半导体基础知识和半导体器件工艺
半导体器件的基础知识
向电压—V（BR）CBO。 当集电极开路时，发射极与基极之间所能承受的最高反
向电压—V（BR）EBO。
精选课件
28
1.2 半导体三极管
③ 集电极最大允许耗散功率 PCM 在三极管因温度升高而引起的参数变化不超过允许值时， 集电极所消耗的最大功率称集电极最大允许耗散功率。
三极管应工作在三极 管最大损耗曲线图中的安 全工作区。三极管最大损 耗曲线如图所示。
热击穿：若反向电流增大并超过允许值，会使 PN 结烧 坏，称为热击穿。
结电容：PN 结存在着电容，该电容为 PN 结的结电容。
精选课件
5
1.1 半导体二极管
1.1.3 半导体二极管
1．半导体二极管的结构和符号 利用 PN 结的单向导电性，可以用来制造一种半导体器 件 —— 半导体二极管。 电路符号如图所示。
将两个 NPN 管接入判断 三极管 C 脚和 E 脚的测试电 路，如图所示，万用表显示阻
值小的管子的 值大。
4．判断三极管 ICEO 的大小 以 NPN 型为例，用万用 表测试 C、E 间的阻值，阻值 越大，表示 ICEO 越小。
精选课件
33
1.2 半导体三极管
1.2.6 片状三极管
1．片状三极管的封装 小功率三极管：额定功率在 100 mW ~ 200 mW 的小功率 三极管，一般采用 SOT-23形式封装。如图所示。
精选课件
21
1.2 半导体三极管
由图可见： （1）当 V CE ≥ 1 V 时，特性曲线基本重合。 （2）当 VBE 很小时，IB 等于零，三极管处于截止状态。
精选课件
22
1.2 半导体三极管
（3）当 VBE 大于门槛电压（硅管约 0.5 V，锗管约 0.2 V） 时，IB 逐渐增大，三极管开始导通。
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：NaCl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200℃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。
半导体器件基础
半导体器件基础半导体器件是由半导体材料制成的电子元件，用于控制和放大电流和电压。
常见的半导体器件有二极管、晶体管、场效应管、双极型晶体管、光电二极管等。
半导体器件的基础知识包括以下几个方面：1. 半导体材料：半导体器件主要使用硅（Si）和砷化镓（GaAs）等半导体材料。
半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的电导特性，可以通过控制材料的掺杂来调节其导电性。
2. PN结：PN结是半导体器件中最基本的结构，由P型和N型半导体材料直接接触而成。
在PN结中，P型半导体中的空穴与N型半导体中的电子发生复合，形成一个电子云区，这称为耗尽区。
耗尽区的存在使得PN结具有正向导通和反向截止的特性。
3. 二极管：二极管是一种最简单的半导体器件，由PN结构成。
在正向偏置（即P端连接正电压）时，二极管导通，允许电流通过；在反向偏置（即N端连接正电压）时，二极管截止，电流无法通过。
二极管广泛用于整流和保护电路中。
4. 晶体管：晶体管是一种三层构造的半导体器件，通常分为NPN和PNP两种类型。
晶体管可以作为开关或放大器使用，可以控制一个输入电流或电压来控制另一个输出电流或电压。
晶体管的放大性能使得它在电子设备中有广泛的应用。
5. 场效应管：场效应管是一种基于电场效应的半导体器件，包括MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应管）和JFET （结型场效应管）两种。
场效应管具有高输入电阻、低输入电流、低噪声等特点，常用于放大和开关电路中。
6. 光电器件：光电器件包括光电二极管和光电三极管，它们能够将光信号转换为电信号。
光电器件广泛应用于光通信、光电传感、光能转换等领域。
以上是半导体器件基础的概述，深入了解半导体器件还需要学习更多的电子物理和电路理论知识。
半导体基础知识
现代电子学中，用的最多的半导 体是硅和锗，它们的最外层电子 （价电子）都是四个。
Ge
Si
电子器件所用的半导体具有晶体结构，因 此把半导体也称为晶体。
