生产管理知识_半导体生产与洁净度培训

半导体生产与洁净度 太阳电池材料与生产基础 微电子的发展史 集成电路的发展 1 1904年和1906年真空二极管和真空三极管的问世 2 1950年世界上第一个结型晶体管诞生 3 1958年世界上第一块集成电路研制成功 4 日本公司将集成电路从军事用途带入民用领域 1951年在贝尔实验室诞生 60年代用于航天领域 转换效率为10 70年代技术迅速发展 使用于民用领域 转换效率为20 90年代在规模生产 效率不断提高 销售量以每年25 的速度递增 微电子的发展史 太阳能电池的发展 半导体基本知识 定义导体 能导电的物体 如 银 铜 铝等 绝缘体 不容易导电的物体 如 橡皮 塑料 玻璃等 半导体 导电性能介于导体和绝缘体之间的物体 如 锗 硅 硒等 半导体的特性 有两种载流子 电子和空穴 纯净的 不含杂质 的半导体 称本征半导体 中有一个电子就必然有一个空穴 即电子和空穴的数量相等 半导体的导电性 与导体和绝缘体不同 半导体的导电性能受温度的影响很大 当温度升级1 时 它的电导率就要增加百分之几到百分之十几 这是由于半导体中的本征载流子随温度升高而增加的缘故 而导体和绝缘体的电导率随温度的变化却很小 型半导体 掺入杂质锑 或磷 砷之类 新产生的电子数量远远超过原来未掺入杂质前的电子或空穴的数量 电子的数目以压倒多数超过空穴 导电作用主要由电子来决定 电子称为 多数载流子 空穴称 少数载流子 这种类型半导体叫电子型半导体 简称n型半导体 型半导体 掺入杂质铟 或铝 硼之类 这块半导体中会产生许多新的电子和空穴 空穴的数目以压倒多数超过电子 导电作用主要由空穴来决定 空穴是多数载流子 电子是少数载流子 这种类型半导体叫空穴型半导体 简称p型半导体 型半导体的工作原理 n型半导体的多数载流子 电子在电场作用下向外加电压的 正端 移动 而少数载流子 空穴在电场作用下向外加电压的 负端 移动 在半导体内构成电流 电流方向与带负电的电子运动方向相反 型半导体的工作原理 p型半导体的多数载流子 空穴在电场作用下向外加电压的 负端 移动 而少数载流子 电子在电场作用下向外加电压的 正端 移动 在半导体内构成电流 电流方向与带正电的空穴运动方向相同 二 P N结的单向导电性 由于两边空穴和电子数量分布的不均匀 n型区域中邻近p型区域一边的薄层A中就有一部分电子扩散到p区 薄层A失去了一些电子 带正电 如图 a p型区域中邻近n型区域一边的薄层b中就有一部分空穴扩散到n区 薄层B失去了一些空穴 带负电 如图 b 由于空穴和电子的扩散 使薄层A带正电 而薄层B带负电 因此在薄层A B间产生一个电场 如下图 这个电场的方向是由n区指向p区 这个电场会阻止电子继续往p区扩散也阻止空穴继续往n区扩散 但是刚开始电子和空穴的扩散占优势 随着电子和空穴的不断扩散 n区和p区失去的电子和空穴越来越多 薄层A和B越来越厚 形成的电场的作用越来越强 最后 电场的作完全抵消了扩散 达到了动态平衡状态 薄层A和薄层B称为 pn结 又称 阻挡层 厚度大约为10 4 10 5cm 实验 在pn结两端接上电池 电池正极接p型半导体 负极接n型半导体 如图 a 电流表有读数 电池正极接n型半导体 负极接p型半导体 如图 b 电流表的读数接近零 结论 pn结具有只让电流从一个方向通过的单向导通性 分析之一外加正向电压 当pn结正向连接时 即p区接电池正极 n区接电池负极 这时外加电压在pn结中产生的电场方向是由p区指向n区的 恰好与pn结原来形成的电场方向相反 分析之二 外加反向电压 当pn结反向连接时 即p区接电池负极 n区接电池正极 