传感器采用 MEMS 技术(微机电系统),本质上是一个硅电容器。电容器由两个硅板/表面组成。一个板是固定的,而另一个是可移动的(分别是下图中所示的绿色板和灰色板)。固定表面由电极覆盖,使其具有导电性,并布满了允许声音通过的声孔。可移动板能够移动,因为它只粘合在其结构的一侧。通风孔允许后室中压缩的空气流出,从而允许膜向后移动。腔室允许膜在内部移动,但与封装创建的腔室结合也会影响麦克风在频率响应和 SNR 方面的声学性能。
10 PN连接的一侧掺有五价杂质,净掺杂为51018 cm –3。找到将掺杂浓度添加到另一侧,以在室温下获得0.6 V的内置电位。
然而,微电子行业的前景远非明朗。晶体管很快就会变得如此之小,以至于制造和操作它们将变得极其困难。例如,一些(氧化物)绝缘体的厚度可能不超过 1 纳米,即 3 或 4 个氧化物原子层!工业、研究实验室和研究所正在制定由大量投资支持的研究计划。在格勒诺布尔地区,情况尤其如此,该地区是世界级的微电子中心。它是 CEA 的 LETI(电子和信息技术实验室)和 ST Microelectronics 位于克罗尔的制造基地的所在地。最后,自 1976 年以来,已有 4,000 人在格勒诺布尔的 Minatec 工作,这是欧洲领先的微纳米技术创新集群。
本书旨在概述与半导体材料中的纳米科学和纳米技术相关的基本物理概念和设备应用。如书中所示,当固体的尺寸缩小到材料中电子的特征长度(德布罗意波长、相干长度、局域长度等)的大小时,由于量子效应而产生的新物理特性就会显现出来。这些新特性以各种方式表现出来:量子电导振荡、量子霍尔效应、共振隧穿、单电子传输等。它们可以在正确构建的纳米结构中观察到,例如半导体异质结、量子阱、超晶格等,这些在文中详细描述。这些量子结构所表现出的效应不仅从纯科学的角度来看意义重大——过去几十年来它们的发现者获得了数项诺贝尔奖——而且在大多数上一代微电子和光电子设备中也有重要的实际应用。 20 世纪 70 年代初,IBM 的 Esaki、Tsu 和 Chang 开创性地开展工作,为后来在量子阱和超晶格中观察到的许多新效应奠定了基础,从那以后,仅仅过去了 30 年左右。为了观察这些效应,20 世纪 80 年代,许多先进的研究实验室定期采用分子束外延、逐层生长和半导体纳米结构掺杂等先进技术。由于所有这些新发展都发生在相对较短的时间内,因此很难及时将它们纳入大学课程。然而,最近大多数一流大学都更新了课程,并在研究生和本科生阶段开设了以下课程:纳米科学与工程、纳米结构与设备、量子设备和纳米结构等。甚至还开设了纳米科学与工程硕士学位。物理学院、材料科学学院和各种工程学院(电气、材料等)经常开设这些课程。我们认为,在普通本科阶段,缺乏关于纳米科学和纳米技术的综合教科书。一些关于固体物理学的一般教科书开始包括几个部分,在某些情况下,甚至包括一整章,来介绍纳米科学。这些材料经常被添加为这些著名教科书新版本的最后一章,有时并没有真正将其整合到书的其余部分中。然而,对于可以部分用于研究生课程的专业书籍来说,情况要好一些,因为在过去的十五年里,一系列关于纳米科学的优秀教科书
NIST的前身国家标准局(NBS)于20世纪50年代中期开始工作,以满足新兴半导体行业的测量需求。虽然这最初侧重于其他政府机构的晶体管应用,但在20世纪60年代初,该局向美国材料与试验协会(ASTM)和(美国)电子工业协会(EIA)寻求行业指导。ASTM的首要任务是准确测量硅的电阻率。NBS科学家开发了一种实用的非破坏性方法,其精度是以前破坏性方法的十倍。该方法为五项工业标准和广泛用于校准工业测量仪器的电阻率标准参考材料奠定了基础。第二个项目由 EIA 专家小组推荐,旨在解决晶体管的“二次击穿”故障机制。该项目的成果得到了广泛应用,包括解决导致航天飞机发射延迟的主发动机控制问题。