(工艺技术)半导体基础知识和半导体器件工艺
半导体基础知识PPT培训课件
目录
• 半导体简介 • 半导体材料 • 半导体器件 • 半导体制造工艺 • 半导体技术发展趋势 • 案例分析
半导体简介
01
半导体的定义
总结词
半导体的定义
详细描述
半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，常见的半导体材 料有硅、锗等。
半导体的特性
总结词
化合物半导体具有宽的禁带宽度和高 的电子迁移率等特点，使得化合物半 导体在光电子器件和高速电子器件等 领域具有广泛的应用。
掺杂半导体
掺杂半导体是在纯净的半导体中掺入其他元素，改变其导电 性能的半导体。
掺杂半导体的导电性能可以通过掺入不同类型和浓度的杂质 来调控，从而实现电子和空穴的平衡，是制造晶体管、集成 电路等电子器件的重要材料。
掺杂的目的是形成PN结、调控载流 子浓度等，从而影响器件的电学性能。
掺杂和退火的均匀性和控制精度对器 件性能至关重要，直接影响最终产品 的质量和可靠性。
半导体技术发展趋势
05
新型半导体材料
硅基半导体材料
宽禁带半导体材料
作为传统的半导体材料，硅基半导体 在集成电路、微电子等领域应用广泛。 随着技术的不断发展，硅基半导体的 性能也在不断提升。
半导体制造工艺
04
晶圆制备
晶圆制备是半导体制造的第一步，其目的是获得具有特定晶体结构和纯度的单晶硅 片。
制备过程包括多晶硅的提纯、熔炼、长晶、切磨、抛光等步骤，最终得到可用于后 续工艺的晶圆。
晶圆的质量和表面光洁度对后续工艺的成败至关重要，因此制备过程中需严格控制 工艺参数和材料质量。
薄膜沉积
输入 标题
详细描述
集成电路的制作过程涉及微电子技术，通过一系列的 工艺步骤，将晶体管、电阻、电容等电子元件集成在 一块硅片上，形成复杂的电路。
半导体基础知识
第一章、半导体器件
1、为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成本征半导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善导电性能？
制成本征半导体是为了讲自然界中的半导体材料进行提纯，然后人工掺杂，通过控制掺杂的浓度就可以控制半导体的导电性，以达到人们的需求
2、为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还是少子是影响温度稳定性的主要因素？
导致半导体性能温度稳定性差的主要原因有二：β
（1）禁带宽度与温度有关（一般，随着温度的升高而变窄）；（2）少数载流子浓度与温度有关（随着温度的升高而指数式增加）。
多子。
3、为什么半导体器件有最高工作频率？
这是因为半导体器件的主要组成单元是PN结，PN结的显著特征是单向导电性，因为PN结的反向截止区是由耗尽层变宽导致截止，而这个过程是需要一定的时间的，如果频率太高导致时间周期小于截止时间就可能造成PN结失去单向导电性，导致半导体器件不能正常工作，所以半导体器件有最高工作频率的限制。
4、整流，是指将交流电变换为直流电称为AC/DC变换，这正变换的功率流向是由电源传向负载，称之为整流。
5、为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？
虽然集电结是反偏的，虽然基极是开路的，但是，晶体管芯，是块半导体材料。
半导体材料，又不是绝缘体，加上电压，就有微弱的电流，这很正常。
从集电区向基区出现的“反向饱和电流Icbo”，在基极没有出路，就流向发射极了。
这一流动，就形成了一个Ib。
这个Ib，就引出了一个贝塔倍的Ic; 这个Ib和Ic之和，就是穿透电流Iceo，等于(1+贝塔)Icbo。
6、
展开。
半导体器件基础
自由电子 带负电荷 电子流
载流子
空穴 带正电荷 空穴流 ＋总电流
6
N型半导体和P型半导体
多余电子
N型半导体
硅原子
【Negative电子】
+4
+4 +4
在锗或硅晶体内
掺入少量五价元素
杂质，如磷；这样
+4
在晶体中就有了多 磷原子 余的自由电子。
+4
+5 +4 +4 +4
多数载流子——自由电子
少数载流子——空穴
不失真——就是一个微 弱的电信号通过放大器 后，输出电压或电流的 幅度得到了放大，但它 随时间变化的规律不能 变。
放大电路是模拟电路中最主要的电路,三极管是 组成放大电路的核心元件。
具有放大特性的电子设备：收音机、电视机、
手机、扩音器等等。
36
利用三极管组成的放大电路，最常用的接法是：基 极作为信号的输入端，集电极作为输出端，发射极 作为输入回路、输出回路的共同端（共发射极接法）
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饱和工作状态
调节偏流电阻RP的阻值， 使基极电流充分大时，集电 极电流也随之变得非常大， 三极管的两个PN结则都处于 正向偏置。集电极与发射极 之间的电压很小，小到一定 程度会削弱集电极收集电子 的能力，这时Ｉb再增大， Ｉc也不能相应地增大了， 三极管处于饱和状态，集电 极和发射极之间电阻很小， 相当开关接通。
27
▪ 几种常见三极管的实物外形
大功率三极管
功率三极管
普通塑封三极管
28
▪ 三极管的分类
① 按频率分
高频管 低频管
硅管 ③ 按半导
体材料分 锗管
② 按功率分
半导体基础知识(1)
半导体基础知识（详细篇）2.1.1概念根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。
1.导体：容易导电的物体。
如：铁、铜等2.绝缘体：几乎不导电的物体。
如：橡胶等3.半导体：半导体是导电性能介于导体和半导体之间的物体。
在一定条件下可导电。
半导体的电阻率为10-3～109Ω·cm。
典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。
半导体特点：1)在外界能源的作用下，导电性能显著变化。
光敏元件、热敏元件属于此类。
2)在纯净半导体内掺入杂质，导电性能显著增加。
二极管、三极管属于此类。
