微电子器件(1-7)
微电子学概论复习文档
微电子学概论复习文档一、微电子学概述1.定义：微电子学是研究微米尺寸电子元器件（如晶体管、集成电路等）的科学。
2.特点：尺寸小、功能集成、速度快、功耗低。
3.应用领域：计算机、通信、医疗、汽车、工业控制等。
二、基本概念1.晶体管：是微电子学的基本元件，分为NPN型和PNP型。
2.集成电路：是晶体管和其他电子元件的组合，包括集成电路芯片和集成电路模块。
3.可编程逻辑器件（PLD）：是一种可以编程的数字逻辑电路，如可编程门阵列（PAL）和可编程逻辑阵列（PLA）等。
三、微电子器件1.MOSFET晶体管：结构简单，使用广泛，适用于各种应用场合。
2.双极型晶体管：用于放大和开关电路。
3.发光二极管（LED）：将电能转化为光能的器件。
4.激光二极管：用于激光器、光纤通信等领域。
5.硅基混合集成电路：将硅MOSFET和双极型晶体管结合使用，提高集成度和性能。
四、半导体材料与器件1.硅材料：常用的半导体材料，具有良好的电子和热导性能。
2.砷化镓材料：适用于高频器件，具有较好的导电性能。
3.砷化铝材料：适用于光电子器件，具有良好的光电转换性能。
五、集成电路制造工艺1.可重复制造技术：使用模版制造集成电路。
2.硅工艺：将器件制作在硅基底上。
3.制作流程：薄膜沉积、光刻、蚀刻、扩散等。
六、集成电路设计与布局1.电路设计：根据电路功能和性能要求设计电路。
2.电路布局：将电路元件放置在集成电路芯片上的过程。
3.电路布线：将芯片内的电路元件连接起来的过程。
七、集成电路测试与封装1.电气测试：测试集成电路的功能和性能。
2.封装：将芯片封装在注塑封装或球栅阵列封装中，提供对外连接。
八、微电子器件的未来发展1.器件尺寸的进一步缩小。
2.功耗的进一步减少。
3.通信和计算速度的进一步提高。
4.新材料的应用和新器件的研发。
以上是关于微电子学概论的复习笔记，希望对你的复习有所帮助。
通过对这些知识点的复习，你可以对微电子学的基本原理和应用有一个全面的了解，为进一步深入学习微电子学打下坚实的基础。
微电子可靠性工程 第2章
第二章电子元器件可靠性数学表征本章内容2.1 可靠度2.2 累积失效概率2.3 失效分布密度2.4 失效率2.5 寿命2.5.1 平均寿命2.5.2 可靠寿命2.5.3 中位寿命2.5.4 特征寿命2.6 微电子器件常见的失效分布函数2.6.1 指数分布2.6.2 正态分布2.6.3 对数正态分布2.6.4 威布尔分布2.1 可靠度为了衡量电子产品在规定条件、规定时间内完成规定功能的能力，必须引出可靠性的定量概念。
根据可靠性的定义，说明对于电子元器件在规定的条件下和规定的时间内，可能具有完成规定功能的能力，也可能丧失了完成规定功能的能力(称为失效)。
这应属于一种随机事件。
描述这种随机事件的概率可用来作为表征电子元器件可靠性的特征量和特征函数，即用概率来表征电子元器件完成规定功能能力的大小。
这样，可靠性定义即可定量化为：电子元器件在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。
这种概率称之为电子元器件的可靠度，通常用字母R表示。
可靠度R(t)：表示电子元器件产品在规定条件下使用一段时间t后．还能完成规定功能的概率。
如果将这段时间记为电子元器件的寿命，则可靠度表示从开始用到失效的时间。
可靠度的概率表达式为：()()t=R≥TPttnNtR )()(−≈N()t R产品在t时刻的单位时间内的失效概率。
失效分布函数F(t)的导函数称为失效密度函数f(t)(或失效概率密度函数），其表达式如下：f(t),F(t),R(t)三者关系如图。
只要确定f(t)或F(t)，可靠度函数R（t）就随之而定，通常所说的器件失效分布类型指的就是f(t)或F(t)的函数类型。
()t F ()t R ()t f N f (t)—（0，t）时间区间内失效产品数或失效次数。
失效率是标志产品可靠性的常用数量特征之一。
失效率愈低，可靠性愈高。
对于长寿命的电子元器件常用来表征产品的可靠性水平。
)(t λ失效密度函数是一个描述产品失效规律的重要概念。