2、半导体的导电特性
1）热敏性 与温度有关。温度升高，导电能力增强。 2）光敏性 与光照强弱有关。光照强，导电能力增强 3）掺杂性 加入适当杂质，导电能力显著增强。
图 二极管的结构示意图 (a)点接触型
(2) 面接触型二极管—
PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。
往往用于集成电路制造工 艺中。PN 结面积可大可小，用 于高频整流和开关电路中。
(b)面接触型
(3) 平面型二极管—
(c)平面型 图 二极管的结构示意图
2、分类
1）按材料分：硅管和锗管 2）按结构分：点接触和面接触 3）按用途分：检波、整流…… 4）按频率分：高频和低频
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区
扩散运动 (浓度差产生)
阻挡多子扩散
2）内电场的形成及其作用{ 促进少子漂移 漂移运动
P型半导体
、所以扩散和 移这一对相反－ － － － － － 运动最终达到 衡，相当于两－ － － － － － 区之间没有电－ － － － － － 运动，空间电 区的厚度固定－ － － － － － 变。
在常温下，由于热激发，使一些价电子 获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成 为自由电子，同时共价键上留下一个空位， 称为空穴。
半导体器件基础
IC IB
集电极与基极电流的关系为：
IE
IC
IB
共射电流放大倍数
β的值远大于1，通常在20~200范围内，只与管子的结 构有关，与外加电压无关。
放大是最基本的模拟信号处理功能
放大——是指把微小的、微弱的电信号不失 真的进行放大，实现能量的控制和转换。
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。
内电场 E
EW
R
综上所述
PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流，PN结导通（相 当开关闭合）；
PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流，PN结截止（相 当开关断开）。
由此可以得出结论：PN结具有单向导电性（开关特性）。
小结 1．半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间。半导体具有热敏、光敏、杂敏等特性。 常用的半导体材料是硅和锗，并被制作成晶体。
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
－ － －－
++ ++
－ － －－
++ ++
－ － －－ ++ + +
内电场 E
EW
R
加反向电压(反偏)——N区接电源正极， P区接电源负极，则电源产生的外电场与PN结的内电场 方向相同，增强了内电场，PN结变宽，表现为很大的电阻，有较小的反向电流（少数载流子形成 的漂移电流），PN结处于反向截止状态。
2、半导体导电时有两种载流子（自由电子和空穴）参与形成电流。在纯净的半导体中掺入 不同的微量杂质，可以得到N型半导体（电子型）和P型半导体（空穴型）。
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。
(完整word版)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
半导体基础知识半导体是一种介于导体和绝缘体之间的物质，具有一些特殊的电学和光学性质，被广泛应用于电子器件和光电子器件中。
本文将简要介绍半导体的概念、特性以及应用。
半导体的概念：半导体是电子能带（能量分布）相对比较窄的材料，其导电性介于导体和绝缘体之间。
在半导体中，电子的能级分布较为复杂，包括价带（最高被占据的电子能级）和导带（最低未被占据的电子能级）。
半导体的特性：半导体具有以下几个特点。
首先是电导率随温度变化的特性。
随着温度的升高，半导体的导电性会增强。
其次是半导体的导电性可由掺杂改变。
通过掺杂，即向纯净的半导体中加入其他元素来改变其电子结构，从而使其成为N型或P型半导体，分别具有激子（空穴与电子的结合态）和电子的载流子。