2.1.2本征半导体1.本征半导体本征半导体——化学成分纯净的半导体。
制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。
它在物理结构上呈单晶体形态。
电子技术中用的最多的是硅和锗。
硅和锗都是4价元素，它们的外层电子都是4个。
其简化原子结构模型如下图：外层电子受原子核的束缚力最小，成为价电子。
物质的性质是由价电子决定的。
2.本征半导体的共价键结构本征晶体中各原子之间靠得很近，使原分属于各原子的四个价电子同时受到相邻原子的吸引，分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。
共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。
如下图所示：硅晶体的空间排列与共价键结构平面示意图3.共价键共价键上的两个电子是由相邻原子各用一个电子组成的，这两个电子被成为束缚电子。
束缚电子同时受两个原子的约束，如果没有足够的能量，不易脱离轨道。
因此，在绝对温度T=0°K（-273°C）时，由于共价键中的电子被束缚着，本征半导体中没有自由电子，不导电。
只有在激发下，本征半导体才能导电。
4.电子与空穴本征激发电子与空穴的产生当导体处于热力学温度0°K时，导体中没有自由电子。
当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。
半导体的基本知识
半导体的基本知识半导体是一种电导率介于导体和绝缘体之间的材料。
半导体的电性质可以通过施加电场或光照来改变，这使得半导体在电子学和光电子学等领域有广泛的应用。
以下是关于半导体的一些基本知识：1. 基本概念：导体、绝缘体和半导体：导体（Conductor）：电导率很高，电子容易通过的材料，如金属。
绝缘体（Insulator）：电导率很低，电子很难通过的材料，如橡胶、玻璃。
半导体（Semiconductor）：电导率介于导体和绝缘体之间的材料，如硅、锗。
2. 晶体结构：半导体通常以晶体结构存在，常见的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）等。
3. 电子能带：价带和导带：半导体中的电子能带分为价带和导带。
电子在价带中，但在施加电场或光照的作用下，电子可以跃迁到导带中，形成电流。
能隙：价带和导带之间的能量差称为能隙。
半导体的能隙通常较小，这使得它在室温下就能够被外部能量激发。
4. 本征半导体和杂质半导体：本征半导体：纯净的半导体材料，如纯硅。
杂质半导体：在半导体中引入少量杂质（掺杂）以改变其导电性质。
掺入五价元素（如磷、砷）形成n型半导体，而掺入三价元素（如硼、铝）形成p型半导体。
5. p-n 结：p-n 结：将p型半导体和n型半导体通过特定工艺连接在一起形成p-n 结。
这是许多半导体器件的基础，如二极管和晶体管。
6. 半导体器件：二极管（Diode）：由p-n 结构构成，具有整流特性。
晶体管（Transistor）：由多个p-n 结构组成，可以放大和控制电流。
集成电路（Integrated Circuit，IC）：在半导体上制造出许多微小的电子器件，形成集成电路，实现多种功能。
7. 半导体的应用：电子学：微电子器件、逻辑电路、存储器件等。
光电子学：光电二极管、激光二极管等。
太阳能电池：利用半导体材料的光伏效应。
这些是半导体的一些基本知识，半导体技术的不断发展推动了现代电子、通信和计算机等领域的快速进步。
半导体基本知识
五、PN结的电容效应
PN结具有一定的电容效应，它由两方面的因素决定。
(1) 势垒电容Cb
表征耗尽层内电荷量的变化。
(2)扩散电容Cd 表征耗尽层外中性区(P区和N区)内电荷量的变化。
(1) 势垒电容Cb
PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生 变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电 相同，其等效电容称为势垒电容Cb。
当PN结外加正向电压，且u >>UT时，
qu kT
即i随u按指数规律变化；
当PN结外加反向电压，且| u |>> UT时，
当反向电压超过一定数值后， 反向电流急剧增加，称为反向 击穿。 击穿：齐纳击穿、雪崩击穿
①齐纳击穿
掺杂浓度越高，耗尽层宽度窄
不大的反向电压就可在耗尽层形成很强的电场，而直接 破坏共价键，使价电子脱离共价键束缚，产生电子—空 穴对，致使电流急剧增大。
(2) 扩散电容Cd
PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子 的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过 程，其等效电容称为扩散电容Cd。 外加正向电压一定时，靠近耗尽层交界面处的非平 衡少子浓度高，而远离交界面的地方浓度低，浓度自 高到低逐渐衰减，直至零。形成一定的浓度梯度（浓 度差），形成扩散电流。
空穴 空间电荷区 耗尽层 电子
P区
内电场
N区
二、 PN结的单向导电性
在 PN结的两端外加电压，破外原来的平衡状态。
①外加正向电压
电源正极接PN结的P端，负极接N端
P区的电位高于N区的电位，称为正向偏置或正向接法。
②外加反向电压 电源负极接PN结的P端，正极接N端
(1)
PN结加正向电压时的导电情况
半导体基础知识介绍
华润华晶产品与技术中心 2010年10月
Silicon Fab Fab 5
Marketing & Sale Dept
R&D Center Fab 2 Plant 3 Test Plant
Administration CRHJ Depts Floor 2 & 3
目
录
一、器件基础知识 二、器件特性介绍 三、晶体管可靠性分析
hFE －－电流增益（电流放大倍数） 理论上， hFE 应尽可能大，以便于用较小的基极电流控制 较大的集电极电流，可以减少驱动损耗。但开关速度、电流 特性、VCEO等限制了hFE的范围。 一般灯用晶体管选用：15~30 电源类用晶体管选用：20~40