微电子器件期末试题
微电子器件期末试题一、填空题1.PN结中P区和N区的掺杂浓度分别为NA和ND,本征载流子浓度为ni，kTNANDln则PN结内建电势Vbi的表达式Vbi?。
2qni2.对于单边突变结P?N结，耗尽区主要分布在N区，该区浓度越低，则耗尽区宽度值越大，内建电场的最大值越小；随着正向偏压的增加，耗尽区宽度值降低，耗尽区内的电场降低，扩散电流提高；为了提高P?N结二极管的雪崩击穿电压，应降低N区的浓度，这将提高反向饱和电流IS。
解析：?|E|_n?sma_qND_p?_d??s|Ema_|qNA?s|Ema_|?s|Ema_|qND_n?qNA??s?111?)| Ema_|?s|Ema_|qNDNAqN0(?s11Vbi???Ed_?(_n?_p)|Ema_|?|Ema_|2?_p22qN0|Ema_ |?(2qN0Vbi)?[122kTNANDln(?sNAND)12ni]2?s(NA?ND)对于单边突变结，可通过适当降低轻掺杂一侧的掺杂浓度，使势垒区拉宽来提高雪崩击穿电压。
反向饱和电流IS?(qDpLpDpqDnDn2pn?np)?qni(?)LnLpNDLnNA3.在设计和制造晶体管时，为提高晶体管的电流放大系数，应当增加发射区和基区的掺杂浓度的比值解析：???_??[1?(NE，降低基区宽度。
NB?1WB2DWNR)](1?EBB)?(1?b)(1?口E) 2LBDBWENE?BR口BqV，此2kT4.对于硅PN 结，当V0.45V时，电流密度J满足关系式lnJ?qV，此时以正向扩散电流为主；在室温下，反向电流以势垒区kT产生电流为主，该电流与ni存在?ni关系。
解析：当温度较低时，总的反射电流中以势垒区产生电流为主；当温度较高时，则以反射扩散电流为主。
对于硅PN结，在室温下以势垒区产生电流为主，只有在很高的温度下才以反向扩散电流为主。
反向扩散电流含ni2因子，势垒区产生电流则含?ni因子。
GJB548B微电子器件试验方法和程序文件(2020年8月整理).pdf
GJB 548B-2005 微电子器件试验方法和程序点击次数：181 发布时间：2011-3-1 14:24:07GJB 548B-2005 代替 GJB 548A-1996中华人民共和国国家军用标准微电子器件试验方法和程序Test methods and procedures for microelectronic device方法 1009.2 盐雾(盐汽)1 目的本试验是为了模拟海边空气对器件影响的一个加速的腐蚀试验1.1 术语和定义1.1.1 腐蚀 corrosion指涂层和(或)底金属由于化学或电化学的作用而逐渐地损坏1.1.2 腐蚀部位 corrosion site指涂层和(或)底金属被腐蚀的部位，即腐蚀位置1.1.3 腐蚀生成物(淀积物) corrosion product(dcposit)指腐蚀作用的结果(即锈或氧化铁、氧化镍、氧化锡等)。
腐蚀生成物可能在原来腐蚀部位，或者由于盐液的流动或蔓延而覆盖非腐蚀区域。
1.1.4 腐蚀色斑 corrosion stain腐蚀色斑是由腐蚀产生的半透明沉淀物。
1.1.5 气泡 blister指涂层和底金属之间的局部突起和分离1.1.6 针孔 pinhole指涂层中产生的小孔，它是完全贯穿涂层的一种缺陷。
1.1.7 凹坑 pitting指涂层和(或)底金属的局部腐蚀，在某一点或小区域形成空洞1.1.8 起皮 flaking指局部涂层分离，而使底金属显露2 设备盐雾试验所用设备应包括：a) 带有支撑器件夹具的试验箱。
该箱及其附件应彩不会与盐雾发生作用的材料(玻璃、塑料等)制造。
在试验箱内，与试验样品接触的所有零件，应当用不产生电解腐蚀的材料制造。
该箱应适当通风，以防止产生“高压”，并保持盐雾的均匀分布；b) 能适当地防止周围环境条件对盐溶液容器的影响。
如需要，为了进行长时间试验，可采用符合试验条件C和D(见3.2)要求的备用盐溶液容器；c) 使盐液雾化的手段，包括合适的喷嘴和压缩空气或者由20%氧、80%氮组成的混合气体(应防止诸如油和灰尘等杂质随气体进入雾化器中);d) 试验箱应能加热和控制e) 在高于试验箱温度的某温度下，使空气潮湿的手段；f) 空气或惰性气体于燥器；g) 1倍~3倍、10倍~20倍和30倍~60倍的放大镜。