此外，半导体还具有半导体光的吸收、发射和输运的特性，可以用于光电子器件制造。
半导体的应用：半导体的应用广泛，涵盖了多个领域。
首先是电子器件，如晶体管和集成电路。
晶体管是一种半导体器件，可以用来放大和控制电子信号。
集成电路是将多个晶体管和其他电子元件集成在单一芯片上，实现复杂的电子逻辑功能。
其次是光电子器件，如光电二极管和激光器。
光电二极管是一种能够将光信号转换为电信号的器件，广泛应用于光通信和光电测量领域。
激光器是一种能将电能转化为高强度、相干性很好的光束的器件，被广泛应用于医疗、通信和材料加工等领域。
在半导体的研究和开发中，还有一些重要的概念需要了解。
一个重要的概念是PN结，即P型半导体和N型半导体的结合。
PN结具有整流特性，即当施加在结上的电压为正向偏置时，电流通过；而当电压为反向偏置时，电流几乎不流动。
这种特性被广泛应用于二极管和整流器件中。
总结起来，半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，具有特殊的电学和光学性质。
半导体的特性和应用广泛，包括电子器件和光电子器件等多个领域。
对于理解半导体的基础知识，可以为进一步学习和应用提供基础。
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。
半导体主要知识点总结
半导体主要知识点总结一、半导体的基本概念1.1半导体的定义与特点：半导体是介于导体和绝缘体之间的一类材料，具有介于导体和绝缘体之间的电阻率。
与导体相比，半导体的电阻率较高；与绝缘体相比，半导体的电子传导性能较好。
由于半导体具有这种特殊的电学性质，因此具有重要的电子学应用价值。
1.2半导体的晶体结构：半导体晶体结构通常是由离子键或共价键构成的晶体结构。
半导体的晶体结构对其电学性质有重要的影响，这也是半导体电学性质的重要基础。
1.3半导体的能带结构：半导体的电学性质与其能带结构密切相关。
在半导体的能带结构中，通常存在导带和价带，以及禁带。
导带中的载流子为自由电子，价带中的载流子为空穴，而在禁带中则没有载流子存在。
二、半导体的掺杂和电子输运2.1半导体的掺杂：半导体的电学性质可以通过掺杂来调控。
通常会向半导体中引入杂质原子，以改变半导体的电学性质。
N型半导体是指将少量的五价杂质引入四价半导体中，以增加自由电子的浓度。
P型半导体是指将少量的三价杂质引入四价半导体中，以增加空穴的浓度。
2.2半导体中的载流子输运：在半导体中，载流子可以通过漂移和扩散两种方式进行输运。
漂移是指载流子在电场作用下移动的过程，而扩散是指载流子由高浓度区域向低浓度区域扩散的过程。
这两种过程决定了半导体材料的电学性质。
三、半导体器件与应用3.1二极管：二极管是一种基本的半导体器件，由N型半导体和P型半导体组成。
二极管具有整流和选择通道的功能，是现代电子设备中广泛应用的器件之一。
3.2晶体管：晶体管是一种由多个半导体材料组成的器件。
它通常由多个P型半导体、N型半导体和掺杂层组成。
晶体管是目前电子设备中最重要的器件之一，具有放大、开关和稳定电流等功能。
3.3集成电路：集成电路是将大量的电子器件集成在一块芯片上的器件。
它是现代电子设备中最重要的组成部分之一，可以实现各种复杂的功能，如计算、存储和通信等。
3.4发光二极管：发光二极管是一种将电能转化为光能的半导体器件，具有高效、省电和寿命长的特点。
第1章半导体器件
在反向击穿状态下，让通过管子的电流在一定范围 内变化，这时管子两端电压变化很小，稳压二极管就 是利用这一点达到“稳压”效果的。
2 何谓杂质半 导体？N型半导 体中的多子是 什么？少子是 什么？
3 P型半导体中的空 穴多于自由电子，是 否意味着带正电？N 型半导体是否带负 电？
10
1.1 半导体基础知识
g. PN结及其形成过程
杂质半导体的导电能力虽然比本征半导体极大增强，但它 们并不能称为半导体器件。
空间电荷区
P区
在一块晶片的两端分别注入三价 元素硼和五价元素磷
内电场 外电场
V
IS
13
1.1 半导体基础知识
i. PN结的电流方程
一般地：
qu
i I s (e kT 1)
可以简化为，
u
i
I
I
s
(eUT
1)
当T=300K时，
u
i I s (e 0.026 1)
