【正文】 ，在 T和 E的作用下，將通過正、逆壓電效應產(chǎn)生壓電電位移和壓電應變，即： D壓 =d T S壓 =dt E 晶體總電位移和總應變?yōu)椋? D= d T+ ?TE S= sET+ dt E 半導體器件電子學 北工大電控學院 壓電晶體具有壓電效應，當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系， 定義機電耦合系數(shù) k 2/122422xx機能）（電能壓電轉換能機械能儲入電能（壓電效應轉換能）儲入的機械能總量電能通過正壓電效應轉換的或儲入的電能總量機械能通過逆壓電效應轉換的????kkkk 半導體器件電子學 北工大電控學院 六、壓電薄膜的電學性質 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： — ： — 半導體器件電子學 北工大電控學院 體聲波性能 半導體器件電子學 北工大電控學院 表聲波性能 半導體器件電子學 北工大電控學院 七、聲表面波器件的應用 1885年英國物理學家 Lord Reyleigh 就從理論上預言了聲表面波。 聲表面波：包括縱波（ P波）分量以及質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。 半導體器件電子學 北工大電控學院 ? 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為導聲體，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。 半導體器件電子學 北工大電控學院 ? 層狀結構對聲學波的影響：一般在層狀結構介質中傳播的波具有頻散特性，即傳播速度隨頻率不同而改變 。 層狀結構中的傳播特性對聲學器件非常重要，如在非壓電材料，如玻璃上，淀積一層 ZnO， AlN等壓電薄膜，驅動非壓電材料。 半導體器件電子學 北工大電控學院 ? 壓電材料表面金屬材料對波速的影響： ? 壓電作用可在導體表面產(chǎn)生電場分量，如果表面覆蓋理想導體時，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。 ? 設覆蓋導體部分的速度和未覆蓋導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 ?? 半導體器件電子學 北工大電控學院 聲表面波器件的特點： 聲表面波器件是平面結構，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。 能夠從傳播途徑的任何一點取出信號，即能進行所謂抽頭，增加了信號處理技術的自由度。 聲表面波的傳播速度慢，適合于制作中頻小型器件。 由于是單片結構，在器件設計方面非常容易。 聲表面波容易與半導體載流子、光等相互作用。 因為能量局限于表面附近傳播，故容易構成非線性效應器件。 半導體器件電子學 北工大電控學院 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 重復性要好，可靠性要高，且適于批量生產(chǎn)。 成本要低。 半導體器件電子學 北工大電控學院 ? 聲表面波換能器 半導體器件電子學 北工大電控學院 ? 聲表面波濾波器 半導體器件電子學 北工大電控學院 ? 聲表面波濾波器 半導體器件電子學 北工大電控學院 ? 聲表面波延遲線 半導體器件電子學 北工大電控學院 ? 聲表面波放大器 半導體器件電子學 北工大電控學院 ? 八、體聲波的應用 半導體器件電子學 北工大電控學院 何謂 LatchUp Effect? 閂鎖效應是指 CMOS電路中寄生的固有可控硅被結構外界因素觸發(fā)導通，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，導通就無法中止，引起器件的燒毀，構成 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。 由于 CMOS IC 結構形成了 PNPN四層寄生可控硅（ SCR）結構，也可視作 PNP管和 NPN管的串聯(lián)，這種寄生的晶體管的eb結都并有一個由相應襯底構成的的寄生電阻，因此觸發(fā)閂鎖效應的條件為： 1． 寄生 npn(pnp)transister的共基極電流增益 α間有關系 αnRw/(Rw+γen)+αpRs/(Rs+γep)=1 式中 Rw ,Rs 分別為晶體管 eb結上并聯(lián)的寄生電阻 ,γen,γep時相應發(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. 半導體器件電子學 北工大電控學院 半導體器件電子學 北工大電控學院 2． 觸發(fā)電流在寄生電阻上的壓降大于相應晶體管 eb結上正向壓降。 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，當輸出端上存在正的外部噪聲時，在寄生 PNP管 Tr1的 eb結成正向偏置，基極電流通過 Rs流入 UDD中， Tr1導通，其集電機電流通過 P阱內(nèi)部 Rw進入 Uss,Rw上產(chǎn)生壓降，當 Tr2管的 UBE達到正向導通電壓時， Tr2導通， Tr2的集電極電流流向 Tr1基極時期電位降低， Tr1進一步導通結果 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結正向導通電壓下降，電流增益和寄生電阻歲溫度升高而增大，導致維持電流 Ih歲溫度升高而下降，另外 PN結反向漏電隨溫度上升而增大，而 P阱襯底結的反向漏電正是寄生 SCR結構的觸發(fā)電流，所以高溫下閂鎖更易發(fā)生 。 半導體器件電子學 北工大電控學院 ? 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)到導通態(tài)電流轉換的陡直度。 ? 數(shù)學定義：采用半對數(shù)坐標的器件轉移特性曲線（ lgIDVG）關系中亞閾值區(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。 半導體器件電子學 北工大電控學院 半導體器件電子學 北工大電控學院 ? 熱載流子效應：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。 半導體器件電子學 北工大電控學院 短溝道效應：短溝道中，由于柵下一些耗盡層電荷被源和漏所控制，導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：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，它是漏電壓直接影響溝道表面勢造成的。所謂 DIBL，即漏電壓感應源勢壘下降效應，它是器件二維效應與強電場效應結合的結果。當漏結加較大的電壓時，結電場向源區(qū)發(fā)展，因為溝道很窄，使漏結電場與源結相耦合，當 V_(ds)高到一定程度，漏的結電場會影響源 PN結的勢壘，使之降低，這就是 DIBL效應。 半導體器件電子學 北工大電控學院 半導體器件電子學 北工大電控學院 速度過沖： 電子漂移速度與電場的關系： 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)從導帶底向次能谷躍遷，出現(xiàn)負微分電阻效應。 Si材料中也有。弱一些。 ?= ?0[1exp(?)/ ?] ?0=?105/ 半導體器件電子學 北工大電控學院 電流飽和特性： J=nq?E J=nqvsat 半導體材料的特性決定 對于有負阻現(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。 半導體器件電子學 北工大電控學院 ? 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。 半導體器件電子學 北工大電控學院 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. BY FAITH I BY FAITH