半导体基础知识培训大纲

1、半导体基础知识培训大纲一、半导体的基本概念1、什么是半导体2、半导体的基本特性3、半导体的种类、名称和用途4、本征半导体，N型半导体和P型半导体的定义二、载流子的简单知识1、定义2、电子和空穴3、载流子浓度4、载流子的运动三、P-N结的简单知识1、P-N结在半导体器件制造中的重要意义2、P-N结的定义3、P-N结的制造4、P-N结的特性a、单向导电性b、击穿特性c、P-N结电容四、关于二极管的简单知识1、二极管的分类2、二极管的命名3、二极管的主要用途4、二极管的主要参数及其意义5、二极管的特性曲线a、V-I特性曲线b、VF-IF特性曲线c、VR-IR 曲线五、半导体器体制造工艺一般知识1、材

2、料制备工艺（以Si为例）2、氧化3、光刻4、扩散、离子注入5、蒸发、正面电极、背而多层金属化6、合金7、钝化工艺8、清洗后部组装工艺：划片一管芯焊接一压焊一包封一切断一搪锡一测试/打印一包装六、环境对半导体器件生产的影响1、环境包括的内容a、空气洁净度、温度、湿度b、纯水c、气体N、H、O压空、真空d、化学点剂222、对半导体器件生产的影响一、半导体的基本概念1、什么是半导体电导率介子导体和绝缘体之间的固态物质称为半导体。导体（金属或合金）的电导率大于104/0 .CM绝缘体的电导率小于10-10/ 0 .CM半导体电导率10310-9/ 0 .CM2、半导体的基本特性对光照、温度、电场变化十

3、分敏感3、半导体的种类、名称和用途单质（元素）半导体：锗：二极管、品体三极管硅：多种半导体器件、二极管三极管、集成电路、功率半导体器件：SCRBJT、 MOSFET、 IGBT、 MCT 等化合物半导体：硫化镉、硒化镉制造发光器件磷化镓、砷、磷化镓、碳化硅制造发光二极管砷化镓：制造激光二极管、变容二极管、隧道二极管、肖特基二极管、MO SFET、微波器件（品体管和集成电路）4、本征半导体：未掺杂超高纯半导体。N型半导体：掺有施主杂质（N型杂质）的半导体。P型半导体：掺有受主（P型）杂质的半导体。二、载流子的简单知识1、定义：半导体和金属中可以运动而又带有电荷的粒子称为载流子。2、电子和空穴导体

4、（金属）中的载流子是自由运动的电子半导体中的载流子是导带中的电 子和空穴。N型半导体的多数载流子是电子，少数载流子是空穴。P型半导体的多数载流子是空穴，少数载流子是电子。3、载流子浓度对于一定材料，在一定温度下，多数载流子浓度X少数载流子浓度=常数。 这意味着，如果多数载流子的浓度很高（低电阻度材料），那么它的少数载流子的 浓度就相应很低。金属中载流子（自由运动的电子）浓度大大高于半导体中的载流子浓度（电 子和空穴）。4、载流子的运动一一漂移，扩散和复合无外加电场时，载流子本身作紊乱的热运动，各个方向运动的载流子所造 成的电流互相抵消，电流平均值为零。在自建场作用下，载流子产生定向运动。自建场

5、产生的原因：由于半导体 掺杂浓度分布不均匀，载流子浓度存在浓度梯度，高浓度的载流子会向低浓度处 扩散，掺杂浓度高的地方和掺杂浓度低的地方带有极性相反的电荷。正负电荷会 产生电场，该电场不是外加的而是内部建立的，称为内建电场，内建场使载流子 发生漂移运动。在一个PN结中，由于N型半导体中电子是多子空穴是少子；而在P型半导 体中空穴是多子，电子是少子，因此，N型和P型半导体相接触，在PN结交界 而处存在电子和空穴的浓度差，N型中电子要向P区扩散，P区中的空穴要向N 区扩散，原来的N型和P型半导体是电中性，由于上述载流子的扩散运动，在部 分N区就剩下带正电的电离施主，形成带正电荷的区域，同样，在部分

6、P区也会 剩下带负荷的电离受主，形成一个带负电荷的区域。这样，在N型区和P型区交 界面的两侧便形成了带正、负电荷的区域叫做空间电荷区，这也是一种内建场， 电场方向由N区指向P区。在半导体中如果存在缺陷（如位错等）或者深能级杂质（如铜、金等）载流子 会成对复合而减少（消亡）。非平衡少子从非平衡状态恢复到平衡状态的平均时间 称为少子寿命。三、P-N结的简单知识1、P-N结在半导体器件制造中的重要意义PN结是品体二极管和三极管、集成电路中最基本的环节，是半导体器件的 核心部分。在制造品体管和集成电路时，其主要工艺就是制造性能优良的P-N 结。2、P-N结定义：N型半导体和P型半导体有机结合形成的结构

7、。3、PN结的制造a、合金型：早期的锗二极管、三极管和硅品体管采用合金工艺。b、扩散型（平面和台面工艺）最常用尤其是大功率电力电子器件的深结扩散。c、离子注入：浅结器件MOS和IGBT各种高频半导体器件。利用高能量粒子轰击 杂质原子，并使其电离通过加速后，将离子直接打进半导体内部去。d、直接键合：高压大功率器件e、外延制造PN结4、PN结的特性a、单向导电性一一整流特性PN结加正向电压时（P区接正，N区接负），当电压超过一定值（Ge、PN 结为0.25V, Si、PN结为0.7V左右）则电流变大，而且电压稍再增大，电流会 猛增。加反向电压时，电流很小，并且电压超过一定数值后，电流几乎不随外加