CRHJ
二、器件特性介绍
VCE（sat)－－集电极－发射极饱和电压
CRHJ
一、器件基础知识
9、绝缘栅双极型晶体管（IGBT） Insulated Gate Bipolar Transistor MOS晶体管和双极型晶体管组成的复合 结构器件 兼具MOS晶体管的快速开关特性和双极 型晶体管的大电流特性
CRHJ
二、器件特性介绍
1、二极管 • 二极管的基本构成 由一个P-N结组成 • 二极管的电学符号：
CRHJ
二、器件特性介绍
漏电流ICBO、IEBO、ICEO ICBO、IEBO、ICEO显示晶体管反向截止时的漏电情况，反 映了工艺线的制造水平。 ICBO，IEBO一般要求小于1μA，华晶产品典型值在nA级。 ICEO理论上等于ICBO扩大hFE的倍数，一般小于10μA。
CRHJ
二、器件特性介绍
低频晶体管、高频晶体管、超高频晶体管。
• 按封装结构分类
半导体器件基础知识
半导体基础知识一、半导体本础知识（一）半导体自然界的物质按其导电能力区别，可分为导体、半导体、绝缘体三类。
半导体是导电能力介于导体和绝缘体之前的物质，其电阻率在10-3~109Ω范围内。
用于制作半导体元件的材料通常用硅或锗材料。
（二）半导体的种类在纯净的半导体中掺入特定的微量杂质元素，能使半导体的导电能力大提高。
掺入杂质后的半导体称为杂质半导体。
根据掺杂元素的性质不同，杂质半导体可分为N型和P型半导体。
（三）PN结及其特性1、PN结：PN结是构成半导体二极管、三极管、场效应管和集成电路的基础。
它是由P型半导体和N型半导体相“接触”后在它们交界处附近形成的特殊带电薄层。
2、PN结的单向导电性：当PN结外加正向电压（又叫正向偏置）时，PN结会表现为一个很小的电阻，正向电流会随外加的电压的升高而急速上升。
称这时的PN结处于导通状态。
当PN结外加反向电压（以叫反向偏置）时，PN结会表现为一个很大的电阻，只有极小的漏电流通过且不会随反向电压的增大而增大，这时的电流称为反向饱和电流。
称这时的PN结处于截止状态。
当反向电压增加到某一数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。
这时的反向电压称为反向击穿电压，不同结构、工艺和材料制成的管子，其反向击穿电压值差异很大，可由1伏到几百伏，甚至高达数千伏。
3、频率特性由于结电容的存在，当频率高到某一程度时，容抗小到使PN结短路。
导致二极管失去单向导电性，不能工作，PN结面积越大，结电容也越大，越不能在高频情况下工作。
二、半导体二极管（一）半导体二极管及其基本特性1、半导体二极管：半导体二极管（简称为二极管）是由一个PN结加上电极引线并封装在玻璃或塑料管壳中而成的。
其中正极（或称为阳极）从P区引出，负极（或称为阴极）从N区引出。
以下是常见的一些二极管的电路符号：普通二极管稳压二极管发光二极管整流桥堆2、二极管的伏安特性二极管的伏安特征如下图所示：二极管的伏安特性曲线（二）二极管的分类二极管有多种分类方法1、按使用的半导体材料分类二极管按其使用的半导体材料可分为锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管、磷化镓二极管等。
半导体基础知识
1.1 半导体基础知识概念归纳本征半导体定义：纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。
电流形成过程：自由电子在外电场的作用下产生定向移动形成电流。
绝缘体原子结构：最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子。
绝缘体导电性：极差。
如惰性气体和橡胶。
半导体原子结构：半导体材料为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧。
半导体导电性能：介于半导体与绝缘体之间。
半导体的特点：★在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。
★在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化。
晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，称为晶格。
共价键结构：相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子）不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。
自由电子的形成：在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚变成为自由电子。
空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。
电子电流：在外加电场的作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流。
空穴电流：价电子按一定的方向依次填补空穴（即空穴也产生定向移动），形成空穴电流。
本征半导体的电流：电子电流+空穴电流。
自由电子和空穴所带电荷极性不同，它们运动方向相反。
载流子：运载电荷的粒子称为载流子。
导体电的特点：导体导电只有一种载流子，即自由电子导电。
本征半导体电的特点：本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。
本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。
复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。
动态平衡：在一定的温度下，本征激发所产生的自由电子与空穴对，与复合的自由电子与空穴对数目相等，达到动态平衡。
