半导体材料知识点

为啥会有半导体和导体、绝缘体，要从原子的结构说起：

原子由三种不同的粒子构成：中性中子和带正电的质子组成原子核，以及围绕原子核旋转的带负电核的电子，质子数与电子数相等呈现中性。

这是一个碳原子的结构模型

电子能级：原子级的能量单位是电子伏特，它代表一个电子从低电势处移动到高出1V的的电势处所获得的动能。

价电子层：原子最外部的电子层就是价电子层，对原子的化学和物理性质具有显著的影响，只有一个价电子的原子很容易失去这个电子，有7个价电子的原子容易得到一个电子，具有亲和力。

当价电子层电子从一种原子转移到另一种原子上时，就会形成离子键，不稳定的原子容易形成离子键。

这种是共价键，共用最外围的一个电子。

金属就属于导体，半导体就是有一个较小的禁带宽度。

导体

导体在原子的最外层通常有一些束缚松散的价电子，容易失去，金属典型地具有这种价电子层结构。

在一般的半导体制造中，铝是最普遍的导体材料，可以用来充当器件之间的互连线，而钨可作为 金属层之间的互连材料。

铜是优质金属导体的一个例子，逐渐被引入到硅片制造中取代铝充当微芯片上不同器件之间的互连材料。

绝缘体

• 绝缘体的价电子层不具有束缚松散的电子可用于导电，它有很高的禁带宽度来分隔开价带电子和导带电子。

半导体制造中的绝缘体包括二氧化硅（SiO2）、氮化硅（Si3N4）和聚酰亚胺（一种塑料材料）。•

半导体

半导体材料具有较小的禁带宽度,其值介于绝缘体（>2eV）和导体之间。这个禁带宽度允许电子在获得能量时从价带跃迁到导带。

圆片制造中最重要的半导体材料是硅。

硅是一种元素半导体材料，因为它有4个价电子，与其他元素一起位于周期表中的ⅣA族。硅中价层电子的数目使它正好位于优质导体（1个价电子）和绝缘体（8个价电子）的中间。

纯硅是指没有杂质或者其他物质污染的本征硅。纯硅的原子通过共价键共享电子结合在一起。

在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。

其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。载流子：电子，空穴。

N型硅——在本征硅中掺入五价杂质元素（例如磷、

氮），主要载流子为电子。

P型硅——在本征硅中掺入三价杂质元素（例如硼、

镓、铟），主要载流子为空穴。

化合物半导体——GaAs、InP

Ø砷化镓等材料的电子迁移率差不多是硅材料的6倍。它们的峰值电子速度也是硅饱和速度的2倍多。禁带宽度和临界击穿场强也比硅高，因此是制造高频电子器件的理想材料。目前砷化镓是化合物半导体的主流材料，全球砷化镓高频电子器件和电路的年产值24亿美元。Ø磷化铟器件的电子迁移率高达10000cm2/V﹒s，比砷化镓还高，所以其高频性能更好，工作频率更高，且有更低的噪声和更高的增益。目前在100GHz左右的3mm波段多数都用磷化铟器件。

Ø碳化硅原子束缚能力非常强，禁带宽度很宽，机械硬度也很高，在20世纪80年代人们逐步掌握了碳化硅晶体的生长技术后，90年代用于蓝光发光材料，同时以碳化硅材料为基础的电力电子器件和微波功率器件也相继问世。Ø实验表明，氮化镓具有更好的发光性能，因此蓝光发光领域内碳化硅已被氮化镓代替，目前氮化镓是蓝光和白光发光器件的主流材料。同时，人们还发现在微波功率放大领域，氮化镓的输出微波功率比砷化镓和硅高出一个数量级以上。

Ø金刚石具有最大的禁带宽度、最高的击穿场强和最大的热导率，被称为最终的半导体。此外，极窄带隙半导体材料，如InAs（0.36eV）等，也被人们广泛研究。Ø石墨烯与碳纳米管等半导体材料。

单晶生长定义:

把多晶块转变成一个大单晶，给予正确的定向和适量的N型或P型掺杂，叫做晶体生长。

按制备时有无使用坩埚分为两类：

n有坩埚的：直拉法、磁控直拉法液体掩盖直拉法；

n无坩埚的：悬浮区熔法。

硅片的制备

晶体准备（直径滚磨、晶体定向、导电类型检查和电阻率检查）→

切片→

研磨→

化学机械抛光（CMP）→

背处理→

双面抛光→

边缘倒角→

抛光→检验

→氧化或外延工艺→打包封装

切片后就进入芯片制造阶段