第一章目前的微电子制造技术可以分为四个方面：双极型制造工艺、MOS制造工艺、Bi-CMOS制造工艺和SOI制造工艺。
双极型工艺的优缺点：（1）缺点：双极型工艺过程复杂、成本高、集成度低，在现在的超大规模集成电路中已经很少单独使用。（2）优点：双极型工艺速度快、较大的电流驱动能力等特点是CMOS工艺所达不到的。在某些情况下，作为CMOS工艺的补充，双极型工艺仍然被少量地使用。 双极型三极管：是双极型工艺的典型器件，由两种载流子参与导电，由两个pn结组成，是一种电流控制电流源器件，分为PNP和NPN两种。 PN结隔离分为三种结构：
（1）标准下埋集电极三极管（SBC）
道耗尽型晶体管、P沟道耗尽型晶体管。 MOS场效应晶体管利用栅极电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。
P沟道MOS晶体管与N沟道MOS晶体管同时运用到一个集成电路中就构成了CMOS集成电路。 双阱工艺CMOS器件的结构示意图
Bi-CMOS技术是一种将CMOS器件和双极型器件集成在同一芯片上的技术。Bi-CMOS的制作工艺主要分为两大类：
（1）低端Bi-CMOS工艺：以CMOS工艺为基础
（2）集电极扩散隔离三极管（CDI）
（2）高端Bi-CMOS工艺：以双极型工艺为基础，可进一步分为P阱Bi-CMOS工艺和双阱Bi-CMOS工艺。
SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘层上覆硅)器件与体硅器件相比，除了具备良好的抗辐射性能还具有以下各项优点：（1）功耗低 （2）工作速度快 （3）静电电容小，寄生电容小 （4）可进一步提高集成
（3）三重扩散三极管（3D）
电路芯片的集成度、功能和可靠性，能在微功耗、低电压、高温、高压等方面发挥它的优势 （5）耐高温环境
SOI晶圆结构示意图
典型的PN结隔离的双极型工艺流程复杂，总的工序一般有40多道（9次光刻，5次隔离）。 MOS场效应晶体管是金属—氧化物—半导体场效应晶体管的简称，它通过改变外加电压产生的电场强度来控制其导电能力。MOS晶体管是电压控制元件，参与导电的只有一种载流子，因此称其为单极型器件。MOS晶体管可以分为增强型晶体管与耗尽型晶体管两种。根据沟道掺杂不同，又可分为N沟道增强型晶体管、P沟道增强型晶体管、N沟
SOI材料是在绝缘层上生长一层具有一定厚度的单晶硅薄膜的材料。该材料可实现完全的介质隔离，与有PN结隔离的体硅相比，具有无闩锁、高速度、低功耗、集成度高、耐高温等特点。SOI材料性能好，成本低，与体硅集成电路工艺完全兼容，它完全可以继承体硅材料与体硅集成电路迄今所取得的巨大成就，还具有自己独特的优势。
光发射器件：光发射的原理一般分为以下几种情况：（1）能带间的跃迁 （2）能带杂质能级间的
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跃迁 （3）施主-受主对的跃迁 （4）激子的跃迁 （5）缺陷中心的局域化能级间的越跃迁 （6）跃迁元素（稀土元素）的多电子能级间的跃迁 LED：发光二级管
光接收器是利用光电转换现象，将光信号转换成电信号的器件。
根据光接收器的原理不同，光接收器可分为光电导器件、光电二极管光电晶体管。这些光电接收器的工作原理都利用了光电导效应和光生电动势效应，根据光波长和频率响应频率的不同，其使用目的也不同。
根据光生载流子的生成机理不同，光电导器件可分为本证型和掺杂型两种。
光电导器件：利用半导体的光电导效应，将光信号变化转换成电阻变化的器件称为光电导器件。 光波导器件可以分为二维光波导和三维光波导。光纤是光波导器件的一种。
真空技术：（1）定义：低于1个标准大气压的称为真空。
（2）单位：Pa 1mmHg=1托 1Pn=760托=101325Pa
Bar（巴） 1mbar=100Pa （3）分类：低真空
致密性差，氧化速度快，质量差
刻蚀（1）干法刻蚀：工艺灵活、刻蚀精度和可复制性好，但工艺复杂
（2）湿法刻蚀：工艺和设备较简单、刻蚀速度快、生产效率高、应用比较广泛，但工艺很难控制 光刻步骤：基片准备、涂胶、前烘、曝光、显影、后烘
