芯片的基本原理

1、外延生长的基本原理是：在一块加热至适当温度的衬底基片（主要有蓝宝石和、SiC、Si）上，气态物质InGaAlP有控制 的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。目前LED外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法MOCVD介绍金属有机物化学气相淀积（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，简称 MOCVD）， 1968年由美国洛克威尔公司 提出来的一项制备化合物半导体单品薄膜的新技术。该设备集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化 学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的尖端光电子专用设备，主要用于GaN （氮 化

2、镓）系半导体材料的外延生长和蓝色、绿色或紫外发光二极管芯片的制造，也是光电子行业最有发展前途的专用设备 之一。LED芯片的制造工艺流程外延片一清洗一镀透明电极层一透明电极图形光刻一腐蚀一去胶一平台图形光刻一干法刻蚀一去胶一退火一S1O2沉积一 窗口图形光刻一S1O2腐蚀一去胶一N极图形光刻一预清洗一镀膜一剥离一退火一P极图形光刻一镀膜一剥离一研磨一切 割一芯片一成品测试。其实外延片的生产制作过程是非常复杂的，在展完外延片后，下一步就开始对LED外延片做电极（P极，N极），接着 就开始用激光机切割LED外延片（以前切割LED外延片主要用钻石刀），制造成芯片后，在晶圆上的不同位置抽取九 个点做参数

3、测试，如图所示：1、主要对电压、波长、亮度进行测试，能符合正常出货标准参数的晶圆片再继续做下一步的操作，如果这九点测试不 符合相关要求的晶圆片，就放在一边另外处理。2、晶圆切割成芯片后，100%的目检（VI/VC），操作者要使用放大30倍数的显微镜下进行目测。3、接着使用全自动分类机根据不同的电压，波长，亮度的预测参数对芯片进行全自动化挑选、测试和分类。4、最后对LED芯片进行检查（VC）和贴标签。芯片区域要在蓝膜的中心，蓝膜上最多有5000粒芯片，但必须保证 每张蓝膜上芯片的数量不得少于1000粒，芯片类型、批号、数量和光电测量统计数据记录在标签上，附在蜡光纸的背面。 蓝膜上的芯片将做最后的

4、目检测试与第一次目检标准相同，确保芯片排列整齐和质量合格。这样就制成LED芯片（目前 市场上统称方片）。在LED芯片制作过程中，把一些有缺陷的或者电极有磨损的芯片，分捡出来，这些就是后面的散晶，此时在蓝膜上有一 些不符合正常出货要求的晶片，也就自然成了边片或毛片等。刚才谈到在晶圆上的不同位置抽取九个点做参数测试，对于不符合相关要求的晶圆片作另外处理，这些晶圆片是不能直 接用来做LED方片，也就不做任何分检了，直接卖给客户了，也就是目前市场上的LED大圆片(但是大圆片里也有好 东西，如方片)。芯片大小和电极位置对GaN基LED特性的影响摘 要:用同种GaN基LED外延片材料制作了不同尺寸和电极位

5、置的芯片，测试比较了它们的IV特性和PI特 性。结果表明：GaN基LED芯片在2 0 mA以下的IV特性和PI特性与尺寸大小关系不大，但与电极的位置 有关，P焊线电极远离n电极的芯片20mA下的光输出功率高，正向压降也高。关键词:GaN基LED； IV特性；P I特性；GaN基半导体材料近年来被广泛用于制造短波长的光电器件，如发光二极管(LEDs )和激光二极管(LDs)。目前有关GaN材料生长报道和文献较多，有关芯片制造方面有少量报道还仅局限在GaN的刻蚀和欧姆接触，具体到 工程设计方面的技术报道很少。本文研究讨论了芯片版图设计对GaN基LED性能的影响，可为针对不同性能要求选 择芯片版图提