这时外加电压在pn结中产生的电场方向是由n区指向p区的 恰好与pn结原来形成的电场方向一致 因此 pn结中原来的电场被削弱了 阻挡层厚度减少了 P区的空穴n区的电子在这个外加电场作用下不不断走向交界处 空穴由左方向流向右方和电子由右方流左方都相当于电流由左方流向右方 由于p区空穴很多 n区电子很多 这股电流很大 这就是正向连接时出现大电流的原因 外加正向电压越大 在pn结中外加电场的作用就越强 更进一步削弱原来pn结的电场 所以电流更要增加 因此 pn结中原来的电场被加强了 阻挡层厚度增加了 n区中的多数载流子 电子和p区中的多数载流子 空穴很难能过pn结向对方移动 这就是反向连接时电流极小的原因 但是 这时p区中的少数载流子 电子和n区中的少数载流子 空穴在反向电场帮助向交界移动 电子由左方流向右方和空穴由右方流向左方形成反向电流 但由于少数载流子数量很少 反向电流是很小的 因此 我们可以把pn结看成是电流通道上的一道开关 接上正向电压时 即p型半导体接电池正极 n型半导体接电池负极 开关打开让电流通过 我们称此时pn结 导漏 接上反向电压时开关关上 阻止电流通过 我们称此时pn结 截止 pn结这种只让电流单方向通过的性能称pn结的单向导电性 pn结的 导通 和 截止 是互相矛盾的两个方面 双方半争又互相依存着 共处于一个统一体中 这两个对立的双方在一定外加电压的条件下互相转化 当外加电压极性改变时矛盾双方各转化到相反的方面 太阳能电池材料制造 以多晶硅为例 太阳能电池片生产工艺流程图 以多晶硅为例 半导体制造过程的洁净度要求 综前所述杂质对半导体的特性有着改变或破坏其性能的作用 所以在半导体器件生产过程中对什么都必须严格控制 杂质有各种各样的 如金属离子会破坏半导体器件的导电性能 灰尘粒子破坏半导体器件的表面结构等 一 生产环境洁净 半导体器件生产环境要求很严 除了要求恒温 恒湿外 对生产环境洁净度要求很严 按单位体积中规定的尺寸灰尘粒子为标准分成洁净度的等级 一般分为10级 100级 1000级 10000级 100000级 美国联邦标准中规定了洁净室和洁净区内空气浮游粒子洁净等级 1 浮游粒子的洁净等级 洁净度以每立方米 每立方英尺 空气中的最大允许粒子来确定 因图标单位等级名称为每立方米空气中大于等于0 5微米的最大允许粒子数的常用对数值 以10为底 用英制单位时等级名称为每立方英尺空气中大于等于0 5微米的最大允许粒子数 1 洁净区空气浮游粒子的浓度被控制在特定的浮游粒子洁净度等级范围内某一限空间 2 洁净室浮游粒子浓度被控制 包含一个或多个洁净区的房间 2 浮游粒子洁净度的检测 颗粒测试仪 采样 任何洁净区的取样点不少于2个 除受洁净区划内的设备限制外 取样点应在整个洁净区均匀分布 每个选定的取样点应至少取样一次 在一个区内总共应最少取样5次 每个取样点取样应多于一次 而不同的取样点取样次可以不同取样量度和取样时间 取样量不少于0 00283立方米 合0 1立方英尺 并且计算所得取样量结果不得四舍五入 取样时间可以用取样量除以取样速率来计算 3 浮游粒子洁净度的监测 监测方法应根据规定的浮游粒子洁净等级和为保护工艺和产品免受污染物影响而控制的污染水平来制定 应确定监测频率 运行条件和粒子计算方法 取样点和取样点数量 取样量和数据处理方法也应被确定 二 工艺过程中的洁净 工艺过程中的洁净必须根据工艺要求进行对于所用原材料必须符合工艺要求 对于使用设备 工夹具 器皿的清洗周期在工艺文件中必须作出规定来严格执行 清洗用水 对纯水的要求10 18 cm 化学药品 如氨水 NH3 双氧水 H2O2 氢氟酸 HF 盐酸 HCL 等 工艺过程中使