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文档简介
1、半导体的学习总结 郑斌 2016.8 目录 1.半导体材料 2.半导体特性及应用 3.半导体及其产业分类 4.集成电路工艺流程 5.半导体的发展趋势 1.半导体材料 定义 根据物体导电能力的不同, 来划分导体、绝缘体和半导 体。 导体:109 .cm 半导体:导电性能介于导 体和绝缘体之间。 三种导电性不同的材料的比较 金属的价带与导带之间没有距离,因此电子(红色实心 圆圈)可以自由移动。 绝缘体的能隙宽度最大,电子难以从价带跃迁到导带。 半导体的能隙在两者之间,电子较容易跃迁至导带中。 半导体材料生产总值很大, 应用领域非常广泛。 半导体材料的发展使国民经 济和科技等领域出现了巨大 的进步,
2、改变了我们的生活。 计算机 35.20% 通信 38.10% 政府/军用 0.70% 工业/医疗 5.90% 汽车电子 7.90% 消费电子 12.20% 2015年世界IC的应用(3105亿元) 资料来源:IC Insights 计算机通信政府/军用工业/医疗汽车电子消费电子 市场规模 半导体材料的分类 按纯度可分为 半导体 本征半导体 杂质半导体 N型半导体 P型半导体 本征半导体:纯净的单晶半导体。常温下 其电阻率很高,是电的不良导体。 杂质半导体:掺入杂质的本征半导体。由 于杂质原子提供导电载流子,使材料的电 阻率大为降低。 杂质半导体靠导带电子导电的称N型半导 体,靠价带空穴导电的称
3、P型半导体。 半导体材料的分类 按化学成分可分为 半导体 无机半导体材料 元素半导体 Si Ge Se 化合物半导体 GaAs InSb SiC InGaAs 有机半导体材料 有机物 聚合物 给体-受体络合物 主要的半导体材料(部分) 半导体材料 半导体硅材料 单晶硅 多晶硅 硅外延片 其他 GaAs和InP单晶材 料 宽带隙半导体材料 金刚石 碳化硅 立方氮化硼 其他 低维半导体材料 半导体超晶格、量 子阱材料 2.半导体特性及应用 掺杂特性 掺入微量的杂质能显著地改变半导体的导电能力。杂质含量改变能引起载流子 浓度变化,实现半导体导电性能的可控性。 制成P型或N型半导体 温度特性 半导体的
4、导电能力随温度升高而迅速增加,不同于金属的正的电阻温度系数。 热敏电阻。用途: 电子线路元件的温 度补偿或专用检测 元件 光电导特性 光电导现象:半导体导电能力随光照而发生变化。例如:半导体硒,它的电阻 值有随光强的增加而急剧减小的现象。 光敏电阻。用 途:光控开关、 自动控制 光生伏特效应 光生伏特:光照在PN结上,产生电子-空穴对,在内建电场作用下,产生光生 电势。可用于太阳能电池的制造。 太阳能电池及原理 整流特性 整流:半导体电阻率与所加电场方向有关。 硅单晶材料和晶体管的发明,硅集成电路的研制成功,导致了电子工业革命。 晶体二极管三极管 大规模集成电路信息时代 3.半导体及其产业分类
5、 半导体的分类 按制造技术分 集成电路器 件 分立器件 光电半导体 逻辑IC 模拟IC 按规模分 IC LSI VLSI(超大 LSI) 按所处理信号 分 模拟 数字 模拟数字混 成及功能 半导体产业分类 半导体产业 集成电路 集成电路业 设计 制造 封装 测试 材料 分立器件光伏 半导体LED 外延片 芯片 封装 应用 半导体产业特点 技术密 集 资金密 集、规 模经济 高风险 高回报 知识密 集 4.集成电路工艺流程 集成电路产业流程图 设计 制造 封装 测试 成品 市场 集成电路制造流程 制程 前段 晶圆处理制程 晶圆针测制程 后端 构装制程 测试制程 晶圆处理制晶圆处理制程:程:主要工
6、作为在矽晶圆上制作电路与电子元件。 晶圆处理基本步骤晶圆处理基本步骤: 晶圆清 洗 氧化及 沉积 微影蚀刻 离子植 入 构装制构装制程程:利用塑料和陶瓷包装晶粒以成积体电路 目的目的:是为了制造出所生产的电路的保护层,避免电路受 到机械性刮伤或是高温破坏。 晶圆针测晶圆针测制程:制程:使用针测仪器测试晶圆处理制程后晶圆上形 成的一格格的晶粒的电气特性,将不合格的的晶粒标上记号 的过程。 脱氧后的沙 子(包含 25%的硅元 素) 硅熔炼制硅 锭 单晶体硅硅锭切割 未处理的晶 圆 晶圆前处理流程 旋转浇注 光刻胶 UV曝光 50-200 纳米尺寸 的晶体管 溶解光刻 胶 蚀刻 清除光 刻胶 再次浇
7、 上光刻 胶 离子注 入 清除光 刻胶 晶体管 就绪 电镀 铜离子沉 积形成铜 层 抛光去除 多余铜层 处理结束 的多个晶 体管组合 集成电路制造工艺分类 MOS型 PMOS型NMOS型CMOS型 BiMOS 双极型 饱和型非饱和型 ECL/CM L I2TTTL 芯片封装方式介绍(部分) DIP(双列插件)SIP(单列插件)MELF(金属电极表面连接) QFP/FQFP(扁平组件)PGA(插针网格阵列式) 5.半导体的发展趋势 半导体的发展历程 第一代半导体 元素半导体,以硅基 半导体为代表,是微 型计算机和计算机产 业发展壮大的关键。 第二代半导体 化合物半导体,以砷 化镓和磷化铟为代表, 砷化镓和磷化铟半导 体激光器成为光通信 系统中的关键元器件., 第三代半导体 化合物半导体,以氮 化镓为代表的第三代 半导体材料,由此类 物质制成的半导体激 光器将在光显示、光 存储、光照明等领域 有广阔的应用前景 硅质圆晶硅质圆晶GaAsGaAs半导体激光器半导体激光器汽车防撞雷达系统汽车防撞雷达系统 半导体的发展方向 半导体材料体系: 硅基
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