14
1.1 半导体基础知识
j. PN结的伏安特性曲线
当u>> UT时，
u
i IseUT
反向截止区内反向饱和电流很小，可近似视为零值。
外加反向电压超过反向击穿电压UBR时，反向电流突然增大，二 极管失去单向导电性，进入反向击穿区。
23
1.2 半导体二极管
正向导通区的讨论
I (mA) 60
当外加正向电压大于死区电压时，二 极管由不导通变为导通，电压再继续增
半导体基础知识PPT
03
半导体器件
二极管
工作原理
二极管是由一个PN结组成的电子器件， 具有单向导电性。在正向偏置时，电流可 以流通；而在反向偏置时，电流被阻止。
应用
类型
常见的二极管类型有硅二极管和锗二 极管，它们在电气性能上略有差异。
二极管在电子线路中广泛应用，如整 流、检波、开关等。
三极管
1 2
工作原理
三极管是由两个PN结组成的电子器件，具有电 流放大作用。通过调整基极电流，可以控制集电 极和发射极之间的电流。
感谢观看
半导体的导电机制主要是由其 内部的电子和空穴的运动决定 的。
半导体的特性
半导体材料的导电能力受温度、光照、电场等因素影响，具有热敏、光敏、掺杂等 特点。
半导体的电阻率可在很大范围内变化，通过改变温度、光照、电场等条件，可以控 制其电阻率的变化。
半导体的载流子类型和浓度决定了其导电性能，可以通过掺杂等方式改变载流子类 型和浓度。
物理沉积
通过物理过程如真空蒸发、溅 射等，将所需材料沉积在晶圆
表面形成薄膜。
化学气相沉积
利用化学反应在晶圆表面生成 所需材料的薄膜。
外延生长
在单晶基底上通过控制温度、 气体流量等参数，使薄膜按照 单晶的晶体结构生长。
离子注入
将离子化的材料注入到晶圆内 部的特定区域，形成具有一定
特性的薄膜。
掺杂与刻蚀
功耗具有重要意义。
集成电路设计
01
02
03
人工智能辅助设计
利用人工智能技术进行集 成电路自动化设计，提高 设计效率和准确性。
异构集成技术
将不同工艺类型的芯片集 成在一个封装内，实现高 性能、低功耗的系统级芯 片。
定制化设计
半导体器件以及集成电路制造工艺介绍
半导体器件以及集成电路制造工艺介绍引言半导体器件是现代电子设备的核心组成部分，而集成电路制造工艺则是实现半导体器件制造和集成的关键技术。
本文将从基础知识开始介绍半导体器件及其相关概念，然后详细说明集成电路制造工艺的步骤和关键技术，最后探讨半导体器件和集成电路制造工艺的发展趋势。
一、半导体器件1. 半导体材料半导体材料是半导体器件的基础，其特点是在温度和压力的作用下，导电性介于导体和绝缘体之间。
常见的半导体材料有硅(Si)和镓砷化镓(GaAs)等。
半导体材料的导电特性可通过控制材料内的能带结构来实现。
2. PN结PN结是半导体器件的基本结构，它由P型半导体和N型半导体的结合组成。
PN结具有整流特性，即在正向偏置时电流会流动，而在反向偏置时电流被阻断。
这使得PN结可以用于实现二极管等器件。
3. MOSFET金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)是一种常见的半导体器件，用于在集成电路中放大或开关电流。
它由P型或N型半导体形成的源、漏和栅极组成，通过控制栅极电压来改变电流的通断。
4. LED发光二极管(LED)是将电能转化为光能的半导体器件。
其具有高效率、长寿命和快速响应的特点，被广泛应用于照明、显示和通信等领域。
二、集成电路制造工艺1. 晶圆制备晶圆是半导体器件制造的基础，它通常由硅单晶或其他类似材料制成。
晶圆制备的关键步骤包括材料净化、晶体生长、切割和抛光。
2. 晶圆上的工艺步骤将准备好的晶圆放入洁净室中进行后续的加工工艺。
主要包括光刻、蚀刻、沉积、扩散和离子注入等步骤。
光刻是一种将光照射到光刻胶上，然后通过显影、蚀刻和刻蚀等操作形成图案的过程。
而蚀刻则是使用化学溶液将不需要的材料去除。
沉积是将新的材料沉积在晶圆表面以增加或改善特定的性能。
扩散则是通过高温处理使材料中的杂质扩散到晶体内部。
离子注入是将离子注入晶体以改变半导体的导电特性。
这些步骤的重复和组合形成了复杂的线路和器件结构。
3. 封装测试完成晶圆上的工艺步骤后，需要将芯片封装起来，以保护芯片并为其提供连接。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
