半导体基础知识 3.pptVIP

半导体的物理基础 1、半导体的定义：半导体是导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。 半导体的主要性能：在半导体中加入微量的某些其他元素的原子，半导体的导电性能能在很大范围内变化。半导体中的杂质原子的含量微小但对半导体材料的导电能力却起了决定性的作用，半导体的导电特性可以通过掺杂来控制是半导体能制成各种器件从而得到广泛应用的一个重要原因。 3、本征半导体：没有任何搀杂和缺陷的纯净半导体材料，这时其导电能力取决于材料本身的固有特征，这种半导体称为本征半导体。 二、生产中主要的工序： 1、光刻工序 利用光敏的抗蚀涂层发生光化学反应，结合刻蚀方法在各种薄膜（二氧化硅等绝缘膜和各种金属膜）制备出合乎要求的图形，以实现选择搀杂、形成金属电极布线或表面钝化的目的。目前光刻工艺能刻蚀出多细的线条已成为影响超大规模集成电路可达到集成度从而限制其规模的关键工艺之一。 2、扩散工序： 氧化：主要是在高温氧化气氛下生长二氧化硅。二氧化硅有阻止杂质想硅内扩散的作用。二氧化硅的生长方法主要有干氧氧化、湿氧氧化和氢氧合成氧化。干氧氧化是使氧气在高温下与硅直接反应；湿氧氧化是使氧气先经过热水，鼓泡后将水汽一起带入炉内，再在高温下与硅反应；氢氧合成氧化是在常压下分别将氢气和氧气直接通入炉内，使之在一定温度下燃烧生成水，水在高温下与硅反应生成二氧化硅。一般干氧氧化生成的二氧化硅致密、干燥。光刻时与光刻胶接触良好，但生长速度慢。湿氧氧化生成的二氧化硅质量差，但生长速度快。氢氧合成氧化质量高、生长速度快。 四、晶体管的一般工艺 1、氧化，生长二氧化硅 2、光刻，刻基极区域  3、B扩散及氧化，形成基区及下次光刻掩膜. 4、光刻，刻发射区 5、P扩散及氧化，形成发射区及下次光刻掩膜 6、光刻，刻引线孔 7、溅射，溅射铝 8、光刻，形成电极 9、背面金属化 五、P阱CMOS一般工艺 1、氧化生长二氧化硅 2、光刻，刻P阱区 3、硼离子注入 4、推结及氧化，形成P阱区及下次光刻掩膜 5、光刻，刻PMOS的源、漏区 6、硼离子注入 7、推结及氧化形成PMOS的源、漏区及下次光刻掩膜 8、光刻，刻NMOS的源、漏区 9、P 磷离子注入 10、推结及氧化形成NMOS的源、漏区及下次光刻掩膜 11、光刻，刻PMOS和NMOS的栅极区域 12、栅氧化 13、光刻，刻引线孔 14、溅射，溅射铝 15、光刻，形成电极 N- SiO2 B N- SiO2 P- N- SiO2 P- B N- SiO2 P- N- SiO2 P- P+ P+ N- SiO2 P- P+ P+ P N- SiO2 P- P+ P+ N- SiO2 P- P+ P+ N+ N+ N- SiO2 P- P+ P+ N+ N+ * 2、半导体材料的分类：元素半导体和化合物半导体材料，元素半导体材料主要包括硅、锗等；化合物半导体材料主要包括砷化铟、铝镓砷等。 Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si 4、N型半导体：半导体中的杂质如果有五个价电子就会得到如图所示的晶体结构如图1。杂质将置换晶体中的某些原子，五个价电子中的四个与周围原子形成共价键而第五个价电子则不受任何约束，他起载流子的作用，这类杂志提供了电子载体，故称他们为施主杂质或N型杂质。如果半导体中N型杂质居多，则称该半导体为N型半导体。 Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si P 5、P型半导体：若将三价元素掺入本征半导体，只有三个共价键能添满，第四个共价键的空位置上则构成了一个孔穴如图1。这类杂质提供了有实际意义的正载流子，因为它们产生了可接纳电子的孔穴。这类杂质成为受主杂质或P型杂质，以P型杂质为主的半导体称为P型半导体。 Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si B Si Si Si Si Si 6、PN结：通过某种方法使半导体中一部分区域为P型，另一部分为N型，则在其交界面就形成了PN结。PN结最大的电学特点就是具有单向导电性。如图2 P N 图2 7、二极管：由一个PN结制作成的器件称为二极管。二极管能在一个方向上允许电流通过，而另一个方向上阻碍电流通过。 P N 图2 8、双极晶体管：双极晶体管是有两个PN结构成，双极晶体管也叫三极管。如图3所示。它共有三个电极，分别是发射极（e极）、基极（b极）和集电极（c极）。它的主要作用是对电流的放大作用，放大电路如图，特性曲线如图。从图中可以看出，随基极电流的增大，集电极电流成倍增大。可见三极管对电流有增大作用。 P P N 发射极 基极 集电极 PNP型晶体管 N N P 发射极 基极 集电极 NPN型晶体管 图3 发射极 基极 集电极 9、MO