微电子器件电磁脉冲损伤机理及防护技术研究
注入 或 反偏注 入 情况 下 ，随 着ＥＰ 入 电平 的 增大 或 是ＥＰ 宽 的增 加 ，结 Ｍ注 Ｍ脉
温 将 不 断上升 ，当结 温达 到 金属 化 系统 与硅 的合 金温 度 时 ，发射 结 上 的金 属化条 会 穿透发 射 结及基 区使Ｅ Ｃ 间短路 ，器 件烧 毁 ，按一 维热传 导方程 —之 可求解 ＰＮ 温升 （Ａ ｊ —结 ）与 ＥＰ Ｔ Ｍ 的脉 冲 功率 （ ）及脉 宽 （Ｄ ｔ）的关 系 （ 瞬
进 行 攻 击 。而 在 日常 生活 中 ，微 波 晶 体管 、大 规 模集 成 电路 在 制 造 、测 试 、 组装 、运输 各 个 阶段 都 可 能受 到 静 电放 电 （ Ｓ ）的损 伤 。有 资 料 报 ＥＤ
器件 毁 伤 的温 度 ＴＤ ５ ＡＴＤ 当ＴＤ 到 （ ０ ～７０ ｊ：２ ＋ ｊ ， ｊ 达 ６ ０ ０ ）℃ 时 ，发射
试 验中的各种试验 现象进行相应 的解释 ，最后 对多种敏感器 件进行抗 电磁 脉冲防护基础研 究，针对部分器 件突 出具体 的防护措施 ，为微电子器件 可靠性的提高提供
参考意见 。
关键 词： 微 电子器件； 电磁脉冲 ；损伤机理 ；防护 中图分类号：０ ４ 文献标 识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ７ －７ ９ ２ １ ）０ ２ ０ ２ ３ ４１ ６ １ ５ ７（０ ０ ２ ０ １ —０
尺 ５ Ｒｂ
１微 电子器 件Ｅ 损 伤 机理研 究【— 】 ＭＰ ５ ７
针 对几 种 易受 电磁 脉 冲 影 响 的微 电子 元器 件 进行 了Ｅ Ｄ 方波 电磁脉 Ｓ与
冲 注入 试验 ，根 据 其参 数变 化情 况 对 它们 的损 伤机 理 分别 进行 了分 析 ， 下 面对 各种 损伤机 理 分别进 行介 绍 。
微电子技术简介
1906年 美国工程师 德· 福雷斯特(Lee De Forest） 真空三极管
1.2.1 微电子技术与集成电路
电子线路使用的基础元件的演变：
肖克利
William Bradford Shockley
巴丁
John Bardeen
布拉顿
Walter Brattain
1956年诺贝尔奖
1.2.1 微电子技术与集成电路
通常并不严格区分 VLSI 和 ULSI ，而是统称为 VLSI 。
小规模集成电路
超大规模集成电路
集成电路的分类
集成电路的集成对象
中、小规模集成电路：简单的门电路、单级放大器
大规模集成电路：功能部件、子系统
超大规模和极大规模集成电路：
微处理器、芯片组、图形加速芯片
集成电路的分类
按晶体管结构、电路和工艺分
集成电路20世纪50年代出现
小规模集成电路
集成电路使用的半导体材料
通常是硅 (Si) ，也可以是化合物半导体 如砷化镓(GaAs)等。
超大规模集成电路
什么是集成电路？
集成电路的特点：
体积小、重量轻、可靠性高 （ 因集成度大，焊点少， 故障率低）、功耗低、速度快
集成电路的规模（集成度）
集成电路的规模由单个芯片中包含的基本电子元器件 （晶体管、电阻、电容等）的个数确定。
1.2.2 集成电路的制造
共有400多道工序 硅平面工艺，它包括氧化，光刻，掺 晶棒 杂和互连等多项工序。把这些工序反 复交叉使用，最终在硅片上制成包含 硅平面工艺 剔除分类 封装 成品测试 多层电路及电子元件的集成电路，每 硅衬底 晶圆 芯片 集成电路 成品 一硅抛光片上可制作出成百上千个独 立的集成电路(晶粒)，硅片称为晶圆 将单晶硅锭（晶棒）经 对晶圆上的每个晶粒（每 切割、研磨和抛光严 一个独立的集成电路）进 行检测，将不合格的晶粒 格清洗后制成的像镜 将单个的芯片固定在塑胶或陶瓷制的芯片 用磁浆点上记号。然后将 基座上，并把芯片上蚀刻出的一些的引线 面一样光滑的圆形薄 与基座底部伸出的插脚进行连接 晶圆分割成一颗颗单独的 ，以作为 片，称为硅抛光片 与外界电路板连接之用，最后盖上塑胶盖 晶粒（集成电）把废品剔
