微系统的重要材料—硅衬底的补充说明资料
微系统的重要材料—硅衬底的补充说明共53页
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自不 容忽视 的。— —爱献 生
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
单晶硅衬底的用途
单晶硅衬底的用途
咱就说在电子行业吧，单晶硅衬底就像一个超级舞台。
那些小小的电子元件就像是舞台上的演员。
像晶体管之类的，就站在单晶硅衬底这个舞台上开始表演，让各种电子设备能正常运行呢。
你想啊，手机、电脑这些咱们日常离不开的东西，要是没有单晶硅衬底，那它们就像没了根基一样，根本没法工作。
就好比盖房子没有地基，那房子肯定塌呀。
在光伏领域呢，单晶硅衬底简直就是阳光的捕捉小能手。
它能把太阳光转化成电能，这多神奇呀。
现在大家都提倡清洁能源，单晶硅衬底就在这当中起着超级重要的作用。
它就像一个勤劳的小蜜蜂，不停地把阳光收集起来，变成能让我们使用的电。
有了它，太阳能电池板才能这么高效地工作，给我们的生活带来源源不断的绿色能源。
这可不仅是环保的事儿，还能让我们的电费省不少呢，对普通老百姓来说，那就是实实在在的好处。
再说说在半导体行业里，单晶硅衬底就是那种默默奉献的大功臣。
半导体的那些神奇功能，什么导电又能控制电流之类的，单晶硅衬底可是在背后给了大力的支持。
它就像一个特别靠谱的伙伴，陪着半导体元件一路发展。
没有它，那些复杂又高端的半导体技术就只能是纸上谈兵啦。
还有啊，在一些科研的小天地里，单晶硅衬底也是不可或缺的。
科学家们在它身上做各种各样的实验，就像在一块神奇的画布上画画一样。
他们想探索一些新的物理现象或者研发新的材料，单晶硅衬底就是他们的好帮手。
概括来说呢，单晶硅衬底虽然看起来就是一块小小的材料，但它的用途就像天上的星星一样多，在各个领域都闪闪发光，给我们
的生活带来了巨大的改变，是一个非常了不起的小宝贝呢。
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6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank 明
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
mems基底材料
mems基底材料Mems（Micro-Electro-Mechanical Systems）是一种集成微型机械、电子和光电效应于一体的微型器件或系统。
它在许多领域都有广泛的应用，例如无线通信、医药、工业控制、环境监测等。
而mems的基底材料起着至关重要的作用，它直接影响到mems的性能和可靠性。
mems的基底材料有很多种类，包括硅（Silicon）、石英（Quartz）、玻璃（Glass）、高分子材料（Polymer）等。
下面我们将重点介绍这些常用的mems基底材料及其特点。
首先是硅（Silicon）材料，硅是最重要的mems基底材料之一。
它具有优良的力学性能、良好的热导性、高温稳定性和良好的加工性能。
硅基底上的mems 器件具有极高的精度和稳定性，因此广泛建立在硅晶片上。
硅材料本身体积很小，可以制作出微型机械结构，同时还可以结合其他材料制作出复合mems器件。
然而，硅材料的一个缺点是它易受到机械应力和热膨胀的影响，容易出现疲劳和断裂现象。
其次是石英（Quartz）材料，石英是一种具有优异性能的透明晶体材料。
石英基底的mems器件具有优异的化学稳定性、高温稳定性和优良的机械性能。
石英材料还具有良好的光学性能，广泛应用于光学领域。
然而，石英材料的加工难度较大，其横向尺寸的加工精度相对较低，限制了器件的制备工艺。
第三是玻璃（Glass）材料，玻璃基底是mems器件研究的另一种主流选择。
