半導(dǎo)體論文

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

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

3、體物理學(xué)。1947年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了半導(dǎo)體點(diǎn)接觸式晶體管，從而開(kāi)創(chuàng)了人類的硅文明時(shí)代。1、半導(dǎo)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(duì)半導(dǎo)體而言，溫度上升使自由載子的濃度增加，反而有助于導(dǎo)電，這也是半導(dǎo)體一個(gè)非常重要的物理性質(zhì)。1874年，德國(guó)的布勞恩注意到硫化物的電導(dǎo)率與所加電壓的方向有關(guān)，這就是半導(dǎo)體的整流作用。1906年，美國(guó)發(fā)明家匹卡發(fā)明了第一個(gè)固態(tài)電子元件：無(wú)線電波偵測(cè)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(lái)偵測(cè)無(wú)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(gè)半導(dǎo)體晶片上所形成的電路4、超大型積體電路二、半導(dǎo)體和集成電路的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)半導(dǎo)體材料的發(fā)展，現(xiàn)狀和趨勢(shì)第一代的半導(dǎo)體材料：以硅（包括鍺）材料為主元素半導(dǎo)體第二代半導(dǎo)體材料：以砷化鎵（GaAs）為代表的第二代化合物半導(dǎo)體材料第三代半導(dǎo)體材料：氮化物（包括SiC、ZnO等寬禁帶半導(dǎo)體）第三代半導(dǎo)體器件由于它們的獨(dú)

5、特的優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)上有很重要的應(yīng)用，前景無(wú)限。下一代半導(dǎo)體材料：2010年10月4日，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)揭曉，獲獎(jiǎng)?wù)呤怯?guó)曼徹斯特大學(xué)物理和天文學(xué)院的reGeim和KonstantinNovoselov，獲獎(jiǎng)理由為“二維空間材料石墨烯（graphene）方面的開(kāi)創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)”。單層石墨烯強(qiáng)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(dǎo)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(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍，當(dāng)價(jià)格不變時(shí)；或者說(shuō)，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個(gè)月翻兩倍以上。這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。過(guò)去的50年基本上驗(yàn)證了Moe定律的有效性。1965年，每個(gè)芯片(chip)上只有65個(gè)三極管，現(xiàn)在有1.5億個(gè)，2010年前后將會(huì)達(dá)到10億個(gè)。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(wú)盡頭、有無(wú)極限答案是肯定的。計(jì)

7、算機(jī)技術(shù)的發(fā)展將受到以下幾個(gè)方面的制約：①物理極限：隧道效應(yīng)、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(jìn)一步發(fā)展，需要使用深超紫外線(其波長(zhǎng)為240nm)；可是工藝進(jìn)一步達(dá)到100nmDUV也不行了。③經(jīng)濟(jì)可行性的極限：90年代建造一個(gè)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(shí)，這一費(fèi)用則跳躍到30至40億美元。現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入0.10微米的階段，一個(gè)車間的

8、費(fèi)用將達(dá)到100200億美元。由此我認(rèn)為，摩爾定律必定會(huì)有終結(jié)的一天。雖然它所闡述的趨勢(shì)一直延續(xù)至今，且非常精確地說(shuō)明了處理機(jī)能力和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器存儲(chǔ)容量的發(fā)展，但是從各個(gè)方面來(lái)講，我認(rèn)為，它最終還是會(huì)失效的。理由如下：首先，如IBM研究員Carlerson所說(shuō)，各行各業(yè)呈爆炸式成長(zhǎng)的時(shí)代終將告一段落，先是鐵路，后是航空業(yè)，如今輪到半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)了。從哲學(xué)角度來(lái)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(duì)的，出現(xiàn)的問(wèn)題也就越來(lái)越多，所使用的解決方案也越來(lái)越復(fù)雜；任何事物都不是絕對(duì)的，所以摩爾定律也只是對(duì)自然規(guī)律的一種近似，不能在任何范圍內(nèi)精確地反應(yīng)事物的規(guī)律性。其次，從技術(shù)方面講，在接近極限尺度時(shí)，材料會(huì)有出現(xiàn)與宏觀狀態(tài)下不同的問(wèn)題。失效理由是材料與技術(shù)的極限，而不在于工藝本身。同時(shí)，用作絕緣材料的二氧化硅，已逼近極限，如繼續(xù)縮小，將導(dǎo)致漏電、散熱