6、供参考。1实验我们使用的材料为用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长的蓝色GaN基LED外延片，外延片为多量子阱结构。芯片 制造中，n欧姆接触电极采用Ti/Al/Ti/Au结构，p欧姆接触电极用氧化Ni/Au透明电极，焊线电极为 Ti/Au用一致性很好的外延片一划为四，分别制作成如图1(a)所示的4 0 0 mx 5 0 0 m的镶嵌结构版图、如 图1(b)所示的3 5 0 mx 3 5 0 m的镶嵌结构版图和如图2所示的两种3 5 0 pmx 3 5 0 pm对角版图。芯片特性 测试样品取圆片中心、划开后四分之一片位于直角顶点处的芯片，测试仪器是台湾长裕公司生产的T620型测试仪。2 结果与讨论

7、我们对四种版图的芯片分别测试7IV特性和PI特性，图3是各种版图芯片的IV特性曲线，图4是各种版图 芯片的PI特性曲线。从图3所示的IV特性可以看出，在20mA以下，两种尺寸镶嵌结构版图芯片和p焊线电极在扩展电极中部的对角 电极芯片的IV特性基本一样，p焊线电极远离n电极对角电极芯片在相同电流下正向压降Vf比其他几种芯片要高。 虽然图1(a)版图扩展电极的面积大，对减小p型欧姆接触电阻有利，但增加了电流运输的距离，可能使体电阻增加， 两种效果冲抵使得芯片的IV特性与尺寸小一些的图1(b)版图芯片相似。图2(a)采用对角电极，所测IV 特性表明，在p焊线电极与n电极的距离差不多时，芯片IV特性与

8、镶嵌结构电极芯片相当。图2(b)p焊线电极 远离n电极对角电极芯片相对Vf较高，这说明p焊线电极下面的电流密度比与n电极等距离的扩展电极下的电流密度 大，增加p焊线电极与n电极的距离，使芯片等效体电阻变大，Vf升高。图4所示的各种版图芯片的PI特性表明，在20mA以下，各种GaN基LED芯片的PI特性均为线形，两种 尺寸镶嵌结构版图芯片和图2(a)对角电极芯片在30mA以内的PI特性基本一样，当电流变大，尺寸大的芯片 光功率要大于尺寸小的芯片。图2(b)p焊线电极远离n电极对角电极芯片时，在正常工作电流(3 0mA)下光 功率较高，但大电流下功率饱和较快GaN基LED在20mA以下PI特性为线

9、形关系，光功率与电流密度无关， 仅取决于有效电流，虽然芯片面积不一样，但通的电流一样，发光效率一样，光功率差不多，大尺寸的芯片由于相同电 流下电流密度小，在大电流下工作有一定的优势。图2(b)版图对角电极芯片正常工作电流下光功率较高，说明离n 电极近的扩展电极区域下面的电流密度较大，把p焊线电极移到远离n电极区，增加了可透光部分电流，减小7p焊线 电极下会吸光区的电流。在大电流条件下，一方面电流密度大易饱和，另一方面由于等效体电阻大，大电流相对发热快， 发光功率更容易饱和。3结论 文章研究表明，GaN基LED芯片在2 0 mA以下的I-V特性和P-I特性与尺寸大小关系不大，但与电极的位置 有关

10、，P焊线电极远离n电极的芯片20mA下的光输出功率高，正向压降也高。在大电流下，p焊线电极远离n电极 的芯片很容易饱和，芯片尺寸大的芯片大电流性能要好一些。镶嵌结构电极和对角结构电极芯片的特性测试相互比较没 有发现明显差异。为什么要用单晶硅做芯片衬底硅是集成电路产业的基础，半导体材料中98%是硅，半导体硅工业产品包括多晶硅、单晶硅(直拉和区熔)、外延片和 非晶硅等，其中，直拉硅单晶广泛应用于集成电路和中小功率器件。区域熔单晶目前主要用于大功率半导体器件，比如 整流二极管，硅可控整流器，大功率晶体管等。单晶硅和多晶硅应用最广。中彰国际(SINOSI)是一家致力于尖端科技、开拓创新的公司。中彰国际

