半导体生产与洁净度.pptVIP

半导体生产与洁净度;主要内容;微电子的发展史 ;经过了40年的发展，集成电路从小规模集成电路发展到了巨大规模集成电路和系统芯片。集成的元器件数也从几个发展到目前的几十亿个。晶体管和集成电路从美国发明， 开始重点都放在军用上，集成电路踏入民用领域还是从1964年通过日本大公司，计算器等民用产品的生产。日本科技独创性不强，但它能利用美国的科研成果从产业化入手，创造出无与伦比的辉煌业绩。90年代韩国依靠财团的雄厚资金，踩着日本人的足迹也获得了成功。在21世纪通讯、航天、民用电器等方面更广泛应用微电子技术，微电子行业更能有突飞猛进的发展。在半导体另一个新辟领域，即利用半导体特有的性能，使光热能通过半导体硅多晶硅或硅单晶变为电能。第一个太阳能电池是1951年诞生在美国贝尔实验室，60年代主要用于航天领域，那时太阳能电池效率只有10％。70年代中东石油危机对西方国家能源带来威胁，西方国家政府开发、生产及利用再生能源，提到议事日程。随即太阳能电池技术迅速发展。;以半导体硅材料为基础的大规模工业生产的太阳能电池其理论计算转换效率达20％，在后来20多年发展过程中，由于大规模集成电路的迅速发展，给晶体硅太阳能技术的进一步革新提供了很多优越的借鉴条件。大规模生产的太阳能电池转换效率不断提高，多晶硅太阳能转换效率达到15％以上，单晶硅可达到17％以上，近年来，太阳能电池每年销售量在全球范围内以每年25％速度在递增，1997年为100MW/年，1998年135/MW年，2001年为401MW/年。1999年美国的太阳能电池销售量为61MW，日本为85MW。 以上电子器件的结构原理就是从半导体特征性能P－N结为基础的。下面就最基础的半导体原理讲起，从其P－N结制造的过程，提出了“洁净度”的要求。 ;半导体基本知识 ;硅晶体有一些重要的晶向和晶面，常用的有（111）（110）（100）（111） 如图2 ;在自然界，除了上面所说的导体和绝缘体外，还存在着导电性能介于导体和绝缘体之间的许多物体，这就是半导体。半导体是一种晶体，它的种类很多，目前用得最广得是锗、硅、硒等。按电阻值来讲，电阻值大于1×10e11为绝缘体，电阻值小于1×10e4为导体，电阻值在1×10e11——1×10e4之间的为半导体，对于具有金刚石结构的硅来讲，每个原子与相邻的四个原子成链接，如图3所示硅原子的最外层电子轨道具有四个价电子它可以与四个相邻分享其价电子称为共价键。 在室温时这些共价电子被局限在共价键上，在温度和光照作用下，共价键被破坏即能激发电子参与放电行为， ;;1-2 半导体的导电性能 n型和p型半导体 ;; 必须指出，不论是Ｎ型半导体还是Ｐ型半导体，他们虽然都有一种载流子是占多数，但是他们本身仍是不带电的，正如导体中有大量自由电子，但导体本身并不带电一样。 由于Ｎ型和Ｐ型半导体都有带电的载流子（带正电的空穴和负电的电子），这些载流子在电场的作用下就要有定向运动，可以想象，如果节上外加电压，外电路上就会有电流流通。 在一块Ｎ型但导体二端加上一个电压，则在半导体内就会产生一个电场，如图6-1所示。Ｎ型半导体中的多数载流子――电子在电场的作用下外加电压的“正端”移动，而Ｎ型半导体中的少数载流子――空穴在电场的作用下向外加电压的“负端”移动，在半导体内就构成电流。由于在Ｎ型半导体中电子是多数载流子，电流主要是由电子的移动构成的。电流的方向与带负电的电子运动方向相反，如图中的箭头所示。 ;;1-3 P-N结的单向导电性 ;由于电子和空穴的扩散是同时进行的，所以上现所说的带电的薄层A和B同时产生于n型和p型交界面的两侧。 问题是n区中的电子和p区中的空穴会不会不断地向对方扩散呢？由上现可知，电子和空穴是带电载流子，由于空穴和电子扩散，使薄层A带正电，而薄层B带负电，因此在薄层A、B间产生一个电场，如图9。这个电场的方向是由n区指向p区，这个电场企图把进入薄层B向p区扩散的电子拉回n区 ;上面所说的薄层A和B，称为“pn结”，又称为“阻挡层”（意思是这个薄层阻挡电子和空穴的继续扩散）。这个薄层的厚度大约为10-4~10-5立米左右。Pn结是半导体二极管最基本的结构，是各种半导体管的基本组成环节，也是学习半导体管入门的向导和基础。下面进一步分析pn结的特性。 如果我们在pn结两端接上电池，而且电池正极接p型半导体，电池负极接n型半导体，如图10（a），这时我们发现电路上有很大的电流流通，电流表有读数。如果换一个方向，即电池正极接n型半导体，如图10（a），这时电路上的电流很小。电流表的读数接近零。 ;半导体生产与洁净度;当pn结正向连接时，即p区接电池正极，n区接电池负极，这时，外加电压在pn结中产生的电场方向是由p区指向n区的，恰好与pn结原来形成的电场方向相反，如