载流子的浓度与温度的关系：温度一定，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。
半导体行业必备知识
半导体行业必备知识标题: 半导体行业必备知识：从基础概念到未来发展引言:半导体行业是现代科技和电子行业的核心，对我们的生活产生了深远的影响。
为了更好地理解和掌握半导体行业，本文将从基础概念开始，逐步深入探讨相关主题。
我们将介绍半导体的定义、材料和工艺，以及半导体芯片的制造和应用。
此外，我们还将讨论半导体行业的未来发展趋势和挑战，以及对环境和社会的影响。
第一部分：半导体基础知识1. 半导体的定义和特性- 解释什么是半导体，以及半导体材料的特性。
- 讨论半导体材料的能带结构和导电性质。
2. 半导体材料- 介绍常见的半导体材料，如硅(Si)和砷化镓(GaAs)。
- 分析不同材料的特点、优缺点和在半导体行业中的应用。
3. 半导体器件和工艺- 介绍半导体器件的基础结构，如二极管和晶体管。
- 解释常用的半导体工艺，如光刻和离子注入，以及它们对半导体器件性能的影响。
第二部分：半导体芯片制造和应用1. 半导体芯片制造工艺- 详细描述半导体芯片的制造过程，包括晶圆加工、沉积、刻蚀和清洗等步骤。
- 分析不同制造工艺对芯片性能和产量的影响。
2. 半导体芯片应用领域- 探讨半导体芯片在各个领域的应用，如通信、计算机、医疗和能源。
- 强调半导体芯片在现代科技和电子领域的关键作用。
第三部分：半导体行业的未来发展1. 新兴半导体技术- 介绍新兴的半导体技术，如碳纳米管和量子点。
- 分析这些技术在提高芯片性能和创新应用方面的潜力。
2. 挑战和趋势- 讨论半导体行业面临的挑战，如技术复杂性和成本压力。
- 分析行业的发展趋势，如人工智能和物联网对半导体需求的增长。
第四部分：半导体行业的环境和社会影响1. 可持续发展- 探讨半导体行业在可持续发展方面的挑战和努力。
- 分析行业在能耗、废弃物管理和碳减排方面的可持续性措施。
2. 社会责任- 强调半导体行业在社会责任方面的作用，如创造就业机会和支持教育项目。
- 讨论行业在社会和经济发展中的贡献和责任。
半导体技术基础
半导体技术基础1、半导体的基本知识本征半导体和杂质半导体的结构2 、PN结的形成及特性PN结的形成过程PN结的单向导电性PN结的电容效应1 半导体的基本知识•本征半导体、杂质半导体•施主杂质、受主杂质•N型半导体、P型半导体•自由电子、空穴•多数载流子、少数载流子半导体材料根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。
典型的半导体：硅Si、锗Ge、砷化镓GaAs半导体的共价键结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构本征半导体及其特征本征半导体——化学成分纯净的半导体。
它在物理结构上呈单晶体形态。
空穴——共价键中的空位。
电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。
空穴的移动——空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。
由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴－电子对缚而很容易形成自由电子。
电子是多数载流子，它主要由空穴是少数载流子, 由热激发形成。
提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正因三价杂质原子在与硅原时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。
在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形电子是少数载流子，由热激发形成。
2 PN结的形成及特性3.2.1 载流子的漂移与扩散3.2.2 PN结的形成3.2.3 PN结的单向导电性—阻性效应3.2.4 PN结的反向击穿3.2.5 PN结的电容效应—高频特性正离子区PN结的形成¾在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。
¾于是，在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:因浓度差↓空间电荷区形成内电场↓内电场促使少子漂移↓内电场阻止多子扩散多子的扩散运动→由杂质离子形成空间电荷区↓最后，多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡，从而形成空间电荷区。
PN结加正向电压时的单向导电性——导电PN结正偏（加正向电压）：当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位PN结正偏时的特征低电阻具有大的正向扩散电流PN 结V -I 特性的数学模型其中PN 结的伏安特性)1e(/S D D −=TV I i v I S ——反向饱和电流V T ——温度的电压当量且在常温下（T =300K）V26m qkT V T ==结的反向增加到一定数值时（载流子快速增加或破坏了共价键的结构），反向可逆电击穿设计不利会导致热击穿。
半导体器件重要知识点总结
半导体器件重要知识点总结一、半导体基础知识1. 半导体的概念及特性：半导体是指导电性介于导体和绝缘体之间的一类材料。
由于半导体材料的导电性能受温度、光照等外部条件的影响比较大，它可以在不同的条件下表现出不同的导电特性。
半导体材料常见的有硅、锗等。
2. P型半导体和N型半导体：P型半导体是指在半导体材料中掺入了3价元素，如硼、铝等，使其成为带正电荷的空穴主导的半导体材料。
N型半导体是指在半导体材料中掺入了5价元素，如磷、砷等，使其成为自由电子主导的半导体材料。
3. 掺杂：半导体器件在制造过程中一般都要进行掺杂，以改变其导电性能。
掺杂分为N型掺杂和P型掺杂，通过掺杂可以使半导体材料的导电性能得到调控，从而获得所需要的电子特性。