玻璃材料具有优良的化学稳定性、机械强度和光学透明性。
玻璃基底还可以采用常规的光学加工技术进行加工和制备，制备工艺相对容易。
此外，玻璃材料还可以通过控制微纳米结构来调控mems器件的表面性质，使其具有更多的应用潜力。
但是，由于玻璃的脆性，其在高应力条件下容易发生断裂。
最后是高分子材料（Polymer），高分子材料是mems器件研究的新兴领域。
高分子材料具有较低的密度、较高的可塑性和可加工性，能够制备出复杂形状的mems器件。
选用硅材料作为mems制造的主要材料有那些优势-
选用硅材料作为mems制造的主要材料有那些优势?MEMS综述MEMS综述一、EMES基本概念微机电系统一词源于美国，日本称为微机械，欧洲称为微系统是指利用微电子精细加工手段制造微米量级内的设计和制造技术。
它是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或系统。
二、发展历史MEMS这一名词是由美国国家科学基金会于1989年正式提出的，从技术上看，它的产生和发展经历了以下3个主要时期:1、发展初期20世纪50年代，MEMS随着集成电路制造技术的发展而出现。
20世纪60年代的主要研究内容是硅微型传感器和各向异性蚀刻技术。
但是，这个时期的器件由于不够完善而没有商品化。
2、快速发展期20世纪70年代，汽车用传感器和医用压力传感器开始成为MEMS的研究重点，并促进了相应微加工技术的完善。
20世纪80年代，世界各国相继开始MEMS领域的研究，制造技术不断完善，应用领域快速拓展。
80年代后期，包括微加工、结构设计、微动力学、材料学、控制理论、测量等多个领域在内的MEMS研究全面展开。
3、高速发展期20世纪90年代MEMS在国防生物医学、汽车、通信、航空航天等领域的应用全面开始，并有大量MEMS产品推向市场。
21世纪，MEMS逐步从实验室走向实用化。
MEMS的研究领域将进一步扩展，逐渐形成纳米器件、生物医学、光学、能源、海量存储、信息等新的应用方向，并从单一的MEMS器件和功能向着系统功能集成的方向发展。
三、研究内容1、理论研究主要研究微尺寸效应、微磨擦、微结构的机械效应。
微机械、微传感器、微执行器等的设计原理和控制方法。
2、工艺研究主要研究微材料性能、微加工工艺技术、微器件的集成和装配以及微丈量技术等。
世界上制作MEMS器件的工艺技术主要有三种：第一种是以美国为代表的利用化学离蚀或IC工艺，对硅材料进行加工，形成硅基MEMS器件。
目前，国内主要利用这种方法制备MEMS器件，该方法与IC工艺兼容，可实现微机械和微电子的系统集成，适合批量生产，成为制备MEMS器件的主要技术；第二种是以德国为代表的LIGA技术，它利用X射线光刻技术，通过电铸成型和铸塑工艺形成深层微结构方法，制作MEMS器件。
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11、获得的成功越大，就越令人高兴 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
硅材料及衬底制备
N型硅表示
+
7
P型半导体
硅原子 空穴
Si B
Si
Si
硼原子
P型硅表示
空穴被认为带一个单位的正电荷，并且可以移动
8
1.1、 半导体的主要特征
⒈ 电阻率ρ:电阻率可在很大范围内变化
绝缘体
1012—1022 Ω.cm
半导体
10-6—1012 Ω.cm
导体
≤10-6Ω.cm
硅
2x105
Ωcm
B
10-5
P 10-5
构成的固体物质。
（1）一种物质是否是晶体是由其内部结构决定的，而非由
外观判断；
（2）周期性是晶体结构最基本的特征 多晶体：小区域内原子周期性排列，整体不规则 非晶体：原子排列无序
12
晶体的特点
1）均匀性,原子周期性排列.