热载流子效应
微电子器件的可靠性
复旦大学材料科学系
2
热载流子的器件的影响
热载流子对MOS器件和双极型器件的可靠性都有 影响，是属于磨损型失效机理。
在双极型器件中，热载流子造成击穿电压的弛预， P－N极漏电流增加。
在MOS器件中，热载流子效应造成MOS晶体管的 阈值电压VT、漏极电流IDS和跨导G等的漂移。
在亚微米和深亚微米器件中，热载流子效应对可 靠性的危害更大。
阈值电压
微电子器件的可靠性
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25
微电子器件的可靠性
复旦大学材料科学系
3
MOS 器件中的热载流子1
沟 道 热 电 子 (Channel Hot Electron )
衬底热电子(SHE) 二次产生热电子( SGHE) 二次产生热电子( SGHE)
微电子器件的可靠性
复旦大学材料科学系
4
MOS 器件中的热载流子2
漏极雪崩倍增热载流子 (DAHC) 沟 道 热 电 子 在 漏 区
微电子器件的可靠性
复旦大学材料科学系
11
பைடு நூலகம்底电流模型
微电子器件的可靠性
复旦大学材料科学系
12
栅电流模型
NMOS 器件中, 当栅 氧化层较薄时 (小于 150A), 栅电流主要由沟道热电子注入所引 起的。
微电子器件的可靠性
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影响热电子效应的参数
1. 沟道长度 L
MOS FET的有效沟道长度l和沟道中的最大场强max。
当氧化层中的陷阱密度为 NTT, 俘获截面为 , 陷阱电子平均距离为 X, 俘获形成的栅电 流 为Ig, 可得到其有效陷阱电荷密度为 nT:
nT = NTT[ 1- exp(-(1/q)Ig(t)Dt)] X 陷阱电荷密度与氧化层中的陷阱密度成正比: 有效电荷密度随时间以指数方式增加, 最后趋 于饱和 。
lecture7
第七讲 载流子的漂移和扩散（续）9月16，2001内容：1.漂移2.扩散3.传输时间阅读作业del Alamo Ch. 4，§4.2-4.4主要问题●在电场中，载流子如何移动？漂移速度主要由什么决定？●能带图如何表示一个电场的存在？●浓度梯度如何影响载流子？●平均起来，一个载流子通过漂移或扩散从半导体的一个区域移动另一个区域要花多长时间？⒈ 漂移存在电场时载流子发生移动：□ 漂移速度－电场：ε－加在电子上的电场力：q ε−－碰撞间的加速度：ceq m ε∗−－在时间ce τ获得的速度：drift cee ce q m ετυ∗=−或 drift ee υµε=− e µ电子迁移率[2/cm V s ]迁移率表明载流子响应ε的容易程度。
drift e e υµε=−drift h h υµε=−迁移率取决于掺杂水平以及是多数载流子还是少数载流子类型。
Si 在300K 时：●在低的N时：由声子散射所限制●在高的N时：由离化杂质散射所限制□ 速度饱和隐含的假定：准平衡，也就是说，散射率不太受平衡的影响。
drift drift thυευυ:=只在对高的ε：载流子从ε许多能量→光子发射显著增强→散射率1/ε:→漂移速度饱和sat υ;对Si 在300K 时，710/sat cm s υ;漂移速度与电场的关系由下式很好的表示： 1drift satµευµευ=+m 速度饱和时所要求的电场： satsat υεµ=在现代器件中速度饱和是至关重要的：如果2500/cm V s µ=，4210/sat V cm ε=（1m µ上2V ）因为µ取决于掺杂，sat ε也取决于掺杂。
□ 粒子流和电流密度粒子流#粒子通过单位的表面（与流动方向正交）每单位时间[21cm s −−]电流密度电荷通过单位的表面（与流动方向正交）每单位时间[21cm s −−]e e J qF =−e e e n dt F n dt υυ==那么e e J qn υ=− h hJ qn υ=−漂移电流（低电场）e e J q n µε=h h J q n µε=总的为：()e h J q n p εµµε=+电导率[()1cm −Ω]：()e h q n p σµµ=+电阻率[cm Ω]：()1e h q n p ρµµ=+检查符号：()1e h q n p ρµµ=+ρ强烈的依赖于掺杂经常被硅片供应商用来表明衬底的掺杂水平 -对n 型：1n e D q N ρµ; -对p 型：1p h A q N ρµ;Si 在300K 时：漂移电流（高电场）：esat esatJ qn υ= hsat hsatJ qn υ=得到更大电流的唯一方法是增加载流子浓度。
