1、矽的簡(jiǎn)介,矽是現(xiàn)在各種半導(dǎo)體中使用最廣泛的電子材料，它的來(lái)源極廣，譬如我們腳下所踩的砂。它的含量佔(zhàn)地球表層的25%，純化製作容易，取得成本較低，因此被用來(lái)做為積體電路 製作的主要材料。如常見(jiàn)的微處理器（CPU)，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取記憶體（DRAM）、等，皆是以矽為主要材料。在元素週期表裡，它是屬於四價(jià)元素，排在三價(jià)的鋁與五價(jià)的磷之間。,矽原子與電子圖,矽是屬於四價(jià)元素，原子序?yàn)?4，雖然原子內(nèi)所含的電子相當(dāng)多，但是因?yàn)檩^接近原子核的電子被外層電子所遮蔽，所以內(nèi)層電子對(duì)整體材料的電性影響也比較小，我們將探討矽原子的4個(gè)外圍電子，也就是價(jià)電子。,共價(jià)鍵,在矽晶體內(nèi)，每個(gè)矽的四個(gè)外層電子分別與四個(gè)鄰近矽原

2、子的一個(gè)外層電子形成化學(xué)鍵結(jié)，這種電子共有的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)稱為共價(jià)鍵。,鑽石結(jié)構(gòu),在三度空間中，矽晶體由許許多多四面體單元連結(jié)構(gòu)成，四面體中心有一個(gè)矽原子，此外有四個(gè)矽原子位在四面體上的四個(gè)端點(diǎn)，八個(gè)四面體構(gòu)成的立方結(jié)構(gòu)稱為鑽石結(jié)構(gòu)。,矽的結(jié)構(gòu),晶體和非晶體本身都可以是一種純物質(zhì)，而晶體的特點(diǎn)，就是材料內(nèi)的原子或分子，在三度空間中，以週期性方式排列。矽晶體便是以鑽石結(jié)構(gòu)為單位，晶體內(nèi)的矽原子呈規(guī)則週期性的排列。,單晶矽與多晶矽,當(dāng)一矽材整體的原子排列結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)規(guī)則性，此矽材稱之為單晶矽(single crystal)，矽半導(dǎo)體技術(shù)中所使用的矽晶圓即為單晶矽。當(dāng)矽材是由許多小單晶結(jié)構(gòu)組成，各單晶顆粒間

3、的原子排列方向彼此互異，此矽材便稱之為多晶矽(polycrystal)。,摻雜,所謂摻雜，就是在半導(dǎo)體材料中加入電子或電洞，半導(dǎo)體即利用電子或電洞來(lái)傳導(dǎo)電信號(hào)。摻雜又可以分為：正摻雜及負(fù)摻雜,正摻雜,所謂正摻雜，就是在矽晶體中，摻入週期表中的三族元素 (此摻入的三族元素稱為受體)，由於和矽原子鍵結(jié)需要四個(gè)電子，三族元素原子僅可供應(yīng)三個(gè)電子，因而形成了一個(gè)電子的空缺，我們稱之為電洞。當(dāng)外加一個(gè)電壓時(shí)，電洞向負(fù)電位處移動(dòng)，形成了電的傳導(dǎo)。此摻雜的區(qū)域即稱為正型區(qū)(p-type region)，主要的傳導(dǎo)載子(carrier)為電洞。,負(fù)摻雜,所謂負(fù)摻雜，就是在矽晶體中，摻入週期表中的五族元素（此摻

4、入的五族元素稱為施體)。由於要和矽鍵結(jié)需要四個(gè)電子，五族元素原子卻可提供五個(gè)電子，摻雜原子多出了一個(gè)電子，當(dāng)外加一個(gè)電壓時(shí)，電子向正電位處移動(dòng)，形成了電的傳導(dǎo)。此摻雜的區(qū)域即稱為負(fù)型區(qū)(n-type region)，主要的傳導(dǎo)載子(carrier)為電子。,MOSFET,所謂MOSFET指的就是 金屬氧化層半導(dǎo)體電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半電晶體)，其結(jié)構(gòu)就如同字面上的意義，是由金屬、氧化層、及半導(dǎo)體疊在一起所構(gòu)成的。,MOSEFT的種類,依其傳導(dǎo)載子的不同可以分為PMOS及NMOS二種。若將這二種MOS合在

5、一起使用則稱為互補(bǔ)式金氧半電晶體，即為MOSFET CMOS（Complementary MOS）。 CMOS的優(yōu)點(diǎn)為操作時(shí)比較省電，因此一般電路佈局設(shè)計(jì)就是以CMOS為基本單元來(lái)設(shè)計(jì)。,PMOS簡(jiǎn)介,PMOS，指的是利用電洞來(lái)傳導(dǎo)電性信號(hào)的金氧半電晶體。PMOS的電路符號(hào)如下圖，而其結(jié)構(gòu)圖則如左圖所示，是由正型摻雜形成的汲極(drain)及源極(source)，與閘極(gate)及閘極下面的氧化層所構(gòu)成。,PMOS的工作原理,當(dāng)在閘極(gate)施以負(fù)偏壓時(shí)，就會(huì)在氧化層下方薄區(qū)內(nèi)感應(yīng)出許多電洞，當(dāng)在源極(source)施加一個(gè)偏壓之後，聚集的電洞就可經(jīng)由源極(source)與汲極(drai

6、n)之間的通道導(dǎo)通。,NMOS的簡(jiǎn)介,NMOS，指的是利用電子來(lái)傳導(dǎo)電性信號(hào)的金氧半電晶體。NMOS的電路符號(hào)如下圖，而其結(jié)構(gòu)圖如左圖所示，是由負(fù)型摻雜形成的汲極與源極，與在氧化層上的閘極所構(gòu)成。,NMOS的工作原理,當(dāng)在閘極施以正偏壓時(shí)，就會(huì)在氧化層下方薄區(qū)內(nèi)感應(yīng)出許多電子。當(dāng)在汲極施加一個(gè)偏壓之後，聚集的電子就可經(jīng)由源極與汲極之間的電子通道導(dǎo)通。,CMOS的簡(jiǎn)介,CMOS的電路符號(hào)如右下圖，元件橫截面圖則如左圖所示。若將PMOS及NMOS的閘極相連，且將PMOS及NMOS的汲極相連，即為一個(gè)基本的反向器(inverter，左下圖)。,CMOS 的工作原理(1),當(dāng)輸入端(Vin)輸入為高電壓(1)時(shí)，NMOS導(dǎo)通，而PMO