PN结二极管工作原理及制备工艺ppt课件

1、PN结二极管制备工艺,在物理学中，根据材料的导电能力，可以将他们划分为导体、绝缘体和半导体。 典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素,硅原子,锗原子,硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子,本征半导体的共价键结构,束缚电子,在绝对温度T=0K时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为自由电子，因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体,本征半导体（Intrinsic Semiconductor,完全纯净的、结构完整的半导体晶体,这一现象称为本征激发，也称热激发,当温度升高或受到光的照射时，束缚电子能量增高，有的电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子,自由电子,空穴

2、,自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，称为空穴,杂质半导体,N型半导体,杂质元素：磷，砷,正离子,多数载流子,少数载流子,在本征Si和Ge中掺入微量五价元素后形成的杂质半导体,多子：自由电子,少子：空穴,P型半导体,杂质元素：硼，铟,负离子,多数载流子,少数载流子,在本征Si和Ge中掺入微量三价元素后形成的杂质半导体,多子：空穴,少子：自由电子,杂质半导体,说明,杂质半导体呈电中性，任一空间的正负电荷数相等 N型半导体：电子+正离子 P型半导体：空穴+负离子,多子主要由掺杂形成,少子本征激发形成,PN结,PN结的形成,载流子的扩散运动,建立内电场,内电场对载流子的作用,扩散

3、运动和 漂移运动达到 动态平衡， 交界面形成稳定的 空间电荷区，即 结,P区,N区,一、PN结正向偏置,在外电场作用下，多子将向结移动，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移，扩散运动起主要作用。结果，区的多子空穴将源源不断的流向区，而区的多子自由电子亦不断流向区，这两股载流子的流动就形成了结的正向电流,PN结外加正向电压（P区接电源的正极，N区接电源的负极，或P区的电位高于N区电位），称为正向偏置，简称正偏,PN结的单向导电性,二、PN结反向偏置,在外电场作用下，多子将背离结移动，结果使空间电荷区变宽，内电场被增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散，漂移运动

4、起主要作用。漂移运动产生的漂移电流的方向与正向电流相反，称为反向电流。 因少子浓度很低，反向电流远小于正向电流,当温度一定时，少子浓度一定，反向电流几乎不随外加电压而变化，故称为 反向饱和电流,PN结外加反向电压（P区接电源的负极，N区接电源的正极，或P区的电位低于N区电位），称为反向偏置，简称反偏,PN结正偏时呈导通状态，正向电阻很小，正向电流很大； PN结反偏时呈截止状态，反向电阻很大，反向电流很小。 PN结的单向导电性,在一个PN结的两端，各引一根电极引线，并用外壳封装起来就构成了半导体二极管，（或称晶体二极管，简称二极管,由P区引出的电极称为阳极（正极,由N区引出的电极称为阴极（负极,

5、半导体二极管的结构和类型,1) 正向特性,2) 反向特性,半导体二极管的伏安特性,工艺流程图,晶片准备,平面工艺,封装测试,0）准备,准备： 1、制备单晶硅片（平整、无缺陷） 涉及到知识：单晶晶生长、晶圆切、磨、抛。 （ 在形成单晶的过程中已经进行了均匀的硼掺杂） 2、硅片表面的化学清洗 涉及到知识：去除硅片表面杂质的方法及化学原理 （有机物、吸附的金属离子和金属原子的化学清洗,p-Si,晶体生长，晶圆切、磨、抛,1) 氧化,问题： 1、二氧化硅薄膜作用及制备的方法有哪些？ 涉及到知识：薄膜生长 2、此处的二氧化硅薄膜的作用是？ 涉及到知识：薄膜生长 3、为什么要双面氧化？ 为后续的磷扩散做准

6、备。热生长一层氧化层 做为扩散的掩蔽膜。 4、氧化层的厚度需要大于设计的厚度，为什么,2) 涂胶,photoresist,问题：1、涂胶.avi过程2、光刻胶分类，作用，常用的光刻胶？ 聚乙烯醇肉桂酸酯光刻胶3、涂胶后，曝光前，有一个对光刻胶加固的过程叫做？ 烘烤,黑色部分都是不透光的，中间的白色部分是做扩散的位置,Mask,Mask的剖面图,Mask 1,3）曝光,问题： 1、光刻的作用？ 在氧化层上刻出扩散窗口，这个窗口最终将成为pn结二极管的位置。 2、图中使用的是正胶，如果用负胶如何修改工艺,4）显影,问题： 1、什么是显影工艺？ 用显影液除去曝光后硅片上应去掉的那部分光致蚀剂 的过程

7、 2、显影后有一步烘烤的工艺叫什么，作用是？ 坚膜，除去光刻胶 3、显影液选择的注意事项,5）腐蚀,问题： 1、腐蚀分为哪两种形式，各有什么特点2、选用腐蚀液要注意什么？ 3、上面的图片有错误，请指出,6）去胶,1、通常用什么方法去胶,7）杂质扩散,1、硅片要经过适当的清洗后2、应该扩散什么杂质3、杂质扩散源有哪些4、以液态扩散源简要说一下扩散的化学原理5、这只是杂质的预淀积,8)驱入,硅片经过适当的清洗后，进行杂质的再分布。 在未被氧化层保护的区域形成了n+-p结。n+中的“+”号表示高掺杂,9）金属化,1、金属化的目的？ 是将器件与外部连接起来。 2、淀积金属薄膜有几种方法？ 溅射或者蒸发Al都可以在整个硅片表面上形成很薄金属膜。 3、通常还需要在低温下（低于或等于500oC）退火来改善金属层 与硅之间的欧姆接触,10)涂胶,目的：通过光刻去除扩散结区域之外的多余的金属薄膜,黑色部分都是不透光的，四周的白色部分是刻蚀金属的位置,Mask,Mask的剖面图,Mask 2,问题：可不可以用Mask1,11)曝光mask2板,1、如果采用负胶，如何修改掩膜板Mask2,12)显影,问题