半導體論文

1、一、半導體物理發(fā)展史簡介半導體物理學是研究半導體原子狀態(tài)和電子狀態(tài)以及各種半導體器件內(nèi)部電子過程的學科。是固體物理學的一個分支。研究半導體中的原子狀態(tài)是以晶體結(jié)構(gòu)學和點陣動力學為基礎，主要研究半導體的晶體結(jié)構(gòu)、晶體生長，以及晶體中的雜質(zhì)和各種類型的缺陷。研究半導體中的電子狀態(tài)是以固體電子論和能帶理論為基礎，主要研究半導體的電子狀態(tài)，半導體的光電和熱電效應、半導體的表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、半導體與金屬或不同類型半導體接觸時界面的性質(zhì)和所發(fā)生的過程

2、、各種半導體器件的作用機理和制造工藝等。半導體物理學的發(fā)展不僅使人們對半導體有了深入的了解，而且由此而產(chǎn)生的各種半導體器件、集成電路和半導體激光器等已得到廣泛的應用。能帶理論的建立為半導體物理的研究提供了理論基礎，晶體管的發(fā)明激發(fā)起人們對半導體物理研究的興趣，使得半導體物理的研究蓬勃展開，并對半導體的能帶結(jié)構(gòu)、各種工藝引起的半導體能帶的變化、半導體載流子的平衡及輸運、半導體的光電特性等作出理論解釋，繼而發(fā)展成為一個完整的理論體系——半導

3、體物理學。1947年，美國貝爾實驗室發(fā)明了半導體點接觸式晶體管，從而開創(chuàng)了人類的硅文明時代。1、半導體的起源法拉第在1833年發(fā)現(xiàn)硫化銀，它的電阻隨著溫度上升而降低。對半導體而言，溫度上升使自由載子的濃度增加，反而有助于導電，這也是半導體一個非常重要的物理性質(zhì)。1874年，德國的布勞恩注意到硫化物的電導率與所加電壓的方向有關，這就是半導體的整流作用。1906年，美國發(fā)明家匹卡發(fā)明了第一個固態(tài)電子元件：無線電波偵測器，它使用金屬與硅或硫化

4、鉛相接觸所產(chǎn)生的整流功能，來偵測無線電波。整流理論能帶理論2、電晶體的發(fā)明3、積體電路：積體電路就是把許多分立元件制作在同一個半導體晶片上所形成的電路4、超大型積體電路二、半導體和集成電路的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢半導體材料的發(fā)展，現(xiàn)狀和趨勢第一代的半導體材料：以硅（包括鍺）材料為主元素半導體第二代半導體材料：以砷化鎵（GaAs）為代表的第二代化合物半導體材料第三代半導體材料：氮化物（包括SiC、ZnO等寬禁帶半導體）第三代半導體器件由于它們的獨

5、特的優(yōu)點，在國防建設和國民經(jīng)濟上有很重要的應用，前景無限。下一代半導體材料：2010年10月4日，諾貝爾物理學獎揭曉，獲獎者是英國曼徹斯特大學物理和天文學院的reGeim和KonstantinNovoselov，獲獎理由為“二維空間材料石墨烯（graphene）方面的開創(chuàng)性實驗”。單層石墨烯強度大，耐高溫，電阻小，有希望成為代替硅鍺材料的下一代半導體材料。三、什么是摩爾定律？它有終結(jié)之日嗎？摩爾定律：集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔

6、18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，當價格不變時；或者說，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個月翻兩倍以上。這一定律揭示了信息技術進步的速度。過去的50年基本上驗證了Moe定律的有效性。1965年，每個芯片(chip)上只有65個三極管，現(xiàn)在有1.5億個，2010年前后將會達到10億個。2000年CPU芯片上的線寬做到了0.18微米。2006年已經(jīng)做到0.06微米(或60nm納米)。如此發(fā)展下去有無盡頭、有無極限答案是肯定的。計

7、算機技術的發(fā)展將受到以下幾個方面的制約：①物理極限：隧道效應、延遲和串音、散熱。②工藝極限：目前工業(yè)界采用的普通光刻系統(tǒng)只能用于0.13微米以上的工藝。進一步發(fā)展，需要使用深超紫外線(其波長為240nm)；可是工藝進一步達到100nmDUV也不行了。③經(jīng)濟可行性的極限：90年代建造一個生產(chǎn)0.25微米工藝芯片的車間大約需要20到25億美元使用0.18微米工藝時，這一費用則跳躍到30至40億美元?，F(xiàn)在已經(jīng)進入0.10微米的階段，一個車間的

8、費用將達到100200億美元。由此我認為，摩爾定律必定會有終結(jié)的一天。雖然它所闡述的趨勢一直延續(xù)至今，且非常精確地說明了處理機能力和磁盤驅(qū)動器存儲容量的發(fā)展，但是從各個方面來講，我認為，它最終還是會失效的。理由如下：首先，如IBM研究員Carlerson所說，各行各業(yè)呈爆炸式成長的時代終將告一段落，先是鐵路，后是航空業(yè)，如今輪到半導體產(chǎn)業(yè)了。從哲學角度來講，任何事物都是一分為二的，為了提高一方面的性能，必定要犧牲另一方面，目前的晶體管之

9、間的距離在不斷地縮小，130nm，90nm，65nm，45nm，32nm，22nm……相對的，出現(xiàn)的問題也就越來越多，所使用的解決方案也越來越復雜；任何事物都不是絕對的，所以摩爾定律也只是對自然規(guī)律的一種近似，不能在任何范圍內(nèi)精確地反應事物的規(guī)律性。其次，從技術方面講，在接近極限尺度時，材料會有出現(xiàn)與宏觀狀態(tài)下不同的問題。失效理由是材料與技術的極限，而不在于工藝本身。同時，用作絕緣材料的二氧化硅，已逼近極限，如繼續(xù)縮小，將導致漏電、散熱