2）各向异性,也叫非均质性.(各个方向上物
理和化学性质不同) 3）有明显确定的熔点 4）有特定的对称性 5）使X射线产生衍射
使晶圆边缘圆滑的机械工艺。
42
四 硅单晶片的抛光
1 抛光目的：晶圆表面光滑，像镜面一样亮。
2 抛光的过程：化学和机械两种过程同时进行。 3 化学腐蚀液：用于腐蚀晶圆表面 4 机械摩擦：同时去掉不平整的区域，获得最平 整的晶圆表面。
43
200 mm的晶圓厚度和表面平坦度的變化
晶圓切片之後 76 mm
4 切片
37
38
二 硅单晶的研磨
1 目的：去除切片中残留的表面损伤，晶圆表面完 全平整； 2 磨片：研磨晶圆，精调到半导体使用的要求。
39
化學機械研磨製程
壓力 研磨液 晶圓
晶圓夾具
研磨墊
微电子机械系统使用的硅基材料
微电子机械系统（MEMS）领域是上个世纪90年代发展最迅猛的技术领域之一。
MEMS器件中每个材料的特性都影响着器件的性能，如果想要对MEMS有全面的了解，就必须对构成器件的材料进行了解。
通常，加工一个MEMS器件需要经过在衬底上生长结构层、牺牲层、掩膜层等多步工序，因此，与加工工序相关的刻蚀选择比、材料粘附性、微结构性质等就成为了设计过程必须考虑的因素。
MEMS器件由多种材料构成，而且每种材料都在MEMS 中发挥着不可替代的作用。
MEMS中所使用的硅基材料（属于广义上的陶瓷材料）主要有如下几类。
一：单晶硅单晶硅的晶格为金刚石结构,它的电子禁带宽度为1.1eV，同其它半导体材料一样，可以通过掺杂来改变其电导率。
磷（P）是常用的n型杂质，而硼（B）为常用的p型杂质。
硅的表面覆盖着一层固态二氧化硅（SiO2），在大多数条件下SiO2的化学特性非常稳定。
单晶硅是一种很脆的材料，其杨氏模量约为190GPa（钢的杨氏模量大约为210GPa）。
在MEMS应用中，单晶硅起到了几个最关键的作用。
单晶硅是最通用的体加工材料，因为它有良好的各向异性腐蚀特性以及与掩膜材料的兼容性。
在表面微机械加工中，不管器件结构本身是不是硅材料，单晶硅衬底都是最理想的MEMS结构平台。
而在硅基集成MEMS 器件中，单晶硅又是IC器件中的首要载体材料。
二：多晶硅多晶硅具备比单晶硅更优越的机械性能，多晶硅与SiO2之间具有较高的刻蚀选择比。
在MEMS器件制作过程中，多晶硅薄膜在淀积之后一般要进行一次或多次高温工艺处理（如注入、热氧、退火等）。
这些高温工艺会导致多晶硅晶粒再晶化，使薄膜的晶向改变，平均晶粒尺寸也会显著增加，同时多晶硅薄膜的表面粗糙度也随之增加，当然这是不希望出现的，光滑的表面对于许多微结构是至关重要的，因为粗糙度会限制图形分辨率，且粗糙表面伴随的缺陷可能导致后期器件的失效。
为解决此问题，一般采用化学机械抛光（CMP）来降低表面粗糙度。
中科院上海微系统所硅基材料
中科院上海微系统所硅基材料中科院上海微系统所硅基材料介绍上海微系统所（Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology，简称“SIMIT”），隶属于中国科学院，是一个集器件、芯片、模块及系统研究、设计和制造于一体的综合性研究机构。
作为微电子学领域的中心和“国家级智能制造示范区”核心院所，SIMIT在国际上具有较好的学术声誉和技术影响力。
硅基材料是SIMIT的一个重要研究方向之一，其主要应用于微电子元器件制造，在半导体工艺、微机械系统制造、光电器件制造、生物医学拓扑、能源等领域中发挥着重要的作用。
通过对硅基材料的研究，SIMIT不仅推动了中国微电子学的发展，同时也为世界微电子学技术的进步做出了重要贡献。
硅基材料的优势硅基材料在微电子学领域中得到广泛应用，其主要优势在于：1.物理性能稳定：硅基材料具有优越的物理性能，包括高热导率、低温膨胀系数、导电性能等。
这些优良的物理性能使得硅基材料在微电子领域中更加可靠和稳定。
2.良好的加工性能：硅基材料在制造过程中具有良好的加工性能，可以通过激光刻蚀、离子注入等加工操作失去复杂的微结构。
3.低成本：硅基材料的成本相对较低，同时又具有良好的物理性能和加工性能，这使得硅基材料在工业生产中得到了广泛应用。