4. pn结：pn结是指将P型半导体和N型半导体直接连接而成的结构，它是构成各类半导体器件的基础之一。
pn结具有整流、发光、光电转换等特性，在各类器件中得到了广泛的应用。
二、半导体器件的基本知识1. 二极管（Diode）：二极管是一种基本的半导体器件，它采用pn结的结构，在正向偏置时可以导通，而在反向偏置时则将电流阻断。
二极管在各类电子电路中具有整流、电压稳定、信号检测等重要作用。
2. 晶体管（Transistor）：晶体管是一种由半导体材料制成的三电极器件，它采用多个pn结的结构，其主要功能是放大信号、开关电路和稳定电路等。
晶体管在各类电子器件中扮演着至关重要的作用，是现代电子技术的重要组成部分。
3. 集成电路（IC）：集成电路是将大量的半导体器件集成在一块半导体芯片上的器件，它可以实现各种功能，如存储、计算、通信等。
集成电路在现代电子技术中已成为了各类电子产品不可或缺的一部分，是现代电子产品的核心之一。
4. MOS场效应管（MOSFET）：MOSFET是一种基于金属-氧化物-半导体的结构的场效应晶体管，它在功率控制、开关电路、放大器等方面有着重要的应用。
MOSFET在各类电源、电动机控制等领域得到了广泛的应用。
半导体基础知识详细
半导体基础知识详细半导体是一种电子特性介于导体和绝缘体之间的材料。
它的电阻率介于导体和绝缘体之间，而且在外界条件下可以通过控制电场、光照、温度等因素来改变其电子特性。
半导体材料广泛应用于电子器件、太阳能电池、光电器件、传感器等领域。
1. 半导体的基本概念半导体是指在温度为绝对零度时，其电阻率介于导体和绝缘体之间的材料。
在室温下，半导体的电阻率通常在10^-3到10^8Ω·cm之间。
半导体的导电性质可以通过控制材料中的杂质浓度来改变，这种过程称为掺杂。
2. 半导体的晶体结构半导体的晶体结构分为两种：共价键晶体和离子键晶体。
共价键晶体是由原子间共享电子形成的晶体，如硅、锗等。
共价键晶体的晶格结构稳定，电子在晶格中移动时需要克服较大的势垒，因此其导电性较差。
离子键晶体是由正负离子间的静电作用形成的晶体，如氯化钠、氧化镁等。
离子键晶体的晶格结构较稳定，电子在晶格中移动时需要克服较小的势垒，因此其导电性较好。
3. 半导体的能带结构半导体的能带结构是指半导体中电子能量的分布情况。
半导体的能带结构分为价带和导带两部分。
价带是指半导体中最高的能量带，其中填满了价电子。
导带是指半导体中次高的能量带，其中没有或只有很少的电子。
当半导体中的电子受到外界激发时，可以从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。
4. 半导体的掺杂半导体的掺杂是指向半导体中加入少量的杂质原子，以改变其电子特性。
掺杂分为n型和p 型两种。
n型半导体是指向半导体中掺入少量的五价杂质原子，如磷、砷等。
这些杂质原子会向半导体中释放一个电子，形成自由电子，从而提高半导体的导电性能。
p型半导体是指向半导体中掺入少量的三价杂质原子，如硼、铝等。
这些杂质原子会从半导体中吸收一个电子，形成空穴，从而提高半导体的导电性能。
5. 半导体器件半导体器件是利用半导体材料制造的电子器件，包括二极管、晶体管、场效应管、集成电路等。
二极管是一种由n型半导体和p型半导体组成的器件，具有单向导电性。
半导体基础知识和半导体器件工艺
半导体基础知识和半导体器件工艺第一章半导体基础知识 通常物质根据其导电性能不同可分成三类。
第一类为导体，它可以很好的传导电流，如：金属类，铜、银、铝、金等；电解液类：NaCl水溶液，血液，普通水等以及其它一些物体。
第二类为绝缘体，电流不能通过，如橡胶、玻璃、陶瓷、木板等。
第三类为半导体，其导电能力介于导体和绝缘体之间，如四族元素Ge锗、Si硅等，三、五族元素的化合物GaAs砷化镓等，二、六族元素的化合物氧化物、硫化物等。
物体的导电能力可以用电阻率来表示。
电阻率定义为长1厘米、截面积为1平方厘米的物质的电阻值，单位为欧姆*厘米。
电阻率越小说明该物质的导电性能越好。
通常导体的电阻率在10-4欧姆*厘米以下，绝缘体的电阻率在109欧姆*厘米以上。
半导体的性质既不象一般的导体，也不同于普通的绝缘体，同时也不仅仅由于它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是由于半导体具有以下的特殊性质：(1) 温度的变化能显著的改变半导体的导电能力。
当温度升高时，电阻率会降低。
比如Si在200℃时电阻率比室温时的电阻率低几千倍。
可以利用半导体的这个特性制成自动控制用的热敏组件（如热敏电阻等），但是由于半导体的这一特性，容易引起热不稳定性，在制作半导体器件时需要考虑器件自身产生的热量，需要考虑器件使用环境的温度等，考虑如何散热，否则将导致器件失效、报废。
(2) 半导体在受到外界光照的作用是导电能力大大提高。
如硫化镉受到光照后导电能力可提高几十到几百倍，利用这一特点，可制成光敏三极管、光敏电阻等。
(3) 在纯净的半导体中加入微量（千万分之一）的其它元素（这个过程我们称为掺杂），可使他的导电能力提高百万倍。
这是半导体的最初的特征。
例如在原子密度为5*1022/cm3的硅中掺进大约5X1015/cm3磷原子，比例为10-7（即千万分之一），硅的导电能力提高了几十万倍。
物质是由原子构成的，而原子是由原子核和围绕它运动的电子组成的。
电子很轻、很小，带负电，在一定的轨道上运转；原子核带正电，电荷量与电子的总电荷量相同，两者相互吸引。
半导体工艺技术基础知识
半导体工艺技术基础知识半导体工艺技术是制造半导体器件的关键技术之一，是现代电子产业发展的重要支撑。
以下是关于半导体工艺技术的基础知识。
半导体材料是一种介于导体与绝缘体之间的材料。
常见的半导体材料包括硅（Si）和砷化镓（GaAs）等。
半导体材料的导电性能受温度、掺杂物浓度和外加电场等因素的影响。
半导体材料的电导率可以通过掺杂来调控，将杂质原子（掺杂剂）添加到半导体材料中，可以使其导电性能得到改善。
半导体器件的制造通过一系列的工艺步骤完成。
首先，需要通过杂质掺杂的方法，改变半导体材料的导电性能。
