PN结二极管工作原理及制备工艺

PN结二极管工作原理及制备工艺第1页/共33页

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（IntrinsicSemiconductor)完全纯净的、结构完整的半导体晶体。第2页/共33页

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+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴

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。第3页/共33页杂质半导体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：空穴第4页/共33页---------------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第5页/共33页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,少子本征激发形成第6页/共33页★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ＰＮ结P区N区第7页/共33页一、PN结正向偏置

在外电场作用下，多子将向ＰＮ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，Ｐ区的多子空穴将源源不断的流向Ｎ区，而Ｎ区的多子自由电子亦不断流向Ｐ区，这两股载流子的流动就形成了ＰＮ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结的单向导电性第8页/共33页二、PN结反向偏置

在外电场作用下，多子将背离ＰＮ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。第9页/共33页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结的单向导电性第10页/共33页在一个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）半导体二极管的结构和类型第11页/共33页UFIF0URIR0反向电击穿区(1)正向特性(2)反向特性半导体二极管的伏安特性第12页/共33页工艺流程图晶片准备平面工艺封装测试第13页/共33页（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第14页/共33页晶体生长，晶圆切、磨、抛第15页/共33页p-SiSiO2(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？

第16页/共33页(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？？

烘烤第17页/共33页黑色部分都是不透光的，中间的白色部分是做扩散的位置。MaskMask的剖面图Mask1第18页/共33页（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？第19页/共33页（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

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。第20页/共33页（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。

第21页/共33页（6）去胶1、通常用什么方法去胶？

第22页/共33页（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。

第23页/共33页(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。第24页/共33页（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。第25页/共33页(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。第26页/共33页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。MaskMask的剖面图Mask2问题：可不可以用Mask1？第27页/共33页(11)曝光mask2板1、如果采用负胶，如何修改掩膜板Mask2？

第28页/共33页(12)显影

问题：显影液的选择第29页/共33页(13)腐蚀1、此次腐蚀的目的？2、腐蚀液的选择。

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