微电子器件(2-6)张庆忠陈星弼
1 ≈1+ jωτ ，得 2
qIF 直流增量电导， ，为 PN 结的 直流增量电导， 式中， 式中， gD = kT
qIFτ gDτ CD = = 扩散电容。 ，就是 PN 结的 扩散电容。 2kT 2
由上式可见， 与正向直流偏流成正比， 由上式可见，CD 与正向直流偏流成正比，即 CD ∝ IF
扩散电容的物理意义 P区
I = IF + i = IF + I1e
jωt
求扩散电容 CD 的思路 对于给定的 V1 ，求出与之相应的 I1 ，可得到 PN 结的交流 小信号导纳 Y = I1 ，Y 的实部为 PN 结小信号电导 gD ，Y 的
V 1
虚部中即包含了 PN 结的扩散电容 CD ，即
Y = gD + jωCD
区中的空穴扩散电流为例， 以 N 区中的空穴扩散电流为例，取 N 区与势垒区的边界为 坐标原点， 坐标原点，由结定律可得边界 ( x = 0 ) 处的少子浓度为
也是取决于低掺杂一侧的杂质浓度。 也是取决于低掺杂一侧的杂质浓度。
比较：势垒电容的物理意义 比较： 的变化时， 当外加电压有 ( - ∆V ) 的变化时，势垒区宽度发生变化 ， 的变化。 使势垒区中的空间电荷也发生相应的 ∆Q 的变化。
− ∆Q − Q
Q
∆Q
P区
N区
∆xp
xp
xn
∆xn
∆Q dQ CT = lim = ∆V →0 ∆ V dV
1 V qV0 q 1 jdp = pn0 exp (1+ jωτ ) 2 e jωt Lp kT kT
qDp
1 q1 V = Jdp0 (1+ jωτ ) 2 e jωt kT
微电子器件测试与封装-第四章
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内容|半导体器件的测试
8.測試項目(GMP)，測試線路如右：
測試方法： GD Short，從DS間灌入一個電流(一般為250uA)量測IDS及VGS,用ID/VGS 得到GFS
GMP：又叫GFS.代表輸入與輸出的關係即GATE 電壓變化,DRAIN電流變化值,單位為S.當汲極電流愈大,GFS也會增大.在切換動作的電路中,GFS值愈高愈好.
VFSD：此為內嵌二極管的正向導通壓降，VFSD=VS-VD
測試目的： 1.檢測晶圓製程中的異常，如背材脫落 2.檢測W/B過程中有無Source wire球脫現象
Remark：Tesec 881中，VFSD+ 可以寫成VGS=0V,VFSD代表G腳Open
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内容|半导体器件的测试
内容|半导体器件测试
热阻测试仪TESEC KT-9614热阻测试仪TESEC KT-9414热阻测试仪EAS测试系统ITC5500 EAS测试系统TESEC 3702LV测试系统觉龙 T331A EAS测试系统SOATESEC SOA测试仪其他DY-2993晶体管筛选仪
内容|半导体器件测试
双极晶体管开关参数测试仪：伏达UI9600 UI9602晶体管测试仪KF-2晶体管测试仪觉龙（绍兴宏邦）晶体管开关参数测试系统肯艺晶体管开关参数测试系统DTS-1000分立器件测试系统MOSFET动态参数测试ITC5900测试系统觉龙 T342栅极等效电阻测试系统
VFVRIR
内容|半导体器件测试
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半导体器件测试的目的：检验产品能否符合技术指标的要求剔除不良品根据参数进行分选可靠性筛选测试内容：静态电参数动态电参数热阻可靠性测试按阶段分芯片测试（中测）成品测试（成测）