微系统封装基础作业

1. A)什么是光刻胶（photo resist）？

B)正性光刻胶与负性光刻胶的区别是什么？其刻蚀的物理过程是什么？ 答：

A) 光刻胶：指光刻工艺中，涂覆在材料表面，经过曝光后其溶解度发生变化的耐蚀刻

的薄膜材料。利用这一特性，对均匀的光刻胶的不同位置进行曝光，再通过显影液就能得到想要的图形。

B) 正性光刻胶：这种光刻胶被曝光的部分易溶于显影液，未被曝光的部分难溶于显影

液。

负性光刻胶：它的被曝光的部分难溶于显影液，未被曝光的部分易溶于显影液。 2. 什么是电介质常数？电介质常数低有什么好处？为什么有这样的好处（物理原理）？

电介质常数高有什么好处以及坏处？低电介质常数与高电介质常数材料的应用有哪些（CMOS中的栅氧化层为什么用高电介质常数的材料，通常用什么材料）？ 答：电介质常数是电场在真空中时的电场强度与该电场中放入电介质后的电场强度的比值，又称为相对介电常数。

电介质常数低（low-K）有利于隔离器件，当器件尺寸很小的时候，器件与器件之间的间距也很小，此时寄生电容的效应变的很显著，电介质常数低的材料会降低寄生电容，从而达到更好的器件隔离效果。

电介质常数高时，如果材料是在器件之间，那么将无法很好的隔离器件；但电介质常数高的材料可以在其他条件不变的情况下形成更大的电容，这在用作MOS管的栅时有重要意义：器件尺寸的减小要求栅电压降低（否则会击穿），而在获得同样的驱动电流时，则需要栅电容较大，隧道效应限制了栅介质的厚度，所以需要采用高K值的材料来做栅介质。

低电介质常数的材料通常用于降低器件间的寄生电容。高电介质常数的材料通常用作器件的栅以避免隧道效应。

栅极材料需要是良导体，以前用重掺杂多晶硅。随着尺寸缩小，改用了高K值的材料。现在的一些高性能CPU中采用的是金属电极和高K值电介质混合的技术。 3. 基板（Substrate）是什么？软基板与硬基板有什么区别？硅基板的应用有哪些？ 答：基板是光刻中图形刻蚀到的基底。

软基板与硬基板差别在于其是否是柔性的。 硅基板可用于集成电路，太阳能电池。 4. A)为什么通常高分子材料不导电？（物理原理）

B)为什么金属导电？（物理原理）

C)一些新材料（碳纳米管、石墨烯）为什么导电？ 答：

A) 高分子材料不导电是因为没有可以自由移动的电荷，具体而言，高分子材料中，

分子与分子之间由分子力作用，不涉及电子；而单个分子之间，又通常是饱和的共价键，这种共价键的电子对之间结合十分紧密，禁带宽度很大，电子难以挣脱束缚。故不能导电。

B) 金属中，外层电子受核束缚较弱，形成金属键时，电子的禁带宽度很小，呈现

出自由移动的形式。

C) 碳纳米管、石墨烯中，碳原子的外层电子轨道是sp杂化，其中p轨道相互重

叠连成一个很大的π键，电子可以在其中自由移动。

5. 导电与导热的原理是什么？石墨烯与纳米管导电（与上一题重复）与导热的原理是

什么？

答:导电原理：导电电荷在物质中传递的过程，金属中是通过易于电离的电子在其中将电势传播；半导体中是电子空穴对的转换将电荷传播；有机物中通过电子轨道的交叠使电子可以在其中移动。

导热原理：导热是通过分子、原子、电子或声子间的碰撞与散射来将内能传递的过程。 石墨烯与碳纳米管导热原理是：碳原子之间形成了稳定的晶格，容易通过格波传递晶格震动从而传递内能。

6. 为什么金刚石导热性能好？为什么金刚石不导电？

答:碳-碳之间形成了很强的共价键，并且构成了很稳定的晶格，从而很容易传播晶格震动（即格波）；但电子却受到了很强的束缚，难以传递电荷。

7. 什么是LED？其发光原理是什么？太阳能电池（solar cell）的物理原理是什么？ 答:LED是发光二极管。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路后就产生电流。 8. 什么是晶体管？它（双极性）的物理原理是什么？晶体管的两个主要功能是什么？

