InP基高电子迁移率晶体管教学提纲
半导体器件原理课程复习提纲
半导体器件原理课程复习提纲第一篇：半导体器件原理课程复习提纲《半导体器件原理》课程复习提纲基础：半导体物理基本概念、物理效应，p－n结。
重点：双极型晶体管、JFET、GaAs MESFET、MOSFET。
了解：材料物理参数、器件直流参数和频率参数的意义。
根据物理效应、重要方程、实验修正，理解半导体器件工作原理和特性，进行器件设计、优化、仿真与建模。
第一章：半导体物理基础主要内容包括半导体材料、半导体能带、本征载流子浓度、非本征载流子、本征与掺杂半导体、施主与受主、漂移扩散模型、载流子输运现象、平衡与非平衡载流子。
半导体物理有关的基本概念，质量作用定律，热平衡与非平衡、漂移、扩散，载流子的注入、产生和复合过程，描述载流子输运现象的连续性方程和泊松方程。
（红色部分不作考试要求）第二章：p－n 结主要内容包括热平衡下的p－n结，空间电荷区、耗尽区（耗尽层）、内建电场等概念，p－n结的瞬态特性，结击穿，异质结与高低结。
耗尽近似条件，空间电荷区、耗尽区（耗尽层）、内建电势等概念，讨论pn结主要以突变结（包括单边突变结）和线性缓变结为例，电荷分布和电场分布，耗尽区宽度，势垒电容和扩散电容的概念、定义，直流特性：理想二极管IV方程的推导对于考虑产生复合效应、大注入效应、温度效应对直流伏安特性的简单修正。
PN的瞬态特性，利用电荷控制模型近似计算瞬变时间。
结击穿机制主要包括热电击穿、隧道击穿和雪崩击穿。
要求掌握隧道效应和碰撞电离雪崩倍增的概念，雪崩击穿条件，雪崩击穿电压、临界击穿电场及穿通电压的概念，异质结的结构及概念，异质结的输运电流模型。
高低结的特性。
（红色部分不作考试要求）第三章：双极型晶体管主要内容包括基本原理，直流特性，频率响应，开关特性，异质结晶体管。
晶体管放大原理，端电流的组成，电流增益的概念以及提高电流增益的原则和方法。
理性晶体管的伏安特性，工作状态的判定，输入输出特性曲线分析，对理想特性的简单修正，缓变基区的少子分布计算，基区扩展电阻和发射极电流集边效应，基区宽度调制，基区展宽效应，雪崩倍增效应，基区穿通效应，产生复合电流和大注入效应，晶体管的物理模型E－M模型和电路模型G－P模型。
半导体器件(薄膜晶体管TFT培训教材)
固相扩散 （TFT制备中基本不采用）
热退火 （TFT制备中基本不采用） 杂质激活方法 快速热退火 （TFT制备中采用）
激光退火 （ TFT制备中采用）
与VLSI掺杂技术相比，p-Si掺杂特点：
(a)、衬底的低热导率要求“温和”的掺杂工艺以缓 解对光阻的热损伤； (b)、注入能量适合于有掩蔽层（或掩蔽层）时薄膜 （＜100 nm)的掺杂； (c)、设备简单（低成本），且能对大面积基底实现 高产率； (d)、掺杂工艺与低温杂质激活工艺兼容（通常＜ 650 oC,对于塑料基底＜200 oC）.
第六章 薄膜晶体管（TFT）
主要内容
（1）TFT的发展历程 （2）TFT的种类、结构及工作原理 （3）p-si TFT的电特性 （4）p-si TFT的制备技术 （5）TFT的应用前景
TFT的发展历程
TFT与MOSFET的发明同步，然而TFT 发展速度及应用远不及MOSFET?!
（1）1934年第一个TFT的发明专利问世-----设想. （2）TFT的真正开始----1962年，由Weimer第一次实现.
基于有机TFT的全打印7阶环形振荡器电路
全打印技术制备n、p沟TFT
3. 敏感元件，如： 气敏、光敏、PH值测定
N2O气体环境
N2O Gas Sensors原理图
溶液PH值测定原理图
Phototransistor结构图
思考题
1.了解薄膜晶体管基本结构、工作原理. 2.掌握薄膜晶体管电性能的测试及参数提取. 3.了解p-Si TFT的主要效应及机理. 4.掌握p-Si TFT制备工艺流程. 5.了解非晶硅薄膜晶化的方法及特点. 6.了解不同类型薄膜晶体管性能和工艺上优势和不足. 7.了解薄膜晶体管的主要应用.