常见的掺杂方法包括离子注入和溅射。
离子注入是将掺杂剂离子加速到高能量，并注入到半导体材料中，从而改变其电导率。
溅射是将掺杂剂材料蒸发，经过激发后，附着到半导体材料表面，改变其导电性能。
掺杂完成后，需要进行退火处理，使掺杂剂均匀分布在半导体材料中。
之后，需要进行光刻工艺，将器件的图形转移到半导体材料表面，形成光刻胶，再通过光照的方式选择性地去除部分光刻胶。
光刻胶的选择和图形的设计对器件的最终性能具有重要影响。
接下来是蚀刻工艺，通过湿法或干法将半导体材料表面的非需要部分去除，形成所需的器件结构。
湿法蚀刻使用化学液体，干法蚀刻使用高能粒子束。
蚀刻结束后，需要进行清洗工艺，去除蚀刻产生的杂质。
最后是沉积工艺，将需要的金属或绝缘体沉积在半导体材料上，形成金属引线或绝缘层等。
沉积工艺包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等。
半导体工艺技术的基础知识不仅包括以上的材料和工艺步骤，还包括器件设计和测试等方面的知识。
器件设计需要根据需求和性能要求，选择合适的材料和工艺方法。
器件测试需要使用一系列的测试仪器，评估器件的性能和可靠性。
总之，半导体工艺技术是现代电子产业必不可少的一部分。
掌握半导体工艺技术的基础知识，对于理解和应用半导体器件具有重要的意义。
半导体培训计划怎么写范文
半导体培训计划怎么写范文一、培训背景半导体行业是当今世界经济发展的重要支柱之一，半导体技术的发展和应用对于各行各业的发展都具有重要意义。
在半导体行业发展迅猛的今天，培训和提升员工的技术水平对于企业的发展至关重要。
为了满足企业对于员工技能的需求，我们制定了半导体培训计划。
二、培训目标1.提升员工的半导体知识和技能水平，在工作中能够更加熟练地应用半导体技术；2.增加员工的工作动力和责任感，提升团队合作意识和执行力；3.帮助员工了解半导体行业的发展动态，增强对于行业发展的认知和预见性。
三、培训内容1.半导体行业基础知识梳理（1）半导体物理基础知识（2）半导体工艺技术（3）半导体器件结构和工作原理2.半导体工艺流程及设备操作（1）半导体器件工艺流程（2）设备操作和维护3.半导体行业前沿技术研究（1）新型半导体材料和器件（2）先进半导体制造工艺4.半导体行业发展趋势及未来技术展望（1）半导体行业市场分析（2）未来发展趋势和技术展望四、培训方式1.线上学习：组织员工通过网络平台进行课程学习，灵活安排学习时间；2.专业讲座：邀请相关领域的专家学者为员工进行专题讲座和交流；3.实践操作：组织员工进行设备操作和半导体工艺流程操作实践。
五、培训计划1.第一阶段：半导体行业基础知识培训（1）时间：1个月（2）内容：半导体物理基础知识、半导体器件结构和工作原理2.第二阶段：半导体工艺流程及设备操作培训（1）时间：2个月（2）内容：半导体器件工艺流程、设备操作和维护3.第三阶段：半导体行业前沿技术研究（1）时间：1个月（2）内容：新型半导体材料和器件、先进半导体制造工艺4.第四阶段：半导体行业发展趋势及未来技术展望（1）时间：1个月（2）内容：半导体行业市场分析、未来发展趋势和技术展望六、培训考核1.课程学习考核：针对每个阶段的学习内容进行考核，通过考核才能进入下个阶段的学习；2.实践操作考核：针对设备操作和工艺流程操作进行考核，通过考核才能获得相应的证书和资格。
半导体激光器基础知识及工艺介绍
载流子跃迁 载流子复合产生光子
二 半导体芯片相关工艺
1、材料生长工艺
❖ 液相外延(Liquid-Phase Epitaxy, LPE)
❖ 分子束外延(Molecular Beam Epitaxy, MBE)
❖ 金属有机化学气相淀积(Metallorganic Chemical Vapour Deposition, MOCVD)
2.2、导体 绝缘体 半导体导电理论
原子核模型
核外电 子
原子 核
单一原子能级分 布图（氢原子）
原子排列在一起，电子受到其他原子核或电子影响会产生电子共有化 运动。
电子共有化运动
单一的原子量子化能级经过简并，形成能带，能带中电子数较少能 带叫导带，在外场作用下导带中的电子可以定向移动；能带中电子 数饱和的能带叫价带，价带中电子在外电场作用下不能够定向移动。 导带和价带之间是禁带。
按结构划分：F-P腔（法布里-铂罗）、DBR和DFB（分布反馈）
按功率划分：小功率激光器（1-10mW）、大功率激光器（1-10W、上 百瓦、千瓦甚至万瓦）
现通信使用的小功率半导体激光器芯片一般是由Ⅲ-Ⅴ族材料激光器InGaAsP、 AlGaInAs材料组成，常用波长有1310nm、1490nm、1550nm等，按结构划分 有RWG F-P、RWG DFB、BH F-P、BH DFB等
5、刻蚀工艺
刻蚀就是用化学的、物理的或同时使用化学和物理的方法，有选择地 把没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分材料除去，从而在材料得到和抗蚀剂 膜上完全一致的图形。
刻蚀可分为湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀：在液态环境中进行刻蚀 的工艺，比如用含有氢氟酸的溶液刻蚀二氧化硅薄膜，用盐酸和磷酸 的混合液腐蚀InP等，其优点是操作简便、对设备要求低、易于实现 大批量生产，并且刻蚀的选择性也好，但是湿法刻蚀化学反应的各向 异性较差，横向钻蚀比较严重，并且抗蚀剂在溶液中，特别在较高温 度的溶液中易受破坏而使掩蔽失效。显然对于刻蚀方法要求具有较高 的各向异性特性才能保证图形的精度时，湿法刻蚀不能满足这一要求， 这就要用到干法刻蚀。
半导体基础知识
3. 反向电流 IR
指二极管加反向峰值工作电压时的反向电 流。反向电流大，说明管子的单向导电性 差，因此反向电流越小越好。反向电流受 温度的影响，温度越高反向电流越大。硅 管的反向电流较小，锗管的反向电流要比 硅管大几十到几百倍。
以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是 主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、 保护等等。下面介绍两个交流参数。
