半导体物理 1、教材/参考书: 1)《半导体物理》讲义 2)半导体物理(上册,新版)叶良修编著 3)半导体物理学刘恩科编著(国防科技出版社) 4)半导体器件物理( Semiconductor Device Physics 施敏( S.M. Sze)著1981第二版 5) Fundamentals of Modern VLSI Devices. Yuan Taur and Tak H. Ning,(Cambridge University Press, 1998 edition) 6)半导体器件基础(电子工业出版社)黄如等译 7)半导体物理与器件(电子工业出版社)赵毅强等译 北京大学微电子学研究所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 半导体物理 1、教材 /参考书： 1） 《半导体物理》讲义 2）半导体物理（上册，新版）叶良修编著 3）半导体物理学 刘恩科编著（国防科技出版社） 4)半导体器件物理（Semiconductor Device Physics ） 施敏（S.M.Sze) 著1981第二版 5 ）Fundamentals of Modern VLSI Devices, Yuan Taur and Tak H. Ning, (Cambridge University Press, 1998 edition) 6）半导体器件基础 （电子工业出版社）黄如等译 7）半导体物理与器件（电子工业出版社）赵毅强等译
第一章概述 §1.1半导体物理与微电子学的关系 §1.2微电子学与半导体物理发展之间关系 §13集成电路技术的发展规律 §1.4微电子技术发展趋势和面临的挑战 §1.5本课程的定位和内容安排 北京大学微电子学研完所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 第一章 概述 §1.1 半导体物理与微电子学的关系 §1.2 微电子学与半导体物理发展之间关系 §1.3 集成电路技术的发展规律 §1.4 微电子技术发展趋势和面临的挑战 §1.5 本课程的定位和内容安排
§1.1半导体物理与微电子学的关系 半导体物理在学科中的位置和作用 固态电子学现代信息科学的基础 微电子学 光电子学 研究在微小尺度下,固体(主要是半导体)材料上构成 的器件、电路、及系统中电子运动规律的学科 微电子学是固态电子学的分支之 脱胎于电子学和固体物理学的边缘性技术学科 其物理基础是固体能带论 北京大学微电子学研完所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 §1.1 半导体物理与微电子学的关系 固态电子学--现代信息科学的基础 微电子学 光电子学 •研究在微小尺度下，固体（主要是半导体〕材料上构成 的器件、电路、及系统中电子运动规律的学科 •微电子学是固态电子学的分支之一 •脱胎于电子学和固体物理学的边缘性技术学科 •其物理基础是固体能带论 半导体物理在学科中的位置和作用
§1.2微电子学与半导体物理发展之间的关系 微电子学领域 半导体材料和器件物理 集成电路工艺 集成电路设计原理和技术 集成电路功能和特性测试 微电子技术的理论基础是半导体物理和器件物理,是固体物理 理论中有关半导体材料和器件的学科分支。 微电子学理论(半导体物理和器件物理)的诞生是以半导体晶 体管的发明和晶体管理论的建立为标志。 在微电子利学的发展中,一些里程碑式的事件,射微电子学科 的发展起了积极的推动作用。 北京大学微电子学研完所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 微电子学领域 •半导体材料和器件物理 •集成电路工艺 •集成电路设计原理和技术 •集成电路功能和特性测试 微电子技术的理论基础是半导体物理和器件物理，是固体物理 理论中有关半导体材料和器件的学科分支。 微电子学理论（半导体物理和器件物理）的诞生是以半导体晶 体管的发明和晶体管理论的建立为标志。 在微电子科学的发展中，一些里程碑式的事件，对微电子学科 的发展起了积极的推动作用。 §1.2 微电子学与半导体物理发展之间的关系
§12微电子学与半导体物理发展之间的关系 1、晶体管发明和晶体管理论的建立(1947年) 晶体管发明是固体物理理论研究、半导体材料、技术科学研究 取得重大突破后的必然结果。 1)量子力学的诞生19世纪末,现代物理学的一系列发现 揭示了微观物理世界的基本规律,以此为基础诞生了现代 物理学的理论基础一>量子力学 (以海森堡和薛定锷建立的量子力学体系为基础,其中薛 定锷提出的薛定锷方程已经成为量子力学最基本和广泛使 用的方程) 北京大学微电子学研完所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 1、晶体管发明和晶体管理论的建立（1947年） 晶体管发明是固体物理理论研究、半导体材料、技术科学研究 取得重大突破后的必然结果。 1）量子力学的诞生 19世纪末，现代物理学的一系列发现 揭示了微观物理世界的基本规律，以此为基础诞生了现代 物理学的理论基础－>量子力学 （以海森堡和薛定锷建立的量子力学体系为基础，其中薛 定锷提出的薛定锷方程已经成为量子力学最基本和广泛使 用的方程） §1.2 微电子学与半导体物理发展之间的关系
量子力学理论的建立,实际上是近代在物理学研究方面取得的 系列理论和实验成果共同推动的结果: 黑体辐射实验与经典理论的矛盾和Pank量子论的提出; Compton散射实验揭示了光的粒子性特征; 光电效应实验进一步促成了 Einstein光量子理论的提出; Bohr提出了关于原子结构的量子理论; De broglie提出的微观粒子的波粒二像性(wave- Particle duality)理论和电子衍射实验的验证;(电子的波动性) 北京大学微电子学研完所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 量子力学理论的建立，实际上是近代在物理学研究方面取得的 一系列理论和实验成果共同推动的结果： •黑体辐射实验与经典理论的矛盾和Plank量子论的提出； •Compton散射实验揭示了光的粒子性特征； •光电效应实验进一步促成了Einstein光量子理论的提出； •Bohr提出了关于原子结构的量子理论； •De Broglie提出的微观粒子的波粒二像性（Wave -Particle duality）理论和电子衍射实验的验证；（电子的波动性）
