1947年12月13日 晶体管发明 1958年 的一块集成电路 1962年 CMOS技术 1967年 非挥发存储器 1968年 单晶体管DRAM 1971年 Intel公司微处理器
摩尔定律
导论 晶体管的
发明 集成电路
发展历史 集成电路
高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电 子学发展的方向
微电子学的渗透性极强
它可以是与其他学科结合而诞生出一系列新的 交叉学科，例如微机电系统(MEMS)、生物芯 片等
作业
微电子学？
导论 晶体管的
微电子学核心？
发明 微电子学主要研究领域？
集成电路 发展历史
微电子学特点？
集成电路 集成电路？
的分类
例如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等
南邮数字电路与逻辑设计总复习题ppt课件
F = (A + B) ·C + A + B +C
三、（1）若F（ABC）=Σm（0，1，3，6）则其对偶式F’= Σm （ 0, 2, 3, 5
解:
F（ABC）=Σm（0，1，3，6）
F（ABC）=Σm（2，4，5，7） F’（ABC）=Σm（5，3，2，0）
；.
）。
7
四. 填空 (1)F(A,B,C)=AB+BC=∑m(?) 解: F(A,B,C)=AB+BC = AB( C+ C ) + ( A+ A )BC = ABC + ABC +ABC = m7 + m6 +m3 =∑(7,6,3)
即：10000 – 0101 = 1011。
；.
39
9、试用一个四位数值比较器7485和一个四位全加器74283（不允许附加任何 器件）将四位二进制数B3B2B1B0转换成8421BCD码000D10D8D4D2D1（其中 000D10D8D4D2D1 分别表示十进制数的十位、个位数的8421BCD码）。
=AB AC
；.
17
(2)F=(ACD+ABC+ABC+ACD)ABC+ACD+ABC+ACD 求最简“与-或”式。
解:
F=BD
；.
18
(3)、已知
F1（A B C D）=Σm（0，3，4，5，7，9，10，13，14，15） F2（A B C D）=Σm（2，3，5，6，7，9，12，13，15） 试用卡诺图运算的方法求 F3（A B C D）= F1（A B C D）⊙ F2（A B C D）的最简与或表达析这个电路完成什么功能？
南邮课件-数字电路-期末总复习
VC C
EN
C
A0
B
A1
A
A2
D0
D 1 7 41 5 1 D2
Y
F
D3
D4
D5
D
1
D6 D7
（2）降二维用1/2 74153实现。
C
C
1
BLeabharlann A0AA1
D0
1_ 2
7
41
5
3
1
D1
Y
F
D2
D3
EN
D
1
=D+C
B
四､比较器 1､四位二进制比较器（典型芯片74LS85）
1) 单片（连接）
2)多片连接（扩展比较位数） a）串联比较方式
指出：利用对偶规则，基本定律可只记一半，常用 公式被扩展一倍。如:P18 表2.3所示
四、逻辑函数的表达式 （一）､常用表达式 (五种形式)
五､逻辑函数的标准表达式 1､最小项､最小项表达式 （1）最小项的概念及其表示 最小项的特点：
①首先是一个乘积项，用符号mi表示。 ②它包含了所有的变量，而且变量以原变量或 反变量的形式只出现一次。
把乘积项拆为两项,
（2）､或与式的化简 化简方法：
①利用“或与”形式的公式进行化简。
②采用二次对偶法进行化简。
“或与”式用公式法进行化简比较繁琐，建议采 用二次对偶比较简单。
2､卡诺图化简法（重点）
（一）､函数的卡诺图表示法(或卡诺图填图规律) (1)填写卡诺图的方法 （有两种方法） ①展开成标准表达式。 ②用观察法移植。（重点介绍） (2)卡诺图的运算 ①两卡诺图相加
3. 多位十进制数的表示
代码间应有间隔 例：( 380 )10 = ( ? )8421BCD 解：( 380 )10 = ( 0011 1000 0000 )8421BCD
微电子课件
电阻率
影响迁移率的因素： 有效质量 平均弛豫时间（散射〕
体现在：温度和 掺杂浓度
q
m
半导体中载流子的散射机制： 晶格散射（ 热 运 动 引 起） 电离杂质散射
散射机理 晶格散射
杂质散射
+ +
迁移率与掺杂浓度的关系
迁移率与温度的关系
总复习第2章
pn结部分 （1）什么叫pn结，如何形成的
gm
iDቤተ መጻሕፍቲ ባይዱuGS
|uDS 常数
结型场效应管
栅源电压对沟道的控制作用
在栅源间加负电压uGS ，令uDS =0 ①当uGS=0时，为平衡PN结，导电沟道最宽。 ②当│uGS│↑时，PN结反偏，形成耗尽层，导电沟道变窄，沟