不同类型晶体管的区别和特点
不同类型晶体管的区别和特点晶体管是一种电子器件，用于控制电流通过的开关。
根据其结构和材料特性的不同，晶体管可以分为多种类型，每种类型都具有不同的特点和应用领域。
一、晶体管的分类根据材料类型的不同，晶体管可以分为两大类：硅基晶体管和化合物半导体晶体管。
1. 硅基晶体管硅基晶体管是最常见的晶体管类型，其主要由硅材料制成。
硅材料具有丰富的资源、制造工艺成熟、价格低廉等优点，因此硅基晶体管是最广泛应用的晶体管类型。
硅基晶体管又可分为三类：NPN型、PNP型和MOS型。
（1）NPN型晶体管：NPN型晶体管是最常见的硅基晶体管类型。
其结构由两个N型半导体夹一个P型半导体构成，中间的P型半导体称为基区。
NPN型晶体管通常用于放大电路和开关电路，其特点是集电极和发射极之间的电流放大倍数高，适用于高频和高速的电路。
（2）PNP型晶体管：PNP型晶体管与NPN型晶体管结构相反，由两个P型半导体夹一个N型半导体构成。
PNP型晶体管与NPN型晶体管的工作原理及应用领域相似，但由于电流流动的方向相反，其极性也相反。
（3）MOS型晶体管：MOS型晶体管（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种基于金属-绝缘体-半导体结构的晶体管。
它的主要特点是电流消耗小，输入电阻高，适用于低功耗和高速的电路。
MOS型晶体管广泛应用于数字电路和微处理器等领域。
2. 化合物半导体晶体管化合物半导体晶体管由多种化合物材料构成，如砷化镓（GaAs）、碲化镉（CdTe）等。
与硅基晶体管相比，化合物半导体晶体管具有更高的载流子迁移率和更好的高频特性，因此在高频和高速电路中具有广泛的应用。
化合物半导体晶体管主要有以下几种类型：HBT、HEMT和MESFET。
（1）HBT（异质结双极型晶体管）：HBT是由不同的材料构成的异质结构，常见的是砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）的组合。
HBT具有高迁移率和高频特性，适用于高速数字电路和射频放大器等领域。
（2）HEMT（高电子迁移率晶体管）：HEMT是一种基于异质结构的晶体管，其材料组合主要是砷化镓（GaAs）和铝镓砷（AlGaAs）。
第3章 电子材料的电导(2)
电子迁移率与掺杂浓度和温度T的关系
低掺杂半导体：T↑,晶格振动↑， 晶格散射↑，τ↓，μ快速↓
中掺杂半导体:晶格散射为主, 杂质散射为辅，所以T↑ ,μ ↓缓慢
高掺杂半导体： T↑,晶格振动↑，晶格散射↑，τ↓，μ↓
T↑,载流子运动速度↑，杂质散射↓，τ↑，μ↑
两者抵消，μ随温度变化不大。
9
3.3.3 载流子浓度
33
价控型(不同价但同半径的元素掺杂使 某一元素的价发生变化)BaTiO3半导体 最大的特性是在材料的 正方相 → 立方相相变点（居里 点）附近，电阻率随温度上升发 生突变，增大了3~10个数量级。 施主掺杂的BaTiO3在居里温 度 Tc 附近，电阻随温度的升高 而急剧增大的现象,称为PTC效应。
mass ）
h : 普朗克常数 E :电子能量 k : 波矢 k 1
m计及晶格场对电子的影响，不一定等于 电子真实质量me 对多数导体：m me 半导体 & 绝缘体：m me
4
影响电子迁移率的因素
1）电子的有效质量
e
m
取决于晶体种类及结构。
2）平均自由运动时间(或松弛时间)
本征半导体 n0 p0 ( N C NV )
1/ 2
exp(
Eg 2kT
) ni
nq
ne e e nh e h
1/ 2 e( e h（ ) N C N D） exp( E g / 2kT )
ln ln 0 Eg / 2kT
纵轴 lnσ, 横轴1/T, 斜率 -Eg/2k , Eg越大σ对T越敏感,可以用来计 算禁带宽度Eg 随温度的升高，本征半导体的电阻率单调下降（电导率单调 19 增加）。
半导体器件物理专题 -HEMT综述
2.GaN体系HEMT
