基本半导体材料及晶圆制备ppt课件.ppt

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1、1.6基本半导体材料董西英本征半导体：没有掺杂的半导体；本征载流子：本征半导体中的载流子，完全依靠电子-空穴对的产生；载流子浓度：单位体积（通常指每立方厘米）载流子的数量分电子浓度n和空穴浓度p。载流子浓度：本征载流子浓度：n=p=ni且n∙p=ni21.6.1硅—最常见的半导体材料1锗、硅对比20世纪50年代初期以前，锗是半导体工业应用的最普遍材料之一。锗材料缺点：（1）Eg小→高温时漏电大→工作温度低（仅能达到90℃）（2）二氧化锗为水溶性，且会在800℃左右的温度自然分解，无法在锗表面形成一稳定的对掺杂杂质呈钝化性的氧化层。硅材料优点：

2、硅的Eg较大，硅器件的工作温度可以高达200℃。硅片表面可以生长稳定、做杂质阻挡层SiO2层。2硅被广泛采用的主要原因硅的丰裕度：占到地壳成分的25%（第二丰富的元素）。能够提纯足够高的纯度，而消耗更低的成本。宽的工艺容限：硅熔点1412℃＞＞锗熔点937℃，硅器件工作温度范围大、工作稳定性强能生长高质量、稳定的SiO2薄层：SiO2性能优良，允许高温工艺而不会产生过度的硅片翘曲。3.电阻率和迁移率1、电阻率/电导率定义：衡量材料材料传导电流的能力（称导电性）的物理量。电阻率和电导率互为倒数。r---电阻率(W∙cm)；s---电导率(S,W

3、-1∙cm-1);欧姆定律：半导体的电阻率微分形式：由或者半导体的电导率：σ=μn*n+μp*pμn电子迁移率。μp空穴迁移率。半导体的电导率与掺杂浓度成正比W∙cm4、本征硅半导体的结构1）形成的晶体结构：具有金刚石晶体结构；硅(原子序数14)的物理化学性质主要由最外层四个电子（称为价电子）决定。每个硅原子近邻有四个硅原子，每两个相邻原子之间有一对电子，它们与两个原子核都有吸引作用，称为共价键。金刚石结构硅的共价键结构5、半导体特性半导体在受到光照＼加热＼加压等时，半导体的导电性会改变　叫敏光敏热敏压特性半导体中掺入杂质，它的导电性会大大

4、改变．同时，导电性和掺入杂质浓度紧密相关．叫敏杂特性．半导体掺杂掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的电子而本身成为带正电的离子。这种杂质称为施主杂质。如在Si中掺入V族的P和As。施主(Donor)掺杂当半导体中掺入施主杂质，并主要靠施主提供的电子导电，这种靠电子导电的半导体称为N型半导体。半导体掺杂受主(Acceptor)掺杂掺入到半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的空穴而本身成为带负电的离子。这种杂质称为受主杂质。如在Si中掺入III族的硼(B)元素。当半导体中掺有受主杂质时，主要靠受主提供的空穴导电，这种依靠空穴导

5、电的半导体叫做P型半导体。半导体掺杂当一块半导体中同时含有施主和受主杂质时，受主和施主在导电性上会相互抵销，这种现象叫做杂质的“补偿”。在有补偿的情况下，决定导电能力的是施主和受主浓度之差。当施主数量超过受主时，半导体就是N型的；反之，受主数量超过施主，则是P型的。杂质补偿单位体积（通常指每立方厘米）杂质的数量称为杂质浓度；第9章9.5.2掺杂浓度的测量掺杂浓度不能直接测量，一般都是间接测量。测量浓度的方法有四探针方块电阻测试法、扩展电阻测试仪(已在上面讲过)、热波测试、C-V测试、二次离子质谱仪等。常用的在线测试方法是四探针法和热波系统，四

6、探针法应用于高掺杂，热波系统用于低剂量注入测量方块电阻Rs方块电阻是硅片上表面正方形薄层之间的电阻。方块电阻和上表面尺寸无关，相同厚度不同电阻率的薄层，电阻率大的方块电阻也大。而半导体的电阻率和掺杂浓度有一定的数学关系，常温下，掺杂浓度越高，电阻率越小，测量的方块电阻也就越小，1.6.2半导体级硅半导体集成电路是在达到一定要求的单晶硅片（晶圆）上经过很多道工序制成的。晶圆制备:把天然硅石制成纯硅再把纯硅制成带有想要的晶向适量的掺杂浓度(指定杂质)所需的硅片尺寸1硅片制备流程:天然硅→纯硅(半导体级硅SGS、多晶硅、西门子工艺)→单晶硅锭→

7、硅片2半导体硅制备半导体级硅制造过程(西门子工艺)加热含碳硅石→冶金级硅(纯度98%)冶金级硅+HCI气体→含硅的三氯硅烷气体含硅的三氯硅烷气体+H2气→半导体级硅（纯度达99.9999999%，是地球上最纯的物质之一，多晶）。多晶到掺杂单晶棒晶棒到单晶圆片3多晶和单晶多晶:在本征半导体中，晶胞间不是规则的排列。这种情形和方糖杂乱无章的堆起来相似，每个方糖代表一个晶胞。这样排列的材料具有多晶结构。。单晶材料比多晶材料具有更一致和更可预测的特性。单晶结构允许在半导体里一致和可预测的电子流动。在晶圆制造工艺的结尾，晶体的一致性对于分割晶圆成无

8、粗糙边缘的晶元是至关重要的晶向<100>晶向的晶圆用来制造MOS器件和电路而<111>晶向的晶圆用来制造双极型器件和电路。砷化镓晶体只能沿<100>晶面切割。1.6