道电阻增大。 ③当│uGS│增加到一定值Up时 ，沟道会完全合拢。
结型场效应管
半导体的能带结构
导带
Eg
价带
价带：被电子填充的能量最高的能带 导带： 未被电子填充的能量最低的能带 禁带：导带底与价带顶之间能带 带隙：导带底与价带顶之间的能量差
金属导体Eg=0
绝缘体Eg很大 10eV以上
半导体Eg适中 在0.1-5eV
典型半导体禁带宽度
Si
1.1
Ge 0.67
GaAs 1.43
集成电路按器件结构可分为什么类型，各有什么特 点？
总复习第2章半导体物理
回答以下概念 （1）能带结构：导带、价带、禁带，多数载流子、 少数载流子， （2）本征、n型、p型半导体（费米能级位置） （3）施主杂质、受主杂质、施主能级、受主能级 （4）费米能级 （6）迁移率、晶格散射、杂质散射
什么叫迁移率，迁移率与温度以及掺杂浓度有什么 变化关系，并说明原因？
《微电子器件原理》复习题课件
《微电⼦器件原理》复习题课件考试时间： (第⼗周周⼆6-8节)考试地点：待定《微电⼦器件原理》复习题及部分答案⼀、填空1、PN结电容可分为扩散电容和过渡区电容两种，它们之间的主要区别在于扩散电容产⽣于过渡区外的⼀个扩散长度范围内，其机理为少⼦的充放电，⽽过渡区电容产⽣于空间电荷区，其机理为多⼦的注⼊和耗尽。
2、当MOSFET器件尺⼨缩⼩时会对其阈值电压V T产⽣影响，具体地，对于短沟道器件对V T的影响为下降，对于窄沟道器件对V T的影响为上升。
3、在NPN型BJT中其集电极电流I C受V BE电压控制，其基极电流I B受V BE电压控制。
4、硅-绝缘体SOI器件可⽤标准的MOS⼯艺制备，该类器件显著的优点是寄⽣参数⼩，响应速度快等。
5、PN结击穿的机制主要有雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿等等⼏种，其中发⽣雪崩击穿的条件为V B>6E g/q。
6、当MOSFET进⼊饱和区之后，漏电流发⽣不饱和现象，其中主要的原因有沟道长度调制效应，漏沟静电反馈效应和空间电荷限制效应。
⼆、简述1、Early电压V A；答案：2、截⽌频率f T；答案：截⽌频率即电流增益下降到1时所对应的频率值。
3、耗尽层宽度W。
答案：P型材料和N型材料接触后形成PN结，由于存在浓度差，就会产⽣空间电荷区，⽽空间电荷区的宽度就称为耗尽层宽度W。
4、雪崩击穿答案：反偏PN中，载流⼦从电场中获得能量；获得能量的载流⼦运动与晶格相碰，使满带电⼦激出到导带，通过碰撞电离由电离产⽣的载流⼦（电⼦空⽳对)及原来的载流⼦⼜能通过再碰撞电离,造成载流⼦倍增效应，当倍增效应⾜够强的时候，将发⽣“雪崩”——从⽽出现⼤电流，造成PN结击穿，此称为“雪崩击穿”。
5、简述正偏PN结的电流中少⼦与多⼦的转换过程。
答案：N型区中的电⼦,在外加电压的作⽤下,向边界Xn漂移,越过空间电荷区,在边界Xp形成⾮平衡少⼦分布,注⼊到P区的少⼦,然后向体内扩散形成电⼦扩散电流,在扩散过程中电⼦与对⾯漂移过来的空⽳不断复合,结果电⼦扩散电流不断转为空⽳漂移电流.空⽳从P区向N区运动也类同.6、太阳电池和光电⼆极管的主要异同点有哪些？答案：相同点：都是应⽤光⽣伏打效应⼯作的器件。
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P+
P+
N
Isat
(3)VGS<VT<0, VDS=Vsat<0:漏结边缘反型层宽度减小到零，ID达ID 到最大值。
上一专题习题答案
• 3源极
V栅GS<极VT<0
VDS<Vsat<0 漏极
VDS
IDS
Vsat=VGS-VT
P+
P+
N
Isat
(4)VGS<VT<0, VDS<Vsat<0 :沟道被夹断，随着VDS的减小有效沟道长度减小，ID饱和。 ID
➢ 2-2载流子的主要输运模式是什么？影响载 流子输运的因素有哪些？
2-3
微电子器件基础
• 2-3在室温下的单晶硅进行硼掺杂，硼的浓度为 3×1015cm－3。试求半导体中多子和少子的浓度。若 再掺入浓度为4.5×1015cm－3的磷，试确定此时硅的导 电类型，并求出此时的多子和少子浓度。
解：第一次掺杂：半导体为P型
解：由
qV
得：
I Is (e kT 1)
V
kT q
ln I
/
Is
1
0.74V
3-3
• 3-3定义通过基区流入集电结的电流和发射极注入 电流之比为电流传输率α，证明：
证明：
1
Ic / Ie Ic Ic Ic / Ie
Ib Ie Ic 1 Ic / Ie 1
3-4
3-4共发射极接法晶体管中，基极电流Ib＝20μA，电流传输率 α＝0.996，试求此时的发射极电流Ie。
解：
Ie
Ib
Ic
Ib