RTA：rapid thermal anneal快速热退火：在1000℃以上处理几秒钟。
微电子与光电子集成技术分为单片集成和混合集成 第二章 代表 一代 Si 二代 GaAs 三代 GaN 电致发光方式是由电场（电流）激发载流子，将电能直接转变为光能的过程，也称为场致发光。电致发光分为辐射跃迁和无辐射跃迁。电子在从高能级向低能级跃迁的过程中，必然释放出一定的能量。如果以发射光子的形式释放，则这种跃迁称为辐射跃迁；反之，没有辐射光子的跃迁就称为无辐射跃迁。 内
量
子
效
率
3.3 纤锌矿 直接带隙 Eg(eV) 1.12 1.43 晶体类型 金刚石 闪锌矿 禁带类型 间接带隙 直接带隙 105~102Pa 中真空
102~10?1Pa 高真空10?1~10?5Pa 超高真
空?10?5Pa
?内? 外
MBE（分子数外延）工艺：整个生长过程需要在超真空环境下进行，从加热的克努森池中产生的分子束流在一个加热的单晶衬底上反应形成晶体。 MBE工艺优点（1）生长速率低 （2）生长温度低 （3）可以通过掩膜的方法对材料进行三维的控制生长 （4）可以在生长的整个前后过程对外延层进行在位测量和分析 （5）自动化控制
MOCVD工艺的优点（1）可以通过精确控制气态源的流量和通断时间来控制外延层的组分、掺杂浓度、厚度等。可以用于生长薄层和超薄层材料 （2）生长速度快，使用于批量生产 （3）使用较灵活 （4）对真空度要求较低，反应室的结构较简单 氧化（1）干氧氧化（Si?O2性好，氧化速度慢，质量好
（2）湿氧氧化（Si?2H2O?SiO2
单位时间内产生的光子数单位时间内注入的电子-空穴对数量
子
效
率
?外?单位时间内发射到器件外部的光子数单位时间内注入的电子-空穴对数能级E2与E1之间的基本跃迁过程
?SiO2）：致密
（a）自发辐射
?H2）:
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反射镜极高的反射率
Distributed Bragg Reflectors，DBR：分布布拉格反射镜
VCSEL的结构图（面发射型）
（b) 受激吸收
上Bragg 下Bragg 衬底 设计高性能的VCSEL的关键（1）材料的增益谱峰值波长、DBR的高反射谱中心波长和谐振腔的谐振
（c）受激辐射
Laser-light Amphfiation by stimulated Emission of Radiation 受激发射的光放大
半导体发光二极管特点（1）无阀值特性，在很低电流下就可以实现有效发光 （2）P-I特性好，容易进行信号调制 （3）热稳定性好，输出功率随温度的变化较小 （4）工作寿命长，可靠性高 （5）光谱线很宽
PN双异质结二极管在正向偏置电压下禁带结构和载流子浓度分布情况
波长三者要完全符合设计长度 （2）DBR高反射 （3）降低串联电阻 （4）优化器件结构和尺寸，以限制电流和光场的分布
DBR概念：指具有高折射率和低折射率的两种材料交替生长在一起的多层的介质膜，两种介质折射率差越大越好，层数越多反射率越好
DBR材料（1）半导体：导电、折射率差小、层多，易产生势垒、阻碍载流子运动
（2）绝缘体：不同介质之间的折射率差较大，所需要的DBR反射镜对数越少；无法用统一的工艺来完成，只能通过后续工艺集成在一起
drDBR厚度计算：
??4n（?中心波长 n折射率）
几种能对光子或电子进行横向限制的VCSEL结构
提高硅发光的方法：多孔硅、掺入稀土元素、SiGe超晶格和纳米硅
多孔硅LED集成电路器件结构
刻蚀空气柱型
激光产生（半导体激光器产生相干辐射）条件：产生激光的物质、粒子数反转分布、谐振腔。 异质结激光器分为单异质结和双异质结，双异质结的作用是在垂直于结平面的方向（横向）上有效地限制载流子和光子。 DFB-LD分布反馈激光器
Intel公司于2005年1月成功研制出了全硅拉曼激光器
垂直腔面发射激光器（VCSEL）特点：极短的腔和
离子注入行
再生长型
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微电子与光电子要点整理