的扩散受抑制。少子漂
移加强，但少子数量有
限，只能形成较小的反
向电流。
+
N
内电场
外电场
R
E
(1-25)
2.1.3 半导体二极管
一、基本结构
PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
点接触型
触丝线
PN结
引线 外壳线
基片
二极管的电路符号： P
面接触型
N
(1-26)
二、伏安特性
I
死区电压 硅管 0.6V,锗管0.2V。
受主原子。
硼原子
P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。 (1-16)
三、杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P 型半导体
N 型半导体
杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。
但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。 近似认为多子与杂质浓度相等。
+4
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半导体基础知识和半导体器件工艺第一章半導體基礎知識通常物質根據其導電性能不同可分成三類。
第一類爲導體，它可以很好的傳導電流，如：金屬類，銅、銀、鋁、金等；電解液類：NaCI水溶液，血液，普通水等以及其他一些物體。
第二類爲絕緣體，電流不能通過，如橡膠、玻璃、陶瓷、木板等。
第三類爲半導體，其導電能力介於導體和絕緣體之間，如四族元素Ge鍺、Si矽等，三、五族元素的化合物GaAs砷化鎵等，二、六族元素的化合物氧化物、硫化物等。
物體的導電能力可以用電阻率來表示。
電阻率定義爲長1釐米、截面積爲1平方釐米的物質的電阻值，單位爲歐姆*釐米。
電阻率越小說明該物質的導電性能越好。
通常導體的電阻率在10-4歐姆*釐米以下，絕緣體的電阻率在109 歐姆*釐米以上。
半導體的性質既不象一般的導體，也不同于普通的絕緣體，同時也不僅僅由於它的導電能力介於導體和絕緣體之間，而是由於半導體具有以下的特殊性質：(1) 溫度的變化能顯著的改變半導體的導電能力。
當溫度升高時，電阻率會降低。
比如Si在200C 時電阻率比室溫時的電阻率低幾千倍。
可以利用半導體的這個特性製成自動控制用的熱敏元件(如熱敏電阻等)，但是由於半導體的這一特性，容易引起熱不穩定性，在製作半導體器件時需要考慮器件自身産生的熱量，需要考慮器件使用環境的溫度等，考慮如何散熱，否則將導致器件失效、報廢。
（2）半導體在受到外界光照的作用是導電能力大大提高。
如硫化鎘受到光照後導電能力可提高幾十到幾百倍，利用這一特點，可製成光敏三極管、光敏電阻等。
（3）在純淨的半導體中加入微量（千萬分之一）的其他元素（這個過程我們稱爲摻雜），可使他的導電能力提高百萬倍。
這是半導體的最初的特徵。
例如在原子密度爲5*1022/cm3的矽中摻進大約5X1015/cm3磷原子，比例爲10-7 （即千萬分之一），矽的導電能力提高了幾十萬倍。
物質是由原子構成的，而原子是由原子核和圍繞它運動的電子組成的。
電子很輕、很小，帶負電，在一定的軌道上運轉；原子核帶正電，電荷量與電子的總電荷量相同，兩者相互吸引。
當原子的外層電子缺少後，整個原子呈現正電，缺少電子的地方産生一個空位，帶正電，成爲電洞。
物體導電通常是由電子和電洞導電。
前面提到摻雜其他元素能改變半導體的導電能力，而參與導電的又分爲電子和電洞，這樣摻雜的元素（即雜質）可分爲兩種：施主雜質與受主雜質。
將施主雜質加到矽半導體中後，他與鄰近的4個矽原子作用，産生許多自由電子參與導電，而雜質本身失去電子形成正離子，但不是電洞，不能接受電子。
這時的半導體叫N 型半導體。
施主雜質主要爲五族元素：銻、磷、砷等。
將施主雜質加到半導體中後，他與鄰近的4個矽原子作用，産生許多電洞參與導電，這時的半導體叫p型半導體。
受主雜質主要爲三族元素：鋁、鎵、錮、硼等。
電洞和電子都是載子，在相同大小的電場作用下，電子導電的速度比電洞快。
電洞和電子運動速度的大小用遷移率來表示，遷移率愈大，截流子運動速度愈快。
\假如把一些電洞注入到一塊N型半導體中，N型就多出一部分少數載子一一電洞，但由於N型半導體中有大量的電子存在，當電洞和電子碰在一起時，會發生作用,正負電中和，這種現象稱爲複合單個N型半導體或P型半導體是沒有什麽用途的。
但使一塊完整的半導體的一部分是N 型，另一部分爲P型，並在兩端加上電壓，我們會發現有很奇怪的現象。
如果將P型半導體接電源的正極，N型半導體接電源的負極，然後緩慢地加電壓。
當電壓很小時，一般小於0.7V時基本沒有電流流過，但大於0.7V以後，隨電壓的增加電流增加很快，當電壓增加到一定值後電流幾乎就不變化了。
這樣的連接方法爲正向連接，所加的電壓稱爲正向電壓。
將N型半導體接電源的正極，P型半導體接電源的負極，當電壓逐漸增大時，電流開始會有少量的增加，但達到一定值後電流就保持不變，並且電流值很小，這個電流叫反向飽和電流、反向漏電流。
當電壓繼續加到一定程度時，電流會迅速增加，這時的電壓稱爲反向擊穿電壓。
這是由於載子（電子和電洞）的擴散作用，在P型和N型半導體的交界面附近，由於電子和電洞的擴散形成了一個薄層（阻擋層），這個薄層稱作PN接面。
在沒有外加電壓時，PN接面本身建立起一個電場，電場的方向是由N區指向P 區，從而阻止了電子和電洞的繼續擴散。
當外加正電壓時，削弱了原來存在於PN接面中的電場，在外加電場的作用下，N 區的電子不斷地走向P 區，P區的電洞不斷地走向N區，使電流流通。
當外加反向電壓時，加強了電場阻止電子和電洞流通的作用，因此電流很難通過。
這就是PN接面的單向導電性。
半導體二極體是由一個PN接面組成，而三極管由兩個PN接面組成：射極接面和集極接面。
這兩個接面把電晶體分成三個區域：發射區、基區和集電區。
