【正文】 ，在 T和 E的作用下，將通過正、逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生壓電電位移和壓電應(yīng)變，即： D壓 =d T S壓 =dt E 晶體總電位移和總應(yīng)變?yōu)椋? D= d T+ ?TE S= sET+ dt E 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 壓電晶體具有壓電效應(yīng)，當(dāng)對一個按一定取向和形狀制成的有電極的壓電晶片輸入電訊號時，如果訊號頻率與晶片機械諧振頻率相一致，就會使晶片由于逆壓電效應(yīng)而產(chǎn)生機械諧振。壓電晶片諧振時，要克服內(nèi)摩擦而消耗能量，會造成機械損耗。 機械品質(zhì)因數(shù)： Qm 耗的能量諧振時每周晶片機械損機械能量諧振時每周晶片儲存的?mQ為了反映壓電材料的機械能 與電能之間的耦合關(guān)系， 定義機電耦合系數(shù) k 2/122422xx機能）（電能壓電轉(zhuǎn)換能機械能儲入電能（壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換能）儲入的機械能總量電能通過正壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換的或儲入的電能總量機械能通過逆壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換的????kkkk 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 六、壓電薄膜的電學(xué)性質(zhì) 介電常數(shù) 體電阻率： ?v〉 108?cm AlN電阻率： 2x1014~~1015?cm 損耗角正切 AlN： tg?=— ZnO： tg?= — 擊穿電場： ZnO： — ： — 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 體聲波性能 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 表聲波性能 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 七、聲表面波器件的應(yīng)用 1885年英國物理學(xué)家 Lord Reyleigh 就從理論上預(yù)言了聲表面波。 聲表面波：包括縱波（ P波）分量以及質(zhì)點位移方向與表面垂直的橫波（ SV波）分量。它是能量只集中于固體表面，并沿表面?zhèn)鞑サ膹椥圆ā? 90%以上的能量集中在離表面一個聲波波長的深度內(nèi)。 Reyleigh波的傳播速度略慢于橫波，約為橫波的 93%左右。 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 ? 激勵和控制聲表面波方法 — 叉指換能器（ interdigital IDT） ? 1965年， R。 M。 White發(fā)明的，用來激勵表面聲波 叉指換能器是以壓電基質(zhì)為導(dǎo)聲體，在基片上制備叉指電極，直接激勵聲表面波。 特性取決于：叉指電極間距 a、叉指電極寬度 h、以及叉指電極對數(shù) N。 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 ? 層狀結(jié)構(gòu)對聲學(xué)波的影響：一般在層狀結(jié)構(gòu)介質(zhì)中傳播的波具有頻散特性，即傳播速度隨頻率不同而改變 。 層狀結(jié)構(gòu)中的傳播特性對聲學(xué)器件非常重要，如在非壓電材料，如玻璃上，淀積一層 ZnO， AlN等壓電薄膜，驅(qū)動非壓電材料。 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 ? 壓電材料表面金屬材料對波速的影響： ? 壓電作用可在導(dǎo)體表面產(chǎn)生電場分量，如果表面覆蓋理想導(dǎo)體時，該電場分量被短路。這種壓電反作用使表面附近的波速小于介質(zhì)深處的波速，因此波集中在表面附近。聲表面波在叉指換能器的電極部分和空隙部分傳播速度不相等。 ? 設(shè)覆蓋導(dǎo)體部分的速度和未覆蓋導(dǎo)體部分的波速分別為： vm和 vt，聲表面波的有效機電耦合系數(shù) K： tmtvvvk )(22 ?? 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 聲表面波器件的特點： 聲表面波器件是平面結(jié)構(gòu)，其制作工藝可以引用與集成電路相輔相成發(fā)展著的光刻技術(shù)。 