当原子的外层电子缺少后，整个原子呈现正电，缺少电子的地方产生一个空位，带正电，成为电洞。
物体导电通常是由电子和电洞导电。
前面提到掺杂其它元素能改变半导体的导电能力，而参与导电的又分为电子和电洞，这样掺杂的元素（即杂质）可分为两种：施主杂质与受主杂质。
将施主杂质加到硅半导体中后，他与邻近的4个硅原子作用，产生许多自由电子参与导电，而杂质本身失去电子形成正离子，但不是电洞，不能接受电子。
这时的半导体叫N型半导体。
施主杂质主要为五族元素：锑、磷、砷等。
将施主杂质加到半导体中后，他与邻近的4个硅原子作用，产生许多电洞参与导电，这时的半导体叫p型半导体。
受主杂质主要为三族元素：铝、镓、铟、硼等。
电洞和电子都是载子，在相同大小的电场作用下，电子导电的速度比电洞快。
电洞和电子运动速度的大小用迁移率来表示，迁移率愈大，截流子运动速度愈快。
假如把一些电洞注入到一块N型半导体中，N型就多出一部分少数载子――电洞，但由于N 型半导体中有大量的电子存在，当电洞和电子碰在一起时，会发生作用，正负电中和，这种现象称为复合。
单个N型半导体或P型半导体是没有什么用途的。
但使一块完整的半导体的一部分是N型，另一部分为P型，并在两端加上电压，我们会发现有很奇怪的现象。
如果将P型半导体接电源的正极，N型半导体接电源的负极，然后缓慢地加电压。
当电压很小时，一般小于0.7V时基本没有电流流过，但大于0.7V以后，随电压的增加电流增加很快，当电压增加到一定值后电流几乎就不变化了。
这样的连接方法为正向连接，所加的电压称为正向电压。
将N型半导体接电源的正极，P 型半导体接电源的负极，当电压逐渐增大时，电流开始会有少量的增加，但达到一定值后电流就保持不变，并且电流值很小，这个电流叫反向饱和电流、反向漏电流。
当电压继续加到一定程度时，电流会迅速增加，这时的电压称为反向击穿电压。
这是由于载子（电子和电洞）的扩散作用，在P 型和N 型半导体的交界面附近，由于电子和电洞的扩散形成了一个薄层（阻挡层），这个薄层称作PN 接面。
在没有外加电压时，PN 接面本身建立起一个电场，电场的方向是由N 区指向P 区，从而阻止了电子和电洞的继续扩散。
当外加正电压时，削弱了原来存在于PN 接面中的电场，在外加电场的作用下，N 区的电子不断地走向P 区，P 区的电洞不断地走向N 区，使电流流通。
当外加反向电压时，加强了电场阻止电子和电洞流通的作用，因此电流很难通过。
这就是PN 接面的单向导电性。
半导体二极管是由一个PN 接面组成，而三极管由两个PN 接面组成：射极接面和集极接面。
这两个接面把晶体管分成三个区域：发射区、基区和集电区。
由于这三个区域的电类型不同，又可分为PNP 晶体管和NPN 晶体管。
PNP 晶体管和NPN 晶体管虽然形式不同，但工作原理是一样的，都可以用PN 接面论来说明。
第二章 半导体器件和工艺第一节 半导体器件的发展过程1947年发明了晶体管，有了最简单的点接触电晶体和接面型晶体管。
五十年代初期才开始出现市售的晶体管产品。
在1959年世界上第一块集成电路问世，由于当时工艺手段的缺乏，例如采用化学方法选择的腐蚀台面、蒸发时采用金属掩模板来形成引线，使得线宽限制在100um 左右，集成度很低。
在1961年出现了硅平面工艺后，利用氧化、扩散、光刻、外延、蒸发等平面工艺，發射極 集電極 基極 射極接面 集極接面 射極接面 集極接面 發射極 基極 集電極在一块硅片上集成多个组件，因而诞生了平面型集成电路。
六十年代初，实现了平面集成电路的商品化，这时的集成电路是由二极管、三极管和电阻互连所组成的简单逻辑门电路。
随后在1964年出现MOS集成电路，从此双极型和MOS型集成电路并行发展，集成电路也由最初的小规模集成电路发展到中规模集成、大规模集成甚至于超大规模集成电路。
第二节半导体器件的分类大多数半导体器件可以分成四组：双极器件、单极器件、微波器件和光子器件。
双极器件可分成PN接面二极管、双极晶体管即三极管、晶体闸流管（又称晶闸管、可控硅）。
单极器件可分成接面型场效应晶体管（JFET）、金属—半导体场效应晶体管（MESFET）、MIS、金属—氧化物—半导体场效应晶体管（MOSFET）。
微波器件和光子器件各方面要求比较高，生产比较困难。