由於這三個區域的電類型不同，又可分爲PNP電晶體和NPN電晶體。
PNP電晶體和NPN 電晶體雖然形式不同，但工作原理是一樣的，都可以用PN接面論來說明。
第二章半導體器件和工藝第一節半導體器件的發展過程1947年發明了電晶體，有了最簡單的點接觸電晶體和接面型電晶體。
五十年代初期才開始出現市售的電晶體産品。
在1959年世界上第一塊積體電路問世，由於當時工藝手段的缺乏，例如採用化學方法選擇的腐蝕臺面、蒸發時採用金屬掩模板來形成引線，使得線寬限制在100um左右，集成度很低。
在1961年出現了矽平面工藝後，利用氧化、擴散、光刻、外延、蒸發等平面工藝，在一塊矽片上集成多個元件，因而誕生了平面型積體電路。
六十年代初，實現了平面積體電路的商品化，這時的積體電路是由二極體、三極管和電阻互連所組成的簡單邏輯門電路。
隨後在1964年出現MOS K體電路，從此雙極型和MOS型積體電路並行發展，積體電路也由最初的小規模積體電路發展到中規模集成、大規模集成甚至於超大型積體電路。
第二節半導體器件的分類大多數半導體器件可以分成四組：雙極器件、單極器件、微波器件和光子器件。
雙極器件可分成PN接面二極體、雙極電晶體即三極管、晶體閘流管（又稱晶閘管、可控硅）。
單極器件可分成接面型場效應電晶體（JFER、金屬一半導體場效應電晶體（MESFE、MIS 金屬一氧化物一半導體場效應電晶體（MOSFET 微波器件和光子器件各方面要求比較高，生産比較困難。
目前本公司主要生産雙極器件（三極管和積體電路），另外還有少量的單極器件（場效應電晶體）和可控硅、芯片等。
第三節半導體器件生産工藝概述半導體器件製造技術是一門新興的電子工業技術，它是發展電子電腦、宇航、通訊、工業自動化和家用電器等電子技術的基礎。
半導體技術的發展是與半導體器件的發展緊密相連的。
如用合金技術製成的合金管，然後又相繼出現了合金擴散管、臺面管等。
I960年左右矽平面工藝和外延技術的誕生，半導體器件的製造工藝獲得了重大突破，使得半導體器件向微型化、低功耗和高可靠性方向發展。
平面電晶體具有許多優點：（一）由于平面管在整個製造過程中硅片表面及最後的管芯表面都覆蓋有一層二氧化矽薄膜。
使P—N結面始終不直接裸露在外面，因此一方面可減少生産過程中受到污染，同時也可避免在管子製成後環境中水汽、各種離子和氣體分子對P—N接面狀態的影響，從而有效地提高了平面管的可靠性和穩定性。
（二）提高了電晶體的參數性能，主要是三項：1•噪音低。
電晶體的低頻噪音與接面狀態關係非常密切，而平面管P—N結面有二氧化矽保護，表面非常穩定，所以比其他類型的電晶體都要小。
2.反向電流特別小。
由於二氧化矽的保護，使接面比較潔淨，因此表面漏電流非常小，使得反向電流特別小。
3.高頻大功率特性好。
通過光刻和選擇擴散可以得到電極圖形十分精致複雜的電晶體，使電晶體的高頻大功率性能有了很大的提高。
（三）特別適合於大量的成批生産且參數一致性好。
平面管管芯是用選擇擴散、蒸發電極等工藝製成，在矽片上可同時生産許多管芯，而且平面工藝比較穩定，重復性好，所以一致性也比其他類型的電晶體好。
第四節矽外延平面管製造工藝以NPN t爲例矽外延平面管的結構如圖其主要工藝流程如下所示:（1）切、磨、抛襯底（2）外延（3）—次氧化（4）基區光刻（5）硼擴散/硼注入、退火（6）發射區光刻（7）磷擴散（磷再擴）（8）低氧（9）刻引線孔（10）蒸鋁（11）鋁反刻（12）合金化（13）CV（14）壓點光刻（15）烘焙（16）機減（17）抛光（18）蒸金（19）金合金（20）中測。
下面對上述各工序進行簡單說明。
（1）切、磨、抛：根據管子的性能選擇相應的單晶矽，按要求的厚度沿（111）面進行切割，然後用金剛砂進行研磨，最後用抛光粉進行抛光，使表面光亮，無傷痕。
（2）外延：在低電阻率的矽片上外延生長一層電阻率較高的矽單晶，這樣高電阻率的外延層可提高集電極的擊穿電壓，低電阻率的襯底矽片可降低集電極的串聯電阻，減少飽和壓降。
（3）一次氧化（基區氧化）：將矽片放在高溫爐中進行氧化使表面生長一層一定厚度的二氧化矽薄膜。
（4）一次光刻（基區光刻）：在二氧化矽層上，按器件要求的基區圖形刻出視窗，使雜質只能通過此視窗進入矽片，而不能進入有二氧化矽覆蓋的矽片其他區域。
基區光刻要求窗口、邊緣平整，無小凸起和針孔。
（5）硼擴散/硼注入、退火：採用擴散或注入的方法在N型的外延層中形成P型的導電區一基區。
採用注入的方法需使用退火來恢復注入對晶格的破壞以及啟動注入進的硼原子。
（6）發射區光刻：爲發射區磷擴散刻出一定圖形的視窗。
要求同基區光刻。
（7）磷擴散（磷再擴）：形成發射區的過程。
改變再擴條件來改變參數B值和BVCE（的值。
（8）低氧：在整個矽片上生長一層氧化層以進行引線光刻，同時也可進行放大係(9) 引線孔光刻：刻出電極引線接觸窗口。
要求引線孔不刻偏，減少針孔。
(10) 蒸鋁：用真空蒸發的方法將鋁蒸發到矽片表面。
(11) 反刻鋁：刻蝕掉電極引線以外的鋁層，留下電極窗口處的鋁作爲電極內引線。
(12) 合金化：蒸發在矽表面的鋁和矽之間的接觸不是歐姆接觸，必須通過合金化使其變成歐姆接觸。
(13) CVD:在矽片表面澱積一層二氧化矽，作爲佈線的最後鈍化層，作爲電極間絕緣，消除有害缺陷。
(14) 壓點光刻：刻蝕出壓焊點。
(15) 烘焙：改變矽片的表面狀況，減小小電流不好。
(16) 機減：根據矽片功率耗散的要求，減薄至所要求的厚度。
(17) 抛光：使減薄後的表面更加平整。
(18) 蒸金：在矽片背面蒸上一薄層高純度金，提高電路的開關速度，而且便於以後晶片燒結。
(19) 金合金：使金與矽形成更好的接觸，防止在燒結時金脫落。
(20) 中測：將參數不合格的管芯剔除。
半導體積體電路製造工藝基本與平面電晶體差不多。
具體流程如下：(1)襯底製備(2)埋層氧化(3)埋層光刻(4)埋層擴散(5)外延(6)隔離氧化(7)隔離光刻(8)隔離擴散(9)基區氧化(10)基區光刻(11)硼擴散/硼注入、退火(12)發射區光刻(13)磷擴散(磷再擴)(14)低氧(15)刻引線孔(16)蒸鋁(17) 鋁反刻(18)合金化(19)CVD (20)壓點光刻(21)烘培(22)中測。