SIMIT硅基材料的研究方向SIMIT在硅基材料研究中，主要关注以下方向：1.新型硅基材料的研究：SIMIT研究人员通过分子束外延、化学气相沉积等工艺制备出了一系列新型硅基材料，如二氧化硅、氮化硅、硅碳等，这些新型硅基材料在微电子制造中发挥着极大的作用。
2.硅基微机械系统研究：SIMIT研究人员通过对硅基材料的研究，在微机械系统制造领域取得了一系列创新性进展。
如通过硅基微加工技术制造出体积约为1立方毫米的微型机械结构，这一发明填补了国内外研究的空白。
3.硅基光电器件研究：SIMIT研究人员通过硅基材料的研究，成功地制备出了硅基光电器件，比如硅基PIN光电二极管等，这些器件在通信和光电器件制造中发挥着重要的作用。
集成电路制造技术(原理与工艺)--硅衬底之一
集成电路制造技术（原理与工艺）--硅衬底之一现在集成电路使用的最基本的本征材料有：硅（Si)，锗（Ge），砷化镓（GaAs)，室温下硅的晶格电子迁移率为1350，较锗3900，砷化镓8600要小得多，说到晶格下面会有介绍，而电子迁移率表征着器件的运行速度，所以硅一般会用在频率相对较低的集成电路生产中，而高频器件，高速，微波微电子产品的衬底材料领域由砷化镓占领。
硅作为地球最普遍的材料，所以让我们先来了解生产一颗常用的硅基IC需要的工艺流程，产品的生产过程示意图如下：如图所示，从单晶硅锭切割加工成硅片，然后从硅片通过20～30的工艺步骤制成集成电路芯片，然后调试好后，就划分为小单元的芯片，然后进行封装，测试后，就可以出品做生意了。
看到这里我们应该多问几个How，Why，When了。
单晶硅是怎样制成的（How)？切割加工的芯片的厚度（为什么是这个厚度，Why)？20～30个工艺步骤（为什么需要这些工序Why,在什么时候做When)?且听下面分解。
对于以上的几个问题，让我们先了解下原始硅片变成集成芯片的步骤，就拿硅基双极型NPN晶体管芯片（即普通的NPN型三极管）为例，制造的主要工艺流程如下所示步骤（1）--外延工艺，是在重掺杂的单晶硅片上通过物理（或化学)的方法生长轻掺杂的单晶硅层，晶体管的两个PN结就是做在这层轻掺杂的外延层上。
步骤（2）--氧化工艺，是在硅片表面用氧化方法或物理(或化学）薄膜积淀的方法得到一层二氧化硅薄膜，作为后续定域掺杂的掩蔽膜。
步骤（3）--一次光刻工艺，是在二氧化硅掩膜上光刻出基区窗口图形来，以进行下一步的基区掺杂。
步骤（4）--硼掺杂工艺，是用热扩散或离子注入等方法在N型硅上掺入P型杂质硼，目的是获得晶体管的集电极。
步骤（5）--二次光刻工艺，是晶体管制作的第二次光刻，和步骤3一样，目的是在二氧化硅掩膜上光刻出发射区窗口图形来，以进行下一步的发射区掺杂。
二次光刻是在一次光刻基础上进行的，必须与一次光刻图形对准。
硅材料及衬底制备
优化硅衬底的表面质量和完整性，降低缺陷密度和杂质含量。
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硅衬底还可用于制造光伏组件，提高光伏发电的效率和可靠 性。
传感器领域的应用
压力传感器
硅材料具有高灵敏度、低滞后性和长期稳定性等特点，可用于制造压力传感器。
温度传感器
硅材料也可用于制造温度传感器，其具有响应速度快、精度高等优点。
其他领域的应用
生物医学
硅材料在生物医学领域中可用于制造 人工关节、牙齿等医疗器件。
硅的化学性质
稳定性
硅在常温下不易与氧、氮、氯等 非金属元素反应。
还原性
硅能够被碳、氢气等还原剂还原。
氧化性
在高温下，硅能够与氧反应生成二 氧化硅。
硅的分类与用途
01
02
03
04
单晶硅
用于制造集成电路、太阳能电 池等。
多晶硅
用于制造太阳能电池、电子器 件等。
纳米硅粉
用于制造涂料、橡胶、塑料等 高分子材料。
上沉积形成非晶硅薄膜。
化学气相沉积法
利用化学反应在衬底上沉积形成 非晶硅薄膜，常用的反应气体为
硅烷和氢气。
物理气相沉积法
利用物理方法将硅原子或分子沉 积在衬底上形成非晶硅薄膜。
04
硅材料及衬底的应用
微电子领域的应用
集成电路
01
硅材料是集成电路制造中最重要的基础材料之一，用于制造芯
片中的晶体管、电容、电阻等元件。
硅材料及衬底制备
contents
目录
• 硅材料基础 • 硅材料制备技术 • 硅衬底制备技术 • 硅材料及衬底的应用 • 硅材料及衬底的发展趋势与挑战
