1.半導體物理基礎

半導體的歷史可以追溯到1874年的Braun，他發現了金屬和半導體接觸時具有整流特性，並嘗試將其用於早期收音機中的檢波功能。到了1907年，Pierce通過大量實驗，正式發現了金屬-半導體二極體的整流特性。

直到1935年，硅點接觸式的二極體才開始運用於收音機的檢波器，其結構如下圖所示。然而，等到1942年，Bethe提出了熱電子發射理論，才成功解釋了金屬半導體接觸的工作方式。

到了1947年，貝爾實驗室的Shockley、Bardeen和Brattain製作出了第一個點接觸式的晶體管並成功通過測試，其結構如下圖所示。

這個使用多晶材料製作成的點接觸式的晶體管成功實現了對輸入信號的放大，但是其可靠性較低、雜訊較大、放大倍數較低。Shockley與1948年提出了結型晶體管的理論，同時Teal、Sparks於1950年製成了第一個NPN結型晶體管。

1955年，Shockley來到聖克拉拉谷，成立了Shockley半導體公司，招募了許多當時的青年才俊。其中的八個人嘗試研究集成電路，在遭到Shockley拒絕後他們離開了Shockley半導體公司，並創辦了仙童半導體，發明了兩項至今仍為主流的技術：平面工藝、集成電路。

1965年，Moore在《Electronics》雜誌上發表文章預言：晶元的集成度大約每年增加一倍。這一預言被稱為摩爾定律，如下圖所示。到了1975年，Moore將增長時間修改為兩年，目前普遍認為的增長時間為18個月。

1968年，原仙童半導體的Noyce、Moore創辦了Moore-Noyce電子公司，後改名為Intel。1969年，Sanders創辦了AMD。

此後，基於MOS技術的CMOS技術也逐漸成熟，成為了集成電路設計和開發的焦點。與此同時，硅也成為了主要的半導體材料。

自第一塊集成電路問世以來，從最開始的一個晶體管、三個電阻、一個電容到現在的動輒上億個晶體管；從最開始的放大電路到現在的集算術、邏輯、存儲等功能於一體的微處理器，集成電路產業得到了飛速的發展。

在這一部分中，我們將從半導體物理的基本原理著手，層層剖析如何從最簡單的硅材料製作出用於集成電路的MOS器件。

參考文獻

[1] Donald A.Neamen, Semiconductor Physics and Devices Basic Principles, 4th Edition[M], McGraw-Hill, 2011.

[2] Dong-Li Zhang, Semiconductor Physics and Solid State Physics[Z], Soochow University， 2016.

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