Ib
1
1
Ib
Ib
1
5mA
3-5
• 3-5试证明在NMOS工作在深线性区时（ VDS<<VGS-VT），ID和VDS近似满足如下关系：
证明：
ID (VGS VT )VDs
ID (VGS VT 0.5VDS )VDs (VGS VT )VDs 0.5VD2S (VGS VT )VDs
则你认为K会受到下面哪些因素的影响？怎样 影响？（沟道长度、沟道宽度、沟道浓度）
P－MOSFET 与N－MOSFET
ID
线 性 区
VGS50>VGS>VVGTS1
VDS
截止区
饱和区
VGS4
VGS2
VGS3
VGS3
线 性
饱和区
区
VGS2
VGS4
截止区
VGS1
VGS<VT VDS
NMOS I-V特性曲线
VGS5
ID PMOS I-V特性曲线
思考题
•思考题：设ID K (VGS VT 0.5VDS )VDs
多子为空穴：
p N A 31015 cm3
少子为电子：
n ni2 / N A 7.5104 cm3
第二次掺杂：半导体由P型变为N型。
多子为电子： 少子为空穴：
n ND N A 1.51015 cm3
n ni2 /(ND N A ) 1.5105 cm3
电子科学与工程学院 郭宇锋
第三章重点与难点小结
xN
N A xP ND
n
ni2
/ NA
0.54m ND
N
（2）由题意： xP' xN' 1.6m 51015 xN' 31015 xP'
两式联立，解得： xN' 0.6m xP' 1.0m 因耗尽区变宽，故PN结处于反偏状态。
XN
XP X
NA
3-2
• 3-2一个硅PN结二极管，室温（300K）下饱 和电流为1.48×10-13A，正向电流已知为 0.442A，求此时的正向电压。
《微电子学导论》复习
第一章 重点与难点小结
• 微电子学的概念和特点、集成电路的概念和作用、半导 体、微电子和集成电路的关系。
• 微电子技术的战略地位、发展动力和对传统产业的渗透 与带动作用。
• 微电子技术的历史：摩尔定律、第一台通用电子计算机 、第一个晶体管、第一块集成电路、第一台微处理器、 我国第一款商品化通用高性能CPU。
• 微电子技术的现状与挑战：微电子产业链及其特点、微 电子产业面临的挑战。
• 我国的微电子产业：历史、产业化基地、产业分布、紧 缺人才。
第二章重点与难点小结
• 半导体材料的分类、硅的晶体结构 • 能带理论的三个假设、能带、满带、空带、价带
、导带、禁带、带隙（禁带宽度）等的概念 • 电子的跃迁、固体的导电模型、本征半导体与杂
P+
P+
N
(2)VGS<VT<0, Vsat<VDS<0:栅极下方耗尽区宽度从源到漏逐渐增加ID ， 而反型层宽度从源到漏逐渐减小，ID随VDS减小而线性增加。
3-6
• 3-6试分析P MOSFET的工作机理
。
源极
V栅T <极VGS<0漏VD极S=Vsat<0 VDS IDS
Vsat=VGS-VT
质半导体、施主、受主、杂质能级 • 电子和空穴、本征载流子浓度及其影响因素、 • 多子和少子、电中性条件 • 半导体中的载流子浓度计算、载流子的输运机制
：扩散运动和漂移运动、影响扩散电流的因素、 影响漂移电流的因素。迁移率的概念和影响因素 • 载流子的复合
2-1,2-2
➢ 2-1用于推导能带论的基本假设有哪些？什 么是能带论？用能带论的观点来区分金属 、半导体和绝缘体。
3-1
• 3-1一个硅PN结的掺杂浓度为NA＝3×1015cm-3,ND=5×1015cm-3 ，（1）若平衡时P型硅一侧的耗尽区宽度为0.9μm，求此时总
的耗尽区宽度。（2）若给此PN结施加偏压后，总耗尽区宽度
变为1.6 μ m，求P侧和N侧的耗尽区宽度，并判断此时PN结处
于正偏还是反偏。
解：（1）由 ND xN NAx得P ： 故： xM xP xN 1.44m
3-6
• 3-6试分析P MOSFET的工作机理
。
源极
V栅T <极VGS<0漏极VDS<0
VDS
IDS
P+
P+
N
(1)VT<VGS<0,VDS<0:漏结耗尽区扩展，使得栅极下方耗尽区宽 ID 度从源到漏逐渐增加，晶体管截止，IDS＝0。
3-6
• 3-6试分析P MOSFET的工作机理
。
源极
V栅T <极VGS<0漏Vs极at < VDS<0 VDS IDS
• PN结形成的微观过程、空间电荷区、PN结 的能带、PN结的正向偏置与反向偏置、雪 崩击穿的物理过程、PN结的IV特性和应用
• 双极晶体管的结构、共发射极接法、电流 增益和电流传输率、晶体管特性曲线及其 分区。双极晶体管的应用和特点。
• MOS场效应晶体管的基本结构和分类、阈 值电压的概念和影响因素、N MOSFET工作 机理、I-V特性曲线及其分区、 MOSFET的应 用和特点。