8、电压变化（未击穿前）b、PN结的击穿特性PN结在反向电压下电流很小，但如果反向电压增加到某一数值时，反向电 流会突然变得很大，称为PN结的反向击穿。这是一种电击穿也称雪崩击穿， 其物理过程是：当P-N结反向偏压增加时，空间电荷区中的电场也随着增强， 通过空间电荷区的电子和空穴，在电场作用下获得的能量增大。在品体中运动中 的电子和空穴，将不断地与品格原子发生碰撞，当电子和空穴的能量足够大时， 通过这样的碰撞，可以使满带中的电子激发到导带，形成电子空穴对。新产生的 电子和空穴以及原有的电子和空穴，在电场作用下，向相反方向运动，重新获得 能量，又可以通过碰撞，再产生电子、空穴对，这就是载流子的倍增效

9、应。当反 向偏压增大到某一数值后，载流子的倍增情况同雪山上的雪崩现象一样，载流子 增加的多且快，使反向电流急剧增大，PN结发生了雪崩击穿，另一种电击穿是 遂道击穿也称齐纳击穿。c、P-N结电容普通的P-N结二极管只在低频时才能有效地起整流作用。对高频交流电完全 失掉整流作用，因为P-N结存在电容效应。四、关于二极管的简单知识1、二极管的分类a、按半导体材料分类锗、硅、砷化镓，因材料不同，正向导通电压各不相同，工作温度高低不 一样。b、按器件结构分类点接触，而接触。c、按制造工艺不同分类点接触（机械力维持接触）合金型扩散型肖特基型（金一半接触）d、按使用用途分类整流管、稳压、升关、变容、阻尼、微

10、波、整流堆、隧道二极管、光电管 等2、二极管的应用a、整流电路b、检波电路c、稳压电路d、发光器件e、太阳能电池3、二极管的主要电参数及其意义a、VBR反向击穿电压二极管为反向硬特性时，其反向伏一安特性急剧弯曲点的电压值。b、IR（AV）：反向漏电流在规定条件下（Ta=25C或Ta=125D, 二极管正弦半波反向重复电压下反向 电流的最大值。c、VF（AV）正向平均电压（正向压降）通过额定正向平均电流时在二极管极间的电压平均值。d、IF（AV）正向平均电流在规定的使用条件下，在电阻性负载的正弦波电路中，允许通过二极管的 最大工作电流的平均值。e、t :反向恢复时间在规定条件下，器件正向导通转到

11、反向截止期间反向电流衰减至最大反向电流的10%所需时间。f、其它参数Ifsm :浪涌电流V：反向重复峰值电压门环境温度Tstg :贮存温度TRR:结温 Tc：壳温Rth（i-c）:热阻I：整流输出平均电流。雪崩能量4、二极管的特性曲线a、V-Ib、VIfc、VI：d、iR-tR特性曲线特性曲线特性曲线曲线（电流降额曲线）五、半导体器件制造工艺一般知识1、半导体材料制备（以硅为例）单晶硅拉制与衬底制备多晶硅制备石英石 SiO2+3C=SiC+2CO f2SiC+SiO=3Si+2CO f 2粗硅：a、Si+Cl2一SiCl4b、Si（粉状）+HClSiHCl3c、Si+MgSiMg2SiMg +

12、HClSiH 24SiHCl +H Si+3HCl f（9001100C）单品拉制：宜拉区熔切片一磨片一抛光一外延2、管芯制造氧化光刻扩散、离子注入蒸发合金钝化、清洗后部封装工艺（塑封工艺）划片一管芯焊接一压焊一包封一切断一搪锡一测试一打印一包装六、环境对半导体器件生产的影响InternationalI9RRedifi印1、环境包括的内容a、空气洁净度、温度、湿度b、纯水c、气体、N、O、H、压空、真空、特殊气体d、化学试剂222、对半导体器件生产影响a、洁净度影响产品合格率，尤其管芯制造更明显。b、温度、湿度影响制版、光刻、测试等工序质量。c、纯水用于硅片清洗、划片、搪锡等工序。水质不纯对半

13、导体器件特别是大 规模集成电路的性能产生直接影响。水质电阻率低，器件反向漏电流大，击穿特 性变软，成品率降低，甚至无法正常生产。d、各种气体纯度对半导体器件产生的影响。对外延、扩散、光刻、管芯焊接 工艺影响最为明显。e、化学试剂影响试剂中含杂质多，很容易沾污Si或SiO表面，而且不易冲洗掉，使管芯性2能下降，严重时无法正常生产。3、对空气洁净度要求a、110 万级。b、纯水六项指标：电阻率、粒子含量、溶解气体、总的电解质、有机物、微生物c、气体N2、H2气体中含水量、含氧量、有机物及其它杂质。O中含水量、尘粒及其它杂质。d、化学试剂化学纯、分析纯、优级纯、电子纯、MOS纯4、环境因素对器件性能影响机理杂质尘粒有的在器件表面，有的存在器件体内，影响机理不一样。a、Na+离子危害来源：化学试