HEMT的关键是掺杂层和沟道层问的异质结。传统的GaAs或 InP基HEMT，掺杂层是n型掺杂，施主是2DEG的主要来源。 异质结处存在导带差，驱使电子从掺杂层进入到沟道层，并 将电子限制在沟道层内距异质结处几纳米范围内，形成2DEG。 高2DEG而密度是HEMT设计的目标。在GaN基HEMT中，除去 导带差异因素外，AIGaN和GaN的极化效应也能生成2DEG。 2DEG中的电子有三个主要来源：(1)从掺杂AIGaN层转移的电 子；(2)GaN沟道层巾杂质的贡献；(3)由极化效应诱生的上述 来源的电子。AIGaN／GaN界面处2DEG的面电子密度既取决 于导带不连续程度和异质结构的人为掺杂，又受到压电和自 发极化效应的影响。
二.两种体系的HEMT
以 GaAs 或者 GaN 制备的高电子迁移率晶体管（High Electron Mobility Transistors）以及赝配高电子迁移率晶体 管（Pseudo orphic HEMT）被普遍认为是最有发展前途的 高速电子器件之一。由于此类器件所具有超高速、低功 耗、低噪声的特点(尤其在低温下)，极大地满足超高速计 算机及信号处理、卫星通信等用途上的特殊需求，故而 HEMT 器件受到广泛的重视。作为新一代微波及毫米波器 件,HEMT 器件无论是在频率、增益还是在效率方面都表 现出无与伦比的优势. 经过 10 多年的发展,HEMT 已经具 备了优异的微波、毫米波特性,已成为 2～100 GHz 的卫星 通信、射电天文、电子战等领域中的微波毫米波低噪声 放大器的主要器件。同时他也是用来制作微波混频器、 振荡器和宽带行波放大器的核心部件。
1.GaAs体系HEMT
InGaAs层厚度约为20nm，能吸 收由于GaAs和InGaAs之间的晶 格失配（约为1％）而产生的应 力，在此应力作用下，InGaAs 的晶格将被压缩，使其晶格常 数大致与GaAs与AlGaAs的相匹 配，成为赝晶层。因为InGaAs 薄层是一层赝晶层且在HEMT中 起着 i –GaAs层的作用，所以成 为“赝”层，这种HEMT也就相 应地成为赝HEMT。
phemt工艺流程
PHEMT（Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor）是一种高电子迁移率晶体管，其工艺流程主要包括以下几个步骤：
1. 衬底准备：选择适当的半导体衬底材料，常见的有砷化镓（GaAs）或砷化铟（InP）。
对衬底进行清洗和去除氧化层等处理，以保证后续工艺的质量。
2. 衬底外延：在衬底上进行外延生长，形成所需的材料层。
常见的材料有砷化镓、磷化铟镓（InGaAs）等。
3. 掺杂：通过离子注入或分子束外延等方法，在外延层中引入所需的掺杂物，以调节材料的电性能。
掺杂可以分为n型和p型。
4. 电极定义：使用光刻技术和蚀刻工艺，定义出晶体管的源极、漏极和栅极等电极结构。
5. 金属化：通过蒸镀或溅射等方法，在晶体管的电极上覆盖金属层，形成导电通路。
6. 绝缘层形成：在晶体管的金属层之间形成绝缘层，以隔离不同电极之间的电流。
7. 电极连接：使用金线或金属线等连接电极，形成电路连接。
8. 测试和封装：对制作好的PHEMT晶体管进行测试，以验证其性能和质量。
然后将其封装到适当的封装中，以保护晶体管并方便安装和使用。
需要注意的是，具体的PHEMT工艺流程可能会因不同的制造厂商和工艺要求而有所差异。
上述步骤仅为一般性描述，实际的PHEMT工艺流程可能还涉及其他的工艺步骤和细节。
InP单晶材料性能及制备方法