量子力学建立的基础已经奠定,如何建立量子力学理论体系? 海森堡( Heisenberg)提出的不确定关系( Uncertainty relation)和动力学变量变算符的概念; °薛定谔方程( Schrodinger equation)和海森堡建立了量子力 学方程。 Born提出的概率波( Probability wave)概念和波函数(wave function),为量子力学的应用奠定了基础; 基于量子力学的能带论建立,构成了固体物理学的基础。 现代固体物理学的成熟、完善和应用,为晶体管的发明奠定 了理论基础。 北京大学微电子学研完所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 量子力学建立的基础已经奠定，如何建立量子力学理论体系？ •海森堡（Heisenberg）提出的不确定关系 (Uncertainty relation）和动力学变量变算符的概念； •薛定谔方程（Schrodinger Equation）和海森堡建立了量子力 学方程。 •Born提出的概率波（Probability wave）概念和波函数(wave function) ，为量子力学的应用奠定了基础； •基于量子力学的能带论建立，构成了固体物理学的基础。 •现代固体物理学的成熟、完善和应用，为晶体管的发明奠定 了理论基础
2)半导体材料研究方面取得的进展,为晶体管的发明奠定了必 要的技术基础。 半导体材料的发现和材料提纯技术的改进、p型和n型半导体 材料的获得,很快发现pn结是很好的整流器,并具有光生 伏特效应。 从与真空管的类比中,人们很自然地想到能否在pn结上加 个控制栅极,从而做成一个固体放大器。 3)在应用需求的推动下,1947年12月16日在贝尔实验室诞生了 世界上第一个具有放大和功率增益性能的点接触晶体管。 1948年1月23日肖克莱完成了晶体管三个基本概念的建立 1956年 Bardeen、 Brattain和 Shock1ey获物理学诺贝尔奖。 自此,以半导体物理为理论基础的微电子学诞生了,一个新 的工业革命时代一信息社会开始了。 北京大学微电子学研完所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 2）半导体材料研究方面取得的进展，为晶体管的发明奠定了必 要的技术基础。 半导体材料的发现和材料提纯技术的改进、p型和n型半导体 材料的获得，很快发现p-n结是很好的整流器，并具有光生 伏特效应。 从与真空管的类比中，人们很自然地想到能否在p-n结上加 一个控制栅极，从而做成一个固体放大器。 3）在应用需求的推动下，1947年12月16日在贝尔实验室诞生了 世界上第一个具有放大和功率增益性能的点接触晶体管。 1948年1月23日肖克莱完成了晶体管三个基本概念的建立。 1956年Bardeen、Brattain和Shockley获物理学诺贝尔奖。 自此，以半导体物理为理论基础的微电子学诞生了，一个新 的工业革命时代－信息社会开始了
4)在应用需求驱动下,借助于当时物理、材料和技术成果, 美国T公司的J.S. Kilby在深入的物理分析基础上,于1958年9 月12日完成了另一里程碑性质的发明-集成电路的发明。 微电子技术由此进入一个迅猛发展的时期。此后40多年 在应用需求的推动下,微电子集成电路技术一直按照 Moore定 律预测的指数增长规律发展 微电子技术的发展也同时推动了微电子学理论基础一半导 体物理和器件物理学的快速成长。 微电子技术发展对半导体器件物理研究提出了更多需求; 半导体器件物理理论的发展也推动了微电子技术的发展。 北京大学微电子学研究所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 4）在应用需求驱动下，借助于当时物理、材料和技术成果， 美国TI公司的J.S.Kilby在深入的物理分析基础上，于1958年9 月12日完成了另一里程碑性质的发明-集成电路的发明。 微电子技术由此进入一个迅猛发展的时期。此后40多年， 在应用需求的推动下，微电子集成电路技术一直按照Moore定 律预测的指数增长规律发展。 微电子技术的发展也同时推动了微电子学理论基础-半导 体物理和器件物理学的快速成长。 •微电子技术发展对半导体器件物理研究提出了更多需求； •半导体器件物理理论的发展也推动了微电子技术的发展
微电子发展中的里程碑式的重大事件(1) 晶体管的发明(1947年) 应用需求推动下,理论和技术发展的结果。同时,晶体管发明 后,晶体管理论的建立,则是技术推动下理论发展的典型事例。 hockley (seated, J Bratta Photographed in 1948 微电子学的发展正是这种应用需求、理论推动、技术发 展共同作用的结果和集中体现。也是创新的源泉。 1956年 Noble物理学奖 北京大学微电子学研完所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 应用需求推动下，理论和技术发展的结果。同时，晶体管发明 后，晶体管理论的建立，则是技术推动下理论发展的典型事例。 微电子发展中的里程碑式的重大事件（1） 晶体管的发明 （1947年） 微电子学的发展正是这种应用需求、理论推动、技术发 展共同作用的结果和集中体现。也是创新的源泉。 W. Shockley (seated), J. Bardeen (left), and W. Brattain (right) photographed in 1948. 1956年Noble物理学奖