集成电路工艺第一章硅集成电路衬底加工技术
在加工过程中使用的各种化学试剂和气体 ，如酸、碱、氧化剂、还原剂等，具有高 纯度和低杂质含量等特点。
03
硅集成电路衬底加工技 术的发展趋势
硅集成电路衬底加工技术的未来发展方向
01
硅集成电路衬底加工技术将继续 向精细化、高集成度方向发展， 以满足更小尺寸、更高性能的集 成电路需求。
02
随着新材料、新技术的不断涌现 ，硅集成电路衬底加工技术将不 断拓展应用领域，如柔性电子、 生物医疗等新兴领域。
化学机械抛光设备
用于在完成电路制作后，对硅片表面 进行抛光处理。
硅集成电路衬底的加工材料
单晶硅片
二氧化硅
作为集成电路的衬底材料，具有高纯度、 低缺陷密度和高机械强度等特点。
作为保护层和介质层，具有高绝缘性能和 化学稳定性。
光刻胶
化学试剂和气体
用于将电路图形转移到硅片表面，具有高 灵敏度、高分辨率和低缺陷密度等特点。
随着纳米加工技术的发展，硅集成电路衬底的纳米级加工已经逐渐实现，这将为 更小尺寸的集成电路提供技术支持。
在新型材料的应用方面，硅集成电路衬底加工技术也在不断探索和尝试，如石墨 烯、氮化镓等新型材料的衬底加工技术已经取得了一定的进展。
04
硅集成电路衬底加工技 术的应用场景
硅集成电路衬底在电子设备中的应用
硅集成电路衬底在通信设备中的应用主要涉及光纤通信、无线通信等领域，为现代通信技术的发展提 供了重
军事设备中的雷达、导弹、导航系统 等精密仪器，都需要使用高精度、高 性能的硅集成电路衬底。
VS
硅集成电路衬底在军事设备中的应用， 不仅提高了军事设备的性能，还为军 事技术的创新发展提供了有力支持。
硅集成电路衬底加工技术的技术难题
sic衬底
sic衬底
SiC衬底是第三代半导体中最主要的材料，用来制造芯片的衬底。
衬底是制作芯片的基础。
不同衬底材料生产不同的半导体芯片。
第一代半导体主要是Si衬底，第二代是GaAs衬底，第三代就是SiC衬底。
这里的三代半导体不是升级、替代的关系，只是产品用途不同罢了。
更具体说就是产品的应用场景不同，这应用场景主要指不同功率和频率环境。
第二代低比第一代适用更高的功率和频率，第三代比第二代应用范围更广。
SiC衬底生产理论与前面两代大同小异：拉棒、切片等等。
只不过SiC拉棒的效率极低，是Si拉棒的几百分之一，差着一个数量级。
mems用衬底硅片
-mems用衬底硅片
MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微电子机械系统）通常使用硅片作为衬底或基底材料。
这是因为硅具有许多适用于MEMS 设备的优点，包括：
1. 机械性能：硅具有较高的强度和硬度，这使其成为制造微机械系统的理想选择。
硅片可以承受微机械元件所需的各种机械应力，同时保持稳定性。
2. 加工能力：硅片容易进行微纳加工和微细加工，可用于制造微小尺寸的MEMS器件。
它可以通过光刻、腐蚀、离子注入等加工工艺来制造微细结构。
3. 导电性：硅具有较高的电导率，这使得它可以用于制造电子和电气元件，如传感器、悬挂电极等。
4. 热导率：硅具有良好的热导率，适用于需要高温稳定性和散热性能的MEMS设备。
5. 兼容性：硅可以与集成电路技术相结合，实现MEMS和CMOS 集成，这对于制造复杂的多功能微系统非常有用。
6. 高生长质量：硅片通常具有高度均匀的结构和高生长质量，这对MEMS设备的性能和稳定性至关重要。
因此，硅片是制造MEMS设备的常见衬底材料，被广泛用于制造加速度计、压力传感器、陀螺仪、微镜和其他微机械系统。
硅片的特性和加工能力使其成为MEMS工程师和研究人员的首选基材。
LED碳化硅衬底基础概要
LED碳化硅衬底基础概要碳化硅又称金钢砂或耐火砂。
碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。
碳化硅主要分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25，显微硬度为2840～3320kg/mm2。
其中：黑碳化硅是以石英砂，石油焦和优质硅石为主要原料，通过电阻炉高温冶炼而成。