能夠從傳播途徑的任何一點取出信號，即能進(jìn)行所謂抽頭，增加了信號處理技術(shù)的自由度。 聲表面波的傳播速度慢，適合于制作中頻小型器件。 由于是單片結(jié)構(gòu)，在器件設(shè)計方面非常容易。 聲表面波容易與半導(dǎo)體載流子、光等相互作用。 因為能量局限于表面附近傳播，故容易構(gòu)成非線性效應(yīng)器件。 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 聲表面波材料 有壓電單晶、壓電陶瓷和壓電薄膜。 主要要求： 表面粗糙度要小，為了使形成叉指電極有良好的接觸。 機電耦合系數(shù)盡可能高，從而提高換能效率， K2應(yīng)大于 2%。 傳播損耗要小，希望其值在 ?以下。 傳播速度的溫度系數(shù)要小 重復(fù)性要好，可靠性要高，且適于批量生產(chǎn)。 成本要低。 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 ? 聲表面波換能器 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 ? 聲表面波濾波器 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 ? 聲表面波濾波器 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 ? 聲表面波延遲線 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 ? 聲表面波放大器 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 ? 八、體聲波的應(yīng)用 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 何謂 LatchUp Effect? 閂鎖效應(yīng)是指 CMOS電路中寄生的固有可控硅被結(jié)構(gòu)外界因素觸發(fā)導(dǎo)通，在電源和地之間形成低阻通路現(xiàn)象，一旦電流流通，電源電壓不降至臨界值以下，導(dǎo)通就無法中止，引起器件的燒毀，構(gòu)成 CMOS電路的一個主要的可靠性問題。隨著集成度的提高，尺寸縮小，摻雜濃度提高，寄生管的 H(fe)變大，更易引起閂縮效應(yīng)。 由于 CMOS IC 結(jié)構(gòu)形成了 PNPN四層寄生可控硅（ SCR）結(jié)構(gòu)，也可視作 PNP管和 NPN管的串聯(lián)，這種寄生的晶體管的eb結(jié)都并有一個由相應(yīng)襯底構(gòu)成的的寄生電阻，因此觸發(fā)閂鎖效應(yīng)的條件為： 1． 寄生 npn(pnp)transister的共基極電流增益 α間有關(guān)系 αnRw/(Rw+γen)+αpRs/(Rs+γep)=1 式中 Rw ,Rs 分別為晶體管 eb結(jié)上并聯(lián)的寄生電阻 ,γen,γep時相應(yīng)發(fā)射極串聯(lián)電阻。 2 。電源電壓必須大于維持電壓 Uh，他所提供的電流必須大于維持電流 Ih. 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 2． 觸發(fā)電流在寄生電阻上的壓降大于相應(yīng)晶體管 eb結(jié)上正向壓降。 觸發(fā)信號可以是外界噪聲或電源電壓波動；觸發(fā)段可以是電路的任一端。下面以輸出端的噪聲觸發(fā)為例來分析其觸發(fā)的物理過程，其他端的情況類似。 電路輸出端閂鎖觸發(fā)的等效電路如圖 1所示，當(dāng)輸出端上存在正的外部噪聲時，在寄生 PNP管 Tr1的 eb結(jié)成正向偏置，基極電流通過 Rs流入 UDD中， Tr1導(dǎo)通，其集電機電流通過 P阱內(nèi)部 Rw進(jìn)入 Uss,Rw上產(chǎn)生壓降，當(dāng) Tr2管的 UBE達(dá)到正向?qū)妷簳r， Tr2導(dǎo)通， Tr2的集電極電流流向 Tr1基極時期電位降低， Tr1進(jìn)一步導(dǎo)通結(jié)果 Udd與 Uss之間形成低阻電流通路，這就發(fā)生了閂鎖。 溫度升高，晶體管 eb結(jié)正向?qū)妷合陆担娏髟鲆婧图纳娮铓q溫度升高而增大，導(dǎo)致維持電流 Ih歲溫度升高而下降，另外 PN結(jié)反向漏電隨溫度上升而增大，而 P阱襯底結(jié)的反向漏電正是寄生 SCR結(jié)構(gòu)的觸發(fā)電流，所以高溫下閂鎖更易發(fā)生 。 