幾種重要的微電子器件

幾種重要的微電子器件主要內(nèi)容薄膜晶體管TFT光電器件電荷耦合器件薄膜晶體管薄膜晶體管(ThinFilmTransistor，TFT)通常是指利用半導(dǎo)體薄膜材料制成的絕緣柵場效應(yīng)晶體管非晶硅薄膜晶體管(a-SiTFT)多晶硅薄膜晶體管(poly-SiTFT)碳化硅薄膜晶體管(SiCTFT)TFT的結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)型平面結(jié)構(gòu)型TFT的應(yīng)用領(lǐng)域大面積平板顯示──有源矩陣液晶顯示(ActiveMatrixLiquidCrystalDisplay,縮寫為AMLCD)電可擦除只讀存儲(chǔ)器(ROM)靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SRAM)線陣或面陣型圖像傳感器驅(qū)動(dòng)電路液晶顯示器驅(qū)動(dòng)電壓和功耗低、體積小、重量輕、無X射線輻射等一系列優(yōu)點(diǎn)為了降低串?dāng)_，提高掃描線數(shù)，在每個(gè)像素上配置一個(gè)開關(guān)器件，形成有源矩陣液晶顯示，消除了像素間的交叉串?dāng)_TFT有源矩陣的結(jié)構(gòu)光電子器件光電子器件：光子擔(dān)任主要角色的電子器件發(fā)光器件：將電能轉(zhuǎn)換為光能發(fā)光二極管(LightEmittingDiode，縮寫為LED)半導(dǎo)體激光器太陽能電池：將光能轉(zhuǎn)換為電能光電探測器：利用電子學(xué)方法檢測光信號(hào)的輻射躍遷和光吸收：在固體中，光子和電子之間的相互作用有三種基本過程：吸收、自發(fā)發(fā)射和受激發(fā)射兩個(gè)能級(jí)之間的三種基本躍遷過程(a)吸收(b)自發(fā)發(fā)射(c)受激發(fā)射發(fā)光光器器件件發(fā)光光二二極極管管：：靠靠注注入入載載流流子子自自發(fā)發(fā)復(fù)復(fù)合合而而引引起起的的自自發(fā)發(fā)輻輻射射；；非非相相干干光光半導(dǎo)導(dǎo)體體激激光光器器則則是是在在外外界界誘誘發(fā)發(fā)的的作作用用下下促促使使注注入入載載流流子子復(fù)復(fù)合合而而引引起起的的受受激激輻輻射射；；相相干干光光，，具具有有單單色色性性好好、、方方向向性性強(qiáng)強(qiáng)、、亮亮度度高高等等特特點(diǎn)點(diǎn)半導(dǎo)導(dǎo)體體電電致致發(fā)發(fā)光光有有著著悠悠久久的的歷歷史史1907年年觀觀察察到到電電流流通通過過硅硅檢檢波波器器時(shí)時(shí)發(fā)發(fā)黃黃光光現(xiàn)現(xiàn)象象1923年年在在碳碳化化硅硅檢檢波波器器中中觀觀察察到到類類似似的的現(xiàn)現(xiàn)象象1955年年觀觀察察到到III-V族族化化合合物物中中的的輻輻射射1961年年觀觀察察到到磷磷化化鎵鎵pn結(jié)結(jié)的的發(fā)發(fā)光光60年年代代初初期期GaAs晶晶體體制制備備技技術(shù)術(shù)的的顯顯著著發(fā)發(fā)展展1962年年制制成成GaAs發(fā)發(fā)光光二二極極管管和和GaAs半半導(dǎo)導(dǎo)體體激激光光器器異質(zhì)質(zhì)結(jié)結(jié)的的發(fā)發(fā)展展對(duì)對(duì)結(jié)結(jié)型型發(fā)發(fā)光光器器件件性性能能的的提提高高也也起起了了很很大大的的推推進(jìn)進(jìn)作作用用半導(dǎo)導(dǎo)體體發(fā)發(fā)射射激激光光，，即即要要實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)受受激激發(fā)發(fā)射射，，必必須須滿滿足足下下面面三三個(gè)個(gè)條條件件：：通過過施施加加偏偏壓壓等等方方法法將將電電子子從從能能量量較較低低的的價(jià)價(jià)帶帶激激發(fā)發(fā)到到能能量量較較高高的的導(dǎo)導(dǎo)帶帶，，產(chǎn)產(chǎn)生生足足夠夠多多的的電電子子空空穴穴對(duì)對(duì)，，導(dǎo)導(dǎo)致致粒粒子子數(shù)數(shù)分分布布發(fā)發(fā)生生反反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)形成成光光諧諧振振腔腔，，使使受受激激輻輻射射光光子子增增生生，，產(chǎn)產(chǎn)生生受受激