InP单晶材料性能及制备方法张伟才;韩焕鹏;杨静【摘要】介绍了InP单晶材料的特性、应用方向及制备的主要方法,主要包括液封直拉技术(LEC)、气压控制直拉技术(VCZ/PC-LEC)、垂直梯度凝固技术(VGF)、垂直布里奇曼技术(VB)等.通过对各种生长方法进行对比,指出了各种方法的优势和不足,最后探讨了各类生长方法的应用领域和今后发展方向.%The property、application and mainly growing method were introduced in this paper.Including liquid encapsulated Czochraski(LEC)、Pressure control-LEC(VCZ/PC-LEC)、Vertical gradient freeze(VGF)、Vertical Bridgman(VB). Advantages and disadvantages were indicated through comparing all of the growing methods and then the application and further development for all of the growing methods were discussed【期刊名称】《电子工业专用设备》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】6页(P36-41)【关键词】InP单晶材料;液封直拉法;气压控制直拉法;垂直梯度凝固【作者】张伟才;韩焕鹏;杨静【作者单位】中国电子科技集团公司第四十六研究所, 天津 300220;中国电子科技集团公司第四十六研究所, 天津 300220;中国电子科技集团公司第四十六研究所, 天津 300220【正文语种】中文【中图分类】TN304.053InP是重要的III-V族化合物半导体材料之一，InP单晶首先是由Mullin于1965年用高压液封直接法拉制成功的 [1]。
《集成电路原理与设计》重点内容总结教学提纲
集成电路原理与设计重点内容总结第一章绪论摩尔定律：（P4）集成度大约是每18个月翻一番或者集成度每三年4倍的增长规律就是世界上公认的摩尔定律。
集成度提高原因：一是特征尺寸不断缩小，大约每三年缩小一2倍；二是芯片面积不断增大，大约每三年增大1.5倍；三是器件和电路结构的不断改进。
等比例缩小定律：（种类优缺点）（P7-8）1. 恒定电场等比例缩小规律（简称CE定律）a. 器件的所有尺寸都等比例缩小K倍，电源电压也要缩小K倍，衬底掺杂浓度增大K倍,保证器件内部的电场不变。
b. 集成度提高忆倍，速度提高K倍，功耗降低K2倍。
c. 改变电源电压标准，使用不方便。
阈值电压降低，增加了泄漏功耗。
2. 恒定电压等比例缩小规律（简称CV定律）a. 保持电源电压和阈值电压不变，器件的所有几何尺寸都缩小K倍，衬底掺杂浓度增加忆倍。
b. 集成度提高忆倍，速度提高K2倍。
c. 功耗增大K倍。
内部电场强度增大，载流子漂移速度饱和，限制器件驱动电流的增加。
3. 准恒定电场等比例缩小规则（QCE）器件尺寸将缩小K倍，衬底掺杂浓度增加K（ 1< <K）倍，而电源电压则只变为原来的/K 倍。
是CV和CE的折中。
需要高性能取接近于K,需要低功耗取接近于1。
写出电路的网表：A BJT AMPVCC 1 0 6Q1 2 3 0 MQRC 1 2 680RB 2 3 20KRL 5 0 1KC1 4 3 10UC2 2 5 10UVI 4 0 AC 1.MODEL MQ NPN IS=1E-14+BF=80 RB=50 VAF=100.OP.END常用器件的端口电极符号器件名称端口付号缩与Q （双极型晶体管） C （集电极），B （基极），E （发射极），S （衬底）M （MO场效应管） D （漏极），G （栅极），S （源极），B （衬底）J （结型场效应管） D （漏极），G （栅极），S （源极）B （砷化镓场效应管） D （漏极），G （栅极），S （源极）电路分析类型.OP直流工作点分析.TRAN瞬态分析• DC直流扫描分析• FOUR傅里叶分析•TF传输函数计算.MC豕特卡罗分析•SENS灵敏度分析•STEP参数扫描分析.AC交流小信号分析•WCASE最坏情况分析• NOISE噪声分析•TEMP温度设置第二章集成电路制作工艺集成电路加工过程中的薄膜：（P15）热氧化膜、电介质层、外延层、多晶硅、金属薄膜。