目前本公司主要生产双极器件（三极管和集成电路），另外还有少量的单极器件（场效应晶体管）和可控硅、芯片等。
第三节半导体器件生产工艺概述半导体器件制造技术是一门新兴的电子工业技术，它是发展电子计算机、宇航、通讯、工业自动化和家用电器等电子技术的基础。
半导体技术的发展是与半导体器件的发展紧密相连的。
如用合金技术制成的合金管，然后又相继出现了合金扩散管、台面管等。
1960年左右硅平面工艺和外延技术的诞生，半导体器件的制造工艺获得了重大突破，使得半导体器件向微型化、低功耗和高可靠性方向发展。
平面晶体管具有许多优点：(一) 由于平面管在整个制造过程中硅片表面及最后的管芯表面都覆盖有一层二氧化硅薄膜。
使P—N结面始终不直接裸露在外面，因此一方面可减少生产过程中受到污染，同时也可避免在管子制成后环境中水汽、各种离子和气体分子对P—N接面状态的影响，从而有效地提高了平面管的可靠性和稳定性。
(二) 提高了晶体管的参数性能，主要是三项：1.噪音低。
晶体管的低频噪音与接面状态关系非常密切，而平面管P—N结面有二氧化硅保护，表面非常稳定，所以比其它类型的晶体管都要小。
2.反向电流特别小。
由于二氧化硅的保护，使接面比较洁净，因此表面漏电流非常小，使得反向电流特别小。
3.高频大功率特性好。
通过光刻和选择扩散可以得到电极图形十分精致复杂的晶体管，使晶体管的高频大功率性能有了很大的提高。
(三)特别适合于大量的成批生产且参数一致性好。
平面管管芯是用选择扩散、蒸发电极等工艺制成，在硅片上可同时生产许多管芯，而且平面工艺比较稳定，重复性好，所以一致性也比其它类型的晶体管好。
第四节硅外延平面管制造工艺以NPN管为例硅外延平面管的结构如图其主要工艺流程如下所示：SIO2 E B衬底图5-2 硅外延平面管结构（1）切、磨、抛衬底（2）外延（3）一次氧化（4）基区光刻（5）硼扩散/硼注入、退火（6）发射区光刻（7）磷扩散（磷再扩）（8）低氧（9）刻引线孔（10）蒸铝（11）铝反刻（12）合金化（13）CVD（14）压点光刻（15）烘焙（16）机减（17）抛光（18）蒸金（19）金合金（20）中测。
下面对上述各工序进行简单说明。
(1)切、磨、抛：根据管子的性能选择相应的单晶硅，按要求的厚度沿（111）面进行切割，然后用金刚砂进行研磨，最后用抛光粉进行抛光，使表面光亮，无伤痕。
(2)外延：在低电阻率的硅片上外延生长一层电阻率较高的硅单晶，这样高电阻率的外延层可提高集电极的击穿电压，低电阻率的衬底硅片可降低集电极的串联电阻，减少饱和压降。
(3)一次氧化（基区氧化）：将硅片放在高温炉中进行氧化使表面生长一层一定厚度的二氧化硅薄膜。
(4)一次光刻（基区光刻）：在二氧化硅层上，按器件要求的基区图形刻出窗口，使杂质只能通过此窗口进入硅片，而不能进入有二氧化硅覆盖的硅片其它区域。
基区光刻要求窗口、边缘平整，无小凸起和针孔。
(5)硼扩散/硼注入、退火：采用扩散或注入的方法在N型的外延层中形成P型的导电区—基区。
采用注入的方法需使用退火来恢复注入对晶格的破坏以及激活注入进的硼原子。
(6)发射区光刻：为发射区磷扩散刻出一定图形的窗口。
要求同基区光刻。
(7)磷扩散（磷再扩）：形成发射区的过程。
改变再扩条件来改变参数β值和BV CEO的值。
(8)低氧：在整个硅片上生长一层氧化层以进行引线光刻，同时也可进行放大系数β的微调。
(9)引线孔光刻：刻出电极引线接触窗口。
要求引线孔不刻偏，减少针孔。
(10)蒸铝：用真空蒸发的方法将铝蒸发到硅片表面。
(11)反刻铝：刻蚀掉电极引线以外的铝层，留下电极窗口处的铝作为电极内引线。
(12)合金化：蒸发在硅表面的铝和硅之间的接触不是欧姆接触，必须通过合金化使其变成欧姆接触。
(13)CVD：在硅片表面淀积一层二氧化硅，作为布线的最后钝化层，作为电极间绝缘，消除有害缺陷。
(14)压点光刻：刻蚀出压焊点。
(15)烘焙：改变硅片的表面状况，减小小电流不好。
(16)机减：根据硅片功率耗散的要求，减薄至所要求的厚度。
(17)抛光：使减薄后的表面更加平整。
(18)蒸金：在硅片背面蒸上一薄层高纯度金，提高电路的开关速度，而且便于以后芯片烧结。
(19)金合金：使金与硅形成更好的接触，防止在烧结时金脱落。
(20)中测：将参数不合格的管芯剔除。
半导体集成电路制造工艺基本与平面晶体管差不多。