Fsica dos dispositivos semicondutores

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Fsica dos dispositivos semicondutores. TEM. Termodinmica. Mecnica Quntica. Estado Slido. Cincia dos materiais. Fsica dos Semicondutores. Eletrnica. Fsica dos Dispositivos Semicondutores. Software. Microeletrnica. INFORMTICA. Plano do curso. - PowerPoint PPT Presentation

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  • Fsica dos dispositivos semicondutores

  • TEMMecnica QunticaTermodinmicaEstado SlidoFsica dos SemicondutoresFsica dos Dispositivos SemicondutoresEletrnicaINFORMTICACincia dos materiaisMicroeletrnicaSoftware

  • Plano do curso1. Fundamentos da teoria de semicondutores, 1.1. Faixas de energia no cristal semicondutor; 1.2. Estatstica de portadores em equilbrio; 1.3. Processos de gerao e recombinao de portadores; 1.4. Transporte de portadores;2. Dispositivos bipolares, 2.1. Juno p-n; 2.2. Contato metal-semicondutor; 2.3. Diodos; 2.4. Transistor bipolar 3. Dispositivos MOS 3.1. Capacitor MOS 3.2. Transistor MOS 3.3. Tecnologia CMOS4. Optoeletrnica, 4.1. Fotodetectores e detectores de partculas; 4.2. Clulas solares; 4.3. LED5 Semicondutores compostos, 5.1. Heterojunes; 5.2. Lasers de semicondutores; 5.3. Dispositivos exticos.

  • Evoluo Histrica da Eletrnica1833Faraday descobre que a resistividade do AgCl decresce com a temperatura1873W. Smith descobre que a condutividade do Se afetada pela iluminao1874Ferdinand Braum descobre efeito retificador do PbS, criando o primeiro diodo metal-semicondutor1904Inveno do diodo a vcuo por Fleming1906Incio da era da eletrnica - Lee de Forest inventa o triodo a vcuo 1948Inveno do transistor por Bardeen, Brattain e Schockley1959Fairchild Semiconductor introduz o processo planar 1959Inveno do circuito integrado por Jack Kilby na Texas Instruments1971Microprocessador 8008, de 8 bits19481976 80861979 8088, 3 , 8 MHz, 29 mil1982 80286, 1,5 , 12 MHz, 134 mil 1985 80386, 1,0 , 33 MHz, 275 mil 1991 80486, 0,6 ,100 MHz, 1600 mil 1995 Pentium, 0,35 ,200 MHz, 3300 mil 2002 P-IV0,13 , 2,8 GHz 60.000 mil2005 Dual Core0,09 , 4,8 GHz172.000 mil

  • Propriedades Bsicas dos Semicondutores

  • I.1 Conduo eltrica

    Metais:

    resitividades eltricas bastante baixas ( 10-4 - 10-6 .cm)um nico tipo de portador (eltrons de valncia)a concentrao de portadores no depende da temperaturaa resitividade cresce com a o aumento da temperaturao comportamento eltrico pode ser explicado pela fsica clssica

  • Isolantes:

    no possui portadores livresresitividade muitssimo alta

    Semicondutores:

    resistividade muito maior que a dos metais e muito menor que a dos isolantes (10 7 < < 10 -3 .cm)possui dois tipos de portadores (eltrons e lacunas)a resistividade diminui com o aumento da temperaturaa concentrao de portadores pode ser variada com a temperatura, iluminao, presso, diluio de dopantes, etc.comportamento eltrico no pode ser explicado pela fsica clssica

  • I.2 Materiais Semicondutores

  • semicondutor

    largura da banda

    proibida (eV)

    Coluna IV

    Si

    1,10

    Ge

    0,68

    SiC

    2,4 (3C-SiC) , 3,35 (2H-SiC)

    SixGe1-x

    Si1-y-xGexCy

    Colunas III e V

    AlSb

    1,5

    GaN

    3,42

    GaAs

    1,4

    GaSb

    0,67

    InP

    1,25

    InAs

    0,33

    InSb

    0,18

    AlxGa1-xAs

    GaAsxP1-x

    GaxIn1-xPyAs1-y

    Colunas IV e VI

    PbS

    PbSe

    0,40

    PbTe

    0,31

    Colunas II e VI

    ZnSe

    2,1

    ZnO

    3,2

    TeCd

    4,3

    HgCdTe

  • I.3 Estrutura dos materiais semicondutores:

    amorfos (sem regularidade de mdio e longo alcance, ordenao dos primeiros vizinhos)monocristalinos (regularidade completa)policristalinos (regularidade em pequenos volumes)

    Na microeletrnica usam-se os semicondutores monocristalinos (substrators) e policristalinos (portas e interconexes). Os semicondutores amorfos (Si) so usados em converso fotovoltica.

  • Clula Unitria:

    o menor volume que por deslocamento nas trs dimenses reproduz o slido monocristalino.

    Bravais demonstrou que s podem existir 14 tipos de clulas unitrias distribudas em 7 grupos.

    Monocristais

  • A Unit Cell

    The simple cubic (a), the body-centered cubic (b) and the face centered cubic (c) lattice.

  • The zinc-blende crystal structure of GaAs and InP The diamond lattice of silicon and germanium

  • 1.4 ndices de Miller

    Uma forma conveniente de especificar planos cristalogrficos e direes em uma rede cristalina proporcionada pelo emprego dos ndices de Miller. Para uma rede cbica os indices (h k l) definem um plano da rede.

    Mtodo para determinar os ndices :- achar as interseces do plano com os 3 eixos e normalizar em termos do parmetro de rede a ; - achar os recprocos dessas interseces;- usando multiplicador conveniente obter conjunto de menores inteiros.

  • Conveno

    Interpretao

    (hkl)

    plano cristalino

    {hkl}

    planos equivalentes

    [hkl]

    direo cristalina

    direes equivalentes

    (hkli)

    plano no sistema hexagonal

    [hkli]

    direo cristalina no sistema hexagonal

  • Tecnologias principais de silcio

  • Processos de fabricao de dispositivos na tecnologia planar do silcio 0. Crescimento epitaxial 1. Difuso 2. Oxidao trmica 3. Implantao inica 4. Recozimento 5. Foto litografia 6. Deposio de filmes 7. Ataques midos e por plasma, limpezas

  • NMOS

  • CMOS

  • bipolar

  • bipolar

  • Formula de EinsteinD = (kT/q).

    D coeficiente de difuso [cm2/s]kT/q = Vth thermal voltage [V] - mobility [cm2/(V.s)]

  • Movimento das partculasDeriva das partculasDifuso das partculasDistribuio de MaxwellBoltzmann

  • Corrente de deriva Drift currentJ = e(nn + pp)E

  • Mobilidade - MobilityLattice scattering

    Impurity scattering

    Surface scattering

  • Resistividade - ResistivityResistncia de folha Sheet Resistance

  • Corrente de difuso Diffusion currentFick's laws of diffusion3D1D

  • MaxwellBoltzmann distribution

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