Bài giảng Vật lý bán dẫn: Chương 1 - Hồ Trung Mỹ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:48

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật lý bán dẫn - Chương 1: Giới thiệu, cung cấp cho người học những kiến thức như xây dựng của các dụng cụ bán dẫn; Mười tám dụng cụ bán dẫn quan trọng và vai trò của chúng trong các ứng dụng điện tử; Hai mươi công nghệ bán dẫn quan trọng và vai trò của chúng trong chế tạo dụng cụ; Các xu hướng trong công nghệ bán dẫn. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý bán dẫn: Chương 1 - Hồ Trung Mỹ

ĐHBK Tp HCM - Khoa Đ-ĐT BMĐT GVPT: Hồ Trung Mỹ Môn học: Vật lý bán dẫn (EE1013) Chương 1 Giới thiệu
Dụng cụ bán dẫn?  Tại sao cần phải nghiên cứu các dụng cụ bán dẫn (semiconductor devices)?  Lý do là: ◼ các dụng cụ bán dẫn là nền tảng của ngành công nghiệp điện tử, đó là 1 trong các ngành công nghiệp lớn nhất thế giới với doanh số toàn cầu hơn một ngàn tỉ đô la từ năm 1998. ◼ kiến thức cơ bản về các dụng cụ bán dẫn là cần thiết để hiểu biết về các môn học khác trong kỹ thuật điện-điện tử. Kiến thức này cũng sẽ cho phép bạn đóng góp vào thời đại thông tin bằng công nghệ điện tử. 2
Nội dung Chúng ta xét các chủ đề sau: ❖ Dụng cụ bán dẫn 1. Bốn khối xây dựng của các dụng cụ bán dẫn. 2. Mười tám dụng cụ bán dẫn quan trọng và vai trò của chúng trong các ứng dụng điện tử. ❖ Công nghệ bán dẫn 3. Hai mươi công nghệ bán dẫn quan trọng và vai trò của chúng trong chế tạo dụng cụ. 4. Các xu hướng trong công nghệ bán dẫn 3
1.1 Dụng cụ bán dẫn 4
Hình 1. Tổng sản lượng thế giới (GWP) và doanh số bán của các ngành công nghiệp điện tữ, ô tô, bán dẫn, và thép từ 1980 đến 2010 và dự đoán đến 2020. 5
1.1.1 Các khối xây dựng của dụng cụ bán dẫn Hình 2. Các khối xây dựng cơ bản. (a) chuyển tiếp kim loại-bán dẫn; (b) chuyển tiếp P-N; (c) chuyển tiếp dị thể; và (d) cấu trúc MOS (metal-oxide-semiconductor) 6
Các khối xây dựng cơ bản của các dụng cụ bán dẫn STT Khối xây dựng cơ bản Ứng dụng chính trong các dụng cụ bán dẫn Chuyển tiếp kim loại-bán dẫn Diode Schottky, Transistor Schottky, 1 (M-S) MESFET Chuyển tiếp P-N Các loại diode bán dẫn (chỉnh lưu, ổn áp, 2 (pn junction) LED, varicap,,,,), BJT, JFET Các transistor đặc biệt (TD: HBT Chuyển tiếp dị thể 3 [Heterostructure Bipolar Transistor]) và các (Heterostructure junction) dụng cụ quang ĐT có hiệu năng cao. MOSFET, 1 bit nhớ của DRAM, cảm biến 4 Cấu trúc MOS ảnh CCD và CMOS Chú ý: Trong bảng trên ta chỉ chú ý đến thành phần chính tạo nên dụng cụ bán dẫn, mặc dù các chuyển tiếp khác vẫn có: o Chuyển tiếp M-S có 2 dạng: ▪ chuyển tiếp chỉnh lưu: làm thành phần chính chế tạo dụng cụ bán dẫn ▪ tiếp xúc Ohm: để tạo kết nối các chân ra của dụng cụ bán dẫn. o Chuyển tiếp P-N ở miền S (Source) và D (Drain) của MOSFET. 7
1.1.2 Các dụng cụ bán dẫn chính 8
Các dụng cụ bán dẫn chính (tt) 9
Lịch sử các dụng cụ điện tử 10
Diode 11
The bipolar transistor 12
The metal oxide field effect transistor (MOSFET) 13
Integrated Circuits (1/3) 14
Integrated Circuits (2/3) 15
Integrated Circuits (3/3) 16
Early History of IC Devices Lee De Forest, 1906 ENIAC-The first digital computer 1940’s: Vacuum-tube era – Vacuum tubes were used for radios, television, telephone equipment, and computers … but they were expensive, bulky, fragile, and energy-hungry → Invention of the point-contact transistor ▪ Walter Brattain, John Bardeen, and William Shockley, Bell Labs, 1947 Nobel Prize in Physics 1956 – reproducibility was an issue, however → Invention of the bipolar junction transistor (BJT) ▪ William Shockley, Bell Labs, 1950 – more stable and reliable; easier and cheaper to make
Discrete Electronic Circuits • In 1954, Texas Instruments produced the first commercial silicon transistor. ~$2.50 each • Before the invention of the integrated circuit, electronic equipment was composed of discrete components such as transistors, resistors, and capacitors. These components, often simply called “discretes”, were manufactured separately and were wired or soldered together onto circuit boards. Discretes took up a lot of room and were expensive and cumbersome to assemble, so engineers began, in the mid-1950s, to search for a simpler approach…
The Integrated Circuit (IC) • An IC consists of interconnected electronic components in a single piece (“chip”) of semiconductor material. – In 1958, Jack S. Kilby (Texas – In 1959, Robert Noyce Instruments) showed that it (Fairchild Semiconductor) was possible to fabricate a demonstrated an IC made in simple IC in germanium. silicon using SiO2 as the insulator and Al for the metallic interconnects. The first planar IC (actual size: ~1.5mm diameter)
From a Few, to Billions of Components • By connecting a large number of components, each performing simple operations, an IC that performs complex tasks can be built. • The degree of integration has increased at an exponential pace over the past ~40 years. – The number of devices on a chip doubles every ~2 years, for the same price. Intel Penryn® Processor “Moore’s Law” still holds today. 300mm Si wafer