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 ? 亞閾值斜率 S：也稱為亞閾值擺幅。定義是：亞閾值區(qū)漏端電流增加一個量級所需要增大的柵電壓。反映了器件從截止態(tài)到導(dǎo)通態(tài)電流轉(zhuǎn)換的陡直度。 ? 數(shù)學(xué)定義：采用半對數(shù)坐標(biāo)的器件轉(zhuǎn)移特性曲線（ lgIDVG）關(guān)系中亞閾值區(qū)線段斜率的倒數(shù)，可表示為： S=dVG/d(lgID). ? 隨著器件特征尺寸的縮小，器件需要在低壓工作，由此帶來的低閾值電壓要求使得器件亞閾值特性研究越顯重要，尤其需要陡直的亞閾值斜率，不僅可以得到較低的閾值電壓，還可以降低截止態(tài)電流。 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 ? 熱載流子效應(yīng)：在漏端的強場區(qū)，溝道電子獲得能量，并加速向柵氧化層中運動，導(dǎo)致電荷注入到柵氧化層并在二氧化硅層中產(chǎn)生固定電荷。該固定電荷使器件的閾值電壓上升，驅(qū)動能力下降。 熱載流子：強電場情況下，載流子從電場中獲得的能量很多，載流子的平均能量比熱平衡狀態(tài)時的大，因而載流子和晶格系統(tǒng)不再處于熱平衡態(tài)。溫度是平均動能的量度，載流子能量大于晶格系統(tǒng)的能量，引進(jìn)載流子的有效溫度 Te，描寫與晶格系統(tǒng)系統(tǒng)不處于熱平衡狀態(tài)的載流子，這種狀態(tài)的載流子為熱載流子。 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 短溝道效應(yīng)：短溝道中，由于柵下一些耗盡層電荷被源和漏所控制，導(dǎo)致柵控制的耗盡電荷減少，致使閾值電壓減少。 SOI中的短溝道效應(yīng)：電荷主要來源于前柵和后柵。 DIBL是 SOI器件中最重要的一種短溝道效應(yīng)，它是漏電壓直接影響溝道表面勢造成的。所謂 DIBL，即漏電壓感應(yīng)源勢壘下降效應(yīng)，它是器件二維效應(yīng)與強電場效應(yīng)結(jié)合的結(jié)果。當(dāng)漏結(jié)加較大的電壓時，結(jié)電場向源區(qū)發(fā)展，因為溝道很窄，使漏結(jié)電場與源結(jié)相耦合，當(dāng) V_(ds)高到一定程度，漏的結(jié)電場會影響源 PN結(jié)的勢壘，使之降低，這就是 DIBL效應(yīng)。 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 速度過沖： 電子漂移速度與電場的關(guān)系： 低電場下，電子的漂移速度隨電場線性增加。 V=?E ?為低電場電子遷移率。隨電場的增強，漂移速度的增大受到各種散射機制的限制，增加的速率緩慢下來。 GaAs中，強電場的作用下，電子會出現(xiàn)從導(dǎo)帶底向次能谷躍遷，出現(xiàn)負(fù)微分電阻效應(yīng)。 Si材料中也有。弱一些。 ?= ?0[1exp(?)/ ?] ?0=?105/ 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 電流飽和特性： J=nq?E J=nqvsat 半導(dǎo)體材料的特性決定 對于有負(fù)阻現(xiàn)象的材料，高場情況下，載流子從底能谷向次高能谷轉(zhuǎn)移，電場高的區(qū)域發(fā)生遷移率降低。電子流入的那一邊產(chǎn)生電子的積累，在電子流流出的一邊，產(chǎn)生電子的耗盡。出現(xiàn)偶極疇。在瞬態(tài)下出現(xiàn)疇電容的充放電。 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 ? 速度過沖：峰值漂移速度大于飽和漂移速度的現(xiàn)象叫做速度過沖。 ? 物理原因：電子在一個電場得到了該電場中的漂移速度，進(jìn)入到另一個電場（如高電場）中改變到新的漂移速度，需要一定的時間，這就是動量馳豫時間； ? 在同樣的過程中，電子改變它的平均熱運動速度所需要的時間叫做能量馳豫時間。 ? 通常能量馳豫時間比動量馳豫時間長。 半導(dǎo)體器件電子學(xué) 北工大電控學(xué)院 謝謝觀看 /歡迎下載 BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. 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