激振振蕩蕩，，導(dǎo)導(dǎo)致致產(chǎn)產(chǎn)生生的的激激光光沿沿諧諧振振腔腔方方向向發(fā)發(fā)射射滿足足一一定定的的閾閾值值條條件件，，使使電電子子增增益益大大于于電電子子損損耗耗，，即即激激光光器器的的電電流流密密度度必必須須大大于于產(chǎn)產(chǎn)生生受受激激發(fā)發(fā)射射的的電電流流密密度度閾閾值值光電電探探測測器器光電電探探測測器器：：對(duì)對(duì)各各種種光光輻輻射射進(jìn)進(jìn)行行接接收收和和探探測測的的器器件件熱探探測測器器光子子探探測測器器熱探探測測器器：：利利用用探探測測元元吸吸收收入入射射光光(通通常常是是紅紅外外光光)產(chǎn)產(chǎn)生生熱熱量量，，引引起起溫溫度度上上升升，，然然后后再再借借助助各各種種物物理理效效應(yīng)應(yīng)把把溫溫度度的的變變化化轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變成成電電學(xué)學(xué)參參量量熱探探測測器器進(jìn)進(jìn)行行光光電電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換的的過過程程：：探測測器器吸吸收收光光輻輻射射引引起起溫溫度度上上升升利用用探探測測器器的的某某些些溫溫度度效效應(yīng)應(yīng)把把溫溫升升轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成電電學(xué)學(xué)參參量量光子探測測器：利利用入射射光子與與半導(dǎo)體體中處于于束縛態(tài)態(tài)的電子子(或空空穴)相相互作用用，將它它們激發(fā)發(fā)為自由由態(tài)，引引起半導(dǎo)導(dǎo)體的電電阻降低低或者產(chǎn)產(chǎn)生電動(dòng)動(dòng)勢光子探測測器的三三個(gè)基本本過程：：光子入射射到半導(dǎo)導(dǎo)體中并并產(chǎn)生載載流子載流子在在半導(dǎo)體體中輸運(yùn)運(yùn)并被某某種電流流增益機(jī)機(jī)構(gòu)倍增增產(chǎn)生的電電流與外外電路相相互作用用，形成成輸出信信號(hào)，從從而完成成對(duì)光子子的探測測光敏電阻阻：光敏敏電阻通通常由一一塊狀或或薄膜狀狀半導(dǎo)體體及其兩兩邊的歐歐姆接觸觸構(gòu)成光電二極極管：光光電二極極管實(shí)際際上就是是一個(gè)工工作在反反向偏置置條件下下的pn結(jié)，p-i-n光電電二極管管是最常常用的光光電探測測器件雪崩光電電二極管管：雪崩崩光電二二極管是是借助強(qiáng)強(qiáng)電場作作用產(chǎn)生生載流子子倍增效效應(yīng)(即即雪崩倍倍增效應(yīng)應(yīng))的一一種高速速光電器器件太陽能電電池吸收光輻輻射而產(chǎn)產(chǎn)生電動(dòng)動(dòng)勢，它它是半導(dǎo)導(dǎo)體太陽陽能電池池實(shí)現(xiàn)光光電轉(zhuǎn)換換的理論論基礎(chǔ)產(chǎn)生光生生伏特效效應(yīng)的兩兩個(gè)基本本條件：：半導(dǎo)體材材料對(duì)一一定波長長的入射射光有足足夠大的的光吸收收系數(shù)，，即要求求入射光光子的能能量h大于或等等于半導(dǎo)導(dǎo)體的禁禁帶寬度度Eg具有光生生伏特結(jié)結(jié)構(gòu)，即即有一個(gè)個(gè)內(nèi)建電電場所對(duì)對(duì)應(yīng)的勢勢壘區(qū)影響太陽陽能電池池轉(zhuǎn)換效效率的主主要因素素有：表表面太陽陽光的反反射、pn結(jié)漏漏電流和和寄生串串聯(lián)電阻阻等CCD器器件電荷耦合合器件(ChargeCoupledDevice，簡稱稱CCD)：70年代代初由美美國貝爾爾實(shí)驗(yàn)室室研制成成功的一一種新型型半導(dǎo)體體器件CCD器器件不同同于其他他器件的的突出特特點(diǎn)：以以電荷作作為信號(hào)號(hào)，即信信息用電電荷量(稱為電電荷包)代表，，而其他他器件則則都是以以電壓或或電流作作為信號(hào)號(hào)的CCD器器件的應(yīng)應(yīng)用廣泛用于于影像傳傳感、數(shù)數(shù)字存儲(chǔ)儲(chǔ)和信息息處理等等三個(gè)領(lǐng)領(lǐng)域，其其中最重重要的應(yīng)應(yīng)用是作作為固態(tài)態(tài)攝像器器件，其其次是作作為存儲(chǔ)儲(chǔ)器件作業(yè)簡單描述述集成電電路CAD的主主要方法法和主要