高等半导体器件

课程代码X210530学分/学时3.0 /54开课时间春,秋
课程名称高等半导体器件
开课学院微电子学院
任课教师
面向专业微电子
预修课程半导体器件基础
课程讨论时数6 (小时)课程实验数0 (小时)
课程内容简介     
    本课程概述了用于电子、光电子和光子器件及集成电路中的化合物半导体(主要是III-V族)的物理、建模、应用和制造技术。 课题包括了化合物半导体的性质和制造工艺,异质结的理论和实践,量子结构和假晶应变层,金属-半导体场效应管; 异质结场效应管 (HFETs) 和双极性管 (HBTs); 光敏二极管, 垂直腔和平面内腔激光二极管和其他光电器件。 
课程内容简介(英文)
(无)
教学大纲      
1 化合物半导体: (2学时) 
     各族半导体 (III-V's, II-VI's, IV-VI's, IV-IV's), 合金, Eg 与 a 的关系; 能带结构 (E 与 k 的关系; Γ, L, X 极小值; 直接与间接能隙); 晶格, 电特性和光特性; 特性趋势与元素周期表.有用的化合物. 
2 金属-半导体界面 (肖特基势垒): (2学时) 
    复合半导体表面; 费米能级限制. 势垒形成原理和电流流动理论; 扩散与冲击的流动; p-n 二极管对比. 电连接的理论和实践. 
3 异质结: (4学时) 
     E-x 分布: ΔEc, ΔEv, Ec(x), Ev(x); no(x), po(x); m调制掺杂. 与异质结平行方向的电传导; 半导体中的迁移率和载流子散射机制. 垂直与结的电传导: I-V 族模型和特性. 渐变层理论; 特定场中的内部载流子产生. 
4 量子效应结构: (4学时) 
     量子阱: 理论,制作,观察(证实), 和应用. 量子线和点. 耦合量子结构: 超晶格.共振隧道: RTD结构和概念. I-V 理论. 相关器件和应用: RTD-load 逻辑, 记忆单元. 
5 外延: (4学时) 
     关注点/ 约束条件 - 晶格匹配系统; 应力层(假晶) - 厚度限制; 应力对能带的影响, 特性. 技术 - MOCVD, CBE, MBE (MO, GS, & SS). 器件工艺 - 蚀刻. 表面钝化; 介电层.
6 MESFETs: (4学时) 
    基本概念 各种负载接线端模型; 速度饱和的解释. 动态模型: 大信号开关瞬态; 小信号, 高f 模型. 制作顺序;  特定设计的应用(功率,数字,低噪声微波). 数字逻辑家族: 逻辑的执行标准. 逻辑家族: 常开逻辑(FL, BFL, SDFL); 常闭逻辑 (DCFL); 家族的比 较; 制作过程的例子; 性能数据; 最新商品化. 微波线性集成电路: 构造模块, 放大级, 波导, 块状元件. MMIC 和无线技术. 
7 HFETs: (4学时) 
    概念; I-V 模型包括速度饱和; 门2 特性; 输出导纳; HFETs (固有门电路): HIGFET- 基本器件, 特性, 理论. 用于逻辑的补充结构. HFETs (调制掺杂): MODFET- 基本器件, 理论. 深层问题(互导崩溃); 假晶方法. 通讯应用-关键特征: 增益,带宽,线性,噪声. 
8 HBTs: (4学时) 
    概念: 发射极效率,基极输运, 基极电阻,结电容. HJ 集电极和集电极精致化. 渐变层的应用: HJ 尖峰的控制; 轰击注入; 有关上部峡谷极小部位的问题. 当代商品化HBT技术(III-V和IV-IV).
9 LEDs: (8学时) 
    发光和吸收: 基本理论. 直接与间接能隙. Band-to-band能带与能带间和能带与杂质间的跃迁. 介电质波导/光子晶体: 光学腔和波导的基本知识. 光子晶体概念,结构和问题. 发光二极管: LED-结构, 材料, 特性(i-v, l-i, l-l), 性能. 光获取, 电流散布, 光子回收再用. LEDs (续): 在显示和照明中的应用- 考虑,当前实践,最近商品化发展. 
10 激光二极管: (4学时)
    反馈和受激发射,腔设计; 双异质结概念.量子阱, 线, 点有效区域. 应力层; 假晶有效区. 面内激光器: 双异质结, 量子阱,多连接,面发光. 垂直腔面发射激光器(VCSELs). 发射的调制和控制. 新型结构和激光系统,包括蓝-绿激光器和雪崩激光器.
11 探测器: (4学时)
    p-i-n (普通型和单载流子型), APD, 肖特基二极管, m-s-m; 谐振腔概念. 垂直与面内几何结构. 量子阱子能带光探测器. 
12 光电集成: (4学时) 
    调制器: 多量子阱结构, 量子约束斯达克效应; SEED. 波导耦合器, 开关,调制器. 光子线路, 光电子集成电路(OEICs): 集成目标和挑战;应用. 集成方法和目前状况.层叠外延, 多次外延, 在已完成的电子器件上外延(GaAs-on-Si, GaAs-on-GaAs, Si-on-GaAs). 粘结. 混和型集成. 自组装. 
13 量子效应器件: 电子波导,单电子晶体管等(2学时)
14 器件研究的热点讨论(4学时)
课程进度计划     
(无)
课程考核要求
根据作业完成情况、期末论文给分。无考试。
参考文献
Shur, M. S. Physics of Semiconductor Devices. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, 1990.
Swaminathan, V., and A. T. Macrander. Materials Aspects of GaAs and InP Based Structures. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, 1991.
Sze, S. M. Physics of Semiconductor Devices. 2nd ed. New  S. M. Physics of Semiconductor Devices. 2nd ed. New York: Wiley, 1981.
Swaminathan, V., and A. T. Macrander. MateSze, S. M., ed. High Speed Semiconductor Devices. New York: Wiley, 1990.