11、(SINOSI)能够规模生产和大批量供应单晶硅、 多晶硅及4-6直拉抛光片、3-6直拉磨片和区熔NTD磨片并且可以按照国内、外客户的要求提供非标产品。单晶硅单晶硅主要有直拉和区熔区熔 (NTD)单晶硅可生产直径范围为：1.5-4。直拉单晶硅可生产直径范围为：2-8。各项参数可按客户要求生产。多晶硅区熔用多晶硅：可生产直径40mm-70mm。直径公差(Tolerance)MlO%，施主水平300Q.cm，受主水平3000Q.cm，碳含量V2x1016at/cm 3。各项参数可按客户要求生产。切磨片切磨片可生产直径范围为：1.5-6。厚度公差、总厚度公差、翘曲度、电阻率等参数符合并优于国家现行标准

12、，并 可按客户要求生产。抛光片抛光片可生产直径范围为：2-6，厚度公差、总厚度公差、翘曲度、平整度、电阻率等参数符合并优于国家现行标 准，并可按客户要求生产。高纯的单晶硅棒是单晶硅太阳电池的原料，硅纯度要求99.999%。单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池， 它的构和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级 的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒。单晶硅是转化太阳能、电能的主要材料。在日常生活里，单晶硅可以说无处不在，电视、电脑、冰箱、电话、汽车等

13、等， 处处离不开单晶硅材料；在高科技领域，航天飞机、宇宙飞船、人造卫星的制造，单晶硅同样是必不可少的原材料。在科学技术飞速发展的今天，利用单晶硅所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命 的开始。现在，国外的太阳能光伏电站已经到了理论成熟阶段，正在向实际应用阶段过渡，太阳能单晶硅的利用将普及 到全世界范围，市场需求量不言而喻。直拉硅单晶广泛应用于集成电路和中小功率器件。区域熔单晶目前主要用于大功率半导体器件，比如整流二极管，硅可 控整流器，大功率晶体管等。区熔（NTD）单晶硅可生产直径范围为：1.5-4。直拉单晶硅可生产直径范围为：2-8。硅单晶被称为现代信息社会的基

14、石。硅单晶按照制备工艺的不同可分为直拉（CZ）单晶硅和区熔（FZ）单晶硅，直拉单 晶硅被广泛应用于微电子领域，微电子技术的飞速发展，使人类社会进入了信息化时代，被称为硅片引起的第一次革命。 区熔单晶硅是利用悬浮区熔技术制备的单晶硅。它的用途主要包括以下几个方面。1、制作电力电子器件电力电子技术是实现电力管理，提高电功效率的关键技术。飞速发展的电力电子被称为“硅片引起的第二次革命”，大多 数电力电子器件是用区熔单晶硅制作的。电力电子器件包括普通晶闸管（SCR）、电力晶体管GTR、GTO以及第三代新型 电力电子器件功率场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极晶体管（IGBT）以及功率集成电路（PI

15、C ）等，广泛应用于高压 直流输电、静止无功补偿、电力机车牵引、交直流电力传动、电解、励磁、电加热、高性能交直流电源等电力系统和电 气工程中。制作电力电子器件，是区熔单晶硅的传统市场，也是本项目产品的市场基础。2、制作高效率太阳能光伏电池太阳能目前已经成为最受关注的绿色能源产业。美国、欧洲、日本都制定了大力促进本国太阳能产业发展的政策，我国 也于2005年3月份通过了可再生能源法。这些措施极大地促进了太阳能电池产业的发展。据统计，从1998-2004 年，国际太阳能光伏电池的市场一直保持高速增长的态势，年平均增长速度达到30%，预计到2010年，仍将保持至少2 5%的增长速度。晶体硅是目前应用最成熟，最广泛的太阳能电池材料，占光伏产业的85%以上。美国SunPower公司最近开发出利用区熔 硅制作太阳能电池技术，其产业化规模光电转换效率达到20%，为目前产业化最高水平，其综合性价比超过直拉单晶硅 太阳能电池（光电转换效率为15%）和多晶硅太阳能电池（光电转换效率为12%）。这项新技术将会极大地扩展区熔硅 单晶的市场空间。据估计，到2010年，其总的市场规模到将达到电力电子需求规模，这是本项目新的市场机会。3、制作射频器件和微电子机械系统（MEMS