國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 「固態電子學」 講義

1

講義一: 課程簡介

李義明教授

國立交通大學電機系

公元2017年秋

10981098 固態電子學固態電子學Solid State ElectronicsSolid State Electronics

國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 「固態電子學」 講義

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

國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 「固態電子學」 講義

3

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

研究室：電子資訊大樓503室

電 話：03-5712121分機59324

如何到電資中心？

國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 「固態電子學」 講義

4

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。

國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 「固態電子學」 講義

5

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

國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 「固態電子學」 講義

6

Contains only4 transistors !

http://inventors.about.com/od/weirdmuseums/ig/Photo-Gallery---Famous-Toys/First-Barbie-Doll-1959.htm

http://inventors.about.com/od/weirdmuseums/ig/Photo-Gallery---Famous-Toys/First-Barbie-Doll-1959.htm

Same year: first Barbie doll presented at a show in NYC

Early Integrated Circuit, 1959

From: “A Solid-State of Progress”, Ed. By Fairchild Semiconductor (1979)

(Bipolar transistors)

國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 「固態電子學」 講義

7

200 MOS transistors

http://tribune.com.pk/story/426282/first-man-on-moon-neil-armstrong-dead-at-82-us-media/http://tribune.com.pk/story/426282/first-man-on-moon-neil-armstrong-dead-at-82-us-media/

Same year:

First man on the Moon

From: “A Solid-State of Progress”, Ed. By Fairchild Semiconductor (1979)

Early Integrated Circuit, 1969

國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 「固態電子學」 講義

8

Same year:

Higgs Boson Nobel Prize

http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/jul/04/cern-discovers-higgs-like-boson

http://www.nvidia.com/content/PDF/kepler/NVIDIA-Kepler-GK110-Architecture-Whitepaper.pdf

NVIDIA’s Kepler GK110, 2013(7,080,000,000 7,080,000,000 MOS transistors)

國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 「固態電子學」 講義

9

電子產品體積微小化大 小

國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 「固態電子學」 講義

10

電機資訊產品應用多樣化生醫資通訊應用

國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 「固態電子學」 講義

積體電路產業分工階層PRODUCT

n+n+S

GD

+

DEVICE

CIRCUIT

GATE

MODULE

SYSTEM

11

物理、數學、電子學、電路學、電磁學、程式

應用技術

電機專業基礎

紮實的數理與程式

國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 「固態電子學」 講義

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

國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 「固態電子學」 講義

13

積體電路電晶體技術微縮趨勢

Shrinking of transistors to nanoscale dimensions has enabled computers to become ~10,000 times more powerful over past 30 years

阿米巴

國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 「固態電子學」 講義

14

Moore’s Law …. Introducing quantum effects

Slope= x0.7/generation

國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 「固態電子學」 講義

15

Slope= x0.7/generation

Moore’s Law …. Introducing quantum effects

國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 「固態電子學」 講義

跨領域生醫資通訊的應用

BiotechnologyNanotechnology

Electronics Communication

Information

Integrated Bioelectronic and

Energy HarvestingSystem

16

國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 「固態電子學」 講義

17

http://www.businessmirror.com.ph/1115-Wed/pers01.php

為什麼要學固態電子學？

Semiconductor devices are the foundation of electronic industry --- the largest in the world since 1998.

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.).

國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 「固態電子學」 講義

18

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 semiconductorsHow 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!

固態電子學

國立交通大學電機系李義明 教授 2010秋「固態電子學」講義

電子學之基礎

國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 「固態電子學」 講義

19

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。

國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 「固態電子學」 講義

20

課本課本: Simon Sze and Ming-Kwei Lee, Semiconductor Devices Physics: and Technology, Third Edition, Wiley, 2013 (歐亞書局)

國立交通大學 電機系 李義明 教授 2017秋 「固態電子學」 講義

21

課程評分

作業與隨堂表現30% 期中考35% 期末考35%

老師保有更動作業、考試時程與評分的權力

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

授課方式