公元 2017 年秋 1098 固態電子學 Solid State Electronics 講義一 : 課程簡介 李義明教授 國立交通大學電機系 1 課程資訊 課程名稱 : 固態電子學 Solid State Electronics 當期課號 :1098 永久課號 : UEE3407 選別 : 選修 開課系所 : 電機系 授課教師 : 李義明教授 上課時間及教室 : 星期一 09:00-09:50(1B) 星期三 10:10-12:00(3CD) 工四館 219(ED 219) 2
課程討論 時間 : 週一 週三下午或與老師 助教以 email 約時間討論 地點 : 老師辦公室電資大樓 812 室 ( 學生活動中心斜對面有荷花池那一棟 ) 郵件 :ymli@mail.ymlab.org 電話 :03-5712121 分機 52974 助教 : 宋文立 wlsung@mail.ymlab.org 如何到電資中心? 研究室 : 電子資訊大樓 503 室 電話 :03-5712121 分機 59324 3 課程概述 本課程講授固態電子元件 ( 或稱 : 積體電路元件 半導體元件 ) 工作原理 可學習到固態電子元件如 : 二極體 電晶體 感測器 與太陽能電池的操作與特性 課程內容包括產業應用, 為電子 電機 光電專業之基礎 4
電晶體暨積體電路技術演進 世界上第一顆電晶體 世界上第一顆 IC 積體電路技術成為 Bio-ICT 應用之礎石 5 Early Integrated Circuit, 1959 Contains only 4 transistors! (Bipolar transistors) Same year: first Barbie doll presented at a show in NYC From: A Solid-State of Progress, Ed. By Fairchild Semiconductor (1979) http://inventors.about.com/od/weirdmuseums/ig/ Photo-Gallery---Famous-Toys/First-Barbie-Doll- 1959.htm 6
Early Integrated Circuit, 1969 200 MOS transistors Same year: First man on the Moon http://tribune.com.pk/story/426282/first-man-onhttp://tribune.com.pk/story/426282/first-man-onmoon-neil-armstrong-dead-at-82-us-media/ moon-neil-armstrong-dead-at-82-us-media/ 7 From: A Solid-State of Progress, Ed. By Fairchild Semiconductor (1979) 國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 固態電子學 講義 NVIDIA s Kepler GK110, 2013 (7,080,000,000 MOS transistors) Same year: Higgs Boson Nobel Prize http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/jul/04/cern-discovershiggs-like-boson http://www.nvidia.com/content/pdf/kepler/nvidia-kepler-gk110-architecture-whitepaper.pdf 國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 固態電子學 講義 8
電子產品體積微小化大 小 9 電機資訊產品應用多樣化 生醫資通訊應用 10
積體電路產業分工階層 PRODUCT SYSTEM 應用技術 電機專業基礎 + MODULE GATE 紮實的數理與程式 物理 數學 電子學 電路學 電磁學 程式 S n+ G CIRCUIT DEVICE D n+ 11 電晶體到積體電路關鍵技術 電子 / 電洞在電晶體內運動 電晶體 電路結構 邏輯連接 IC 模組 IC 製造 許多電晶體 電流電壓曲線 電路連接 時脈訊號 12
積體電路電晶體技術微縮趨勢 阿米巴 Shrinking of transistors to nanoscale dimensions has enabled computers to become ~10,000 times more powerful over past 30 years 13 國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 固態電子學 講義 Moore s Law. Introducing quantum effects Slope= x0.7/generation 14 國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 固態電子學 講義
Moore s Law. Introducing quantum effects Slope= x0.7/generation 15 跨領域生醫資通訊的應用 Nanotechnology Biotechnology Electronics Integrated Bioelectronic and Energy Harvesting System Information Communication 16
為什麼要學固態電子學? Q: Why study electronic devices? A: They are the backbone of modern bio-ict technology: (1) Computers. (communication products) (2) Scientific instruments. (3) Cars and airplanes (sensors and actuators). (4) Homes (radios, ovens, clocks, clothes dryers, etc.). http://www.businessmirror.com.ph/1115-wed/pers01.php Semiconductor devices are the foundation of electronic industry --- the largest in the world since 1998. 17 固態電子學 電子學之基礎 All the advanced electronic/optoelectronic technologies/systems are based on the same fundamental principles at circuit/device and device/materials levels Vast majority of the devices are make of semiconductors How do the devices work? How to make devices smaller & perform better? How to integrate into systems? Some of these principles will be covered in this course This is important for all the EE majors! 國立交通大學國立交通大學電機系李義明教授 2017 2010 秋 固態電子學 講義秋講義 18
課程綱要一 固態電子元件基礎簡介固態電子元件的發展 背景 基礎半導體物理與重要結果 二 積體電路元件製造技術概論簡介積體電路元件的製造步驟 三 金屬 - 氧化物 - 半導體 元件 講授 金屬 - 氧化物 - 半導體 的結構 物理機制 DC 特性 四 金屬 - 氧化物 - 半導體電晶體講授 金屬 - 氧化物 - 半導體場效應電晶體 的結構 導通與截止的機制 與 DC/AC 特性 五 光電 感測與能源元件講授光轉電 電轉光 及各式感測器的結構 工作原理 物理與 DC 特性 六 高速元件 高功率電晶體 微波元件講授高速電子元件 高功率電晶體 微波元件的結構 工作原 理 DC/AC/RF 特性 19 課本 課本 : Simon Sze and Ming- Kwei Lee, Semiconductor Devices Physics: and Technology, Third Edition, Wiley, 2013 ( 歐亞書局 ) 20
作業與隨堂表現 30% 期中考 35% 期末考 35% 課程評分 授課方式 資訊以 email 或 e3 平台通知 老師以投影片講授講義內容 助教解說演習題或補充資料 老師保有更動作業 考試時程與評分的權力 21