为什么这两种功能非常重要？

答:晶体管泛指一切以半导体材料为基础的单一元件，包括各种半导体材料制成的二极管、三极管、场效应管、可控硅等。晶体管有时多指晶体三极管；晶体管主要分为两大类：双极性晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）。

双极性晶体管物理原理是首尾相连的两个PN节，一个重掺杂一个轻掺杂。通过控制中间（基区）电压控制两个PN节的状态从而控制通过晶体管的电流大小。

晶体管主要功能是用作开关以及放大器。前者是数字电路的基础，后者是模拟电路的基础，因而晶体管对于整个电子行业意义重大。 9. 有哪些种类的显示器？它们的原理是什么？

答:CRT:电子枪发射三束电子，通过线圈使其发生偏转，扫描形式打到屏幕上不同像素点上。

LCD:背光提供光源，通过液晶上所加的电压改变其状态，从而显示不同的色彩与明暗。

LED:LED发光点构成像素点，像素点发光，显示图像。

等离子：像素点由三色荧光体构成，通过控制照射的紫外光使得像素点发光。 OLED：与LED类似，性能更佳。 10. A)线性光学与非线性光学的区别是什么？ 答:

A) 弱光束在介质中的传播，确定介质光学性质的折射率或极化率是与光强无关的常

量，介质的极化强度正比于光波的电场强度E，光波叠加时遵守线性叠加原理。光强很大时，介质极化率与场强成非线性关系。

B) 结构上没有对称中心的非线性光学材料称为二阶非线性光学材料，具有对称中心

的称为三阶非线性光学材料。

C) 光纤传输的两个特征是高速以及高带宽。高速是由于是利用光传播信号。首先光

纤通信中的载波频率很高，使得调制信号的带宽可以达到很宽；其次光纤带宽很宽，可以利用光纤的带宽安排很多信道进行传输，所以光纤通信可以实现很高的B)高分子材料用在2阶非线性光学中与用在3阶非线性光学中有什么区别？ C)光纤的两个特征（feature）是什么？光纤具有这两个特征的原理是什么？

带宽传输。

11. CMOS中栅（gate）的功能是什么？为什么要求它要具有高的k值？以前用什么材

料来做栅？现在用什么材料？

答：功能：在栅上加栅电压可以控制跨导的大小，从而控制通过电路的电流。

高的k值：具有良好的绝缘性能，防止电路中的电流泄漏问题。特别是当电路越做越小时，泄漏电流可能越来越大，就需要更高K的材料来解决漏电流问题。

以前用做多晶硅栅极，现在用金属做栅极。栅介质也将以高K材料代替二氧化硅 12. 什么是三五族化合物（III-V compounds）？与硅相比它的传输速度更快，这是为

什么？

答：所谓III-V族化合物，是元素周期表中III族的B，Al，Ga，In和V族的N，P，As，Sb形成的化合物，主要包括镓化砷（GaAs）、磷化铟（InP）和氮化镓等。

由于五价原子比三价原子具有更高的阴电性，因此有少许离子键成份。正因为如此，

III-V族材料置于电场中，晶格容易被极化，离子位移有助于介电系数的增加。GaAs材料的n型半导体中，电子移动率((mn～8500)远大于Si的电子移动率((mn～1450)，因此运动速度快，在高速数字集成电路上的应用，比Si半导体优越。 13. 为什么集成度提高以后，系统的可靠性会急剧增高？ 答：

集成度的提高体现在：芯片面积增大、器件尺寸缩小、集成效率的提高。集成

度提高，相对于分立元件可靠性高是因为电路失效的主要根源是焊接点的失效。集成电路内部用铝线连接，需要焊接到外部的引线数与器件的总数之比随集成度的提高而急剧减小。

14. 描述系统集成封装的6个功能。系统集成封装跟Moore than Moore有什么区别？ 答：

DFX（设计），系统测试，功率分布，信号分布，散热，封装保护。

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