其硬度介于刚玉和金刚石之间，机械强度高于刚玉，性脆而锋利。
绿碳化硅是以石油焦和优质硅石为主要原料，添加食盐作为添加剂，通过电阻炉高温冶炼而成。
其硬度介于刚玉和金刚石之间，机械强度高于刚玉。
碳化硅的硬度很大，具有优良的导热和导电性能，高温时能抗氧化。
可以作为磨料，可用来做磨具，如砂轮、油石、磨头、砂瓦类等。
还可以作为冶金去氧剂和耐高温材料。
碳化硅主要有四大应用领域，即: 功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料。
并且高纯度的单晶，可用于制造半导体、制造碳化硅纤维。
碳化硅(SiC)由于其独特的物理及电子特性，在一些应用上成为最佳的半导体材料: 短波长光电元件，高温，抗幅射以及高频大功率元件。
主要优势如下：1. 宽能级(eV)4H-SiC: 3.26 6H-Sic: 3.03 GaAs: 1.43 Si: 1.122. 高热传导率(W/cm?K@RT)4H-SiC:3.0-3.8 6H-SiC: 3.0-3.8 GaAs: 0.5 Si: 1.5 3. 高击穿电场(V/cm)4H-SiC: 2.2x106 6H-SiC: 2.4x106 GaAs: 3x105 Si: 2.5x1054. 高饱和电子迁移速度(cm/sec @E 2x105V/cm)4H-SiC: 2.0x107 6H-SiC: 2.0x107 GaAs: 1.0x10 Si: 1.0x107由于碳化硅的宽能级，以其制成的电子元件可在极高温下工作，可以抵受的电压或电场八倍于硅或砷化鎵，特别适用于制造高压大功率元件如高压二极体。
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物理气相沉积(PVD: Physical Vapor Deposition)指的是利用某些物理的过程，如物质的热蒸发或在 受到粒子束轰击时表面原子的溅射等现象，实现物质从源物质到薄膜物质的可控的原子转移过程。这 种薄膜制备方法相对于化学气相沉积方法而言，具有以下几个特点∶ ----要使用固态的或者融化态的物质作为沉积过程的源物质； ----源物质要经过物理过程进入气相; ----需要相对较低的气体压力环境; ----在气相中及衬底表面不发生化学反应。
• 压阻元件的电阻变化计算： △R/R=LσL+ TσT
包含纵向、横向压阻系数及 尺寸变化因素
对温度的依赖性强，具体见表710。同一个元件在120 ℃时其压
阻技术损失27%
看例题7-3
90°
P-(100)
主平面(110)
N-(100) 135°
主平面(110)
P-(111) 90°
主平面(110)
•多晶硅（力学/热学特性各向同性) • 作用：电阻、压阻、简易欧姆接触等广泛用途。 • 常用LPCVD法制备。
微系统薄膜材料的制备方法
内容:
1 薄膜材料的物理汽相沉积-热蒸发 2 离子溅射镀膜 3 高温扩散和离子注入 4 薄膜材料的化学汽相沉积---CVD法 ５溶胶凝胶。
薄膜材料是相对于体材料而言的，是人们采用特殊的方法，在体材料的表面沉积或制备的一层 性质于体材料完全不同的物质层。薄膜材料受到重视的原因在于它往往具有特殊的材料性能或材料 组合。
•碳化硅（SiC）： •作用：耐高温器件(高温下尺寸和化学性质稳定,熔点2300 ℃); 在KOH、HF中刻蚀保护； •制备方法：CVD、溅射等各种沉积技术。
•氮化硅（Si3N4，力学/热学特性比SiO2好) •作用：扩散、离子注入掩模（阻挡水及金属离子扩散、）；深层刻蚀掩模（超强抗腐蚀能力）；绝缘 层；光波导；防止有毒流体侵入的密封材料。CVD法制备。
2 器件的微型化不仅可以保持器件原有的功能，并使之更强化，而且随着器件的尺寸减小并接近了电 子或其他粒子量子化运动的微观尺度，薄膜材料或其器件将显示出许多全新的物理现象。薄膜技术作 为器件微型化的关键技术，是制备这类具有新型功能器件的有效手段。
3 每种材料的性能都有其局限性。薄膜技术作为材料制备的有效手段，可以将各种不同的材料灵活地 复合在一起，构成具有优异特性的复杂材料体系，发挥每种成分的优势，避免单一材料的局限性
微系统的重要材料—硅衬底的补充说明资料
微系统的重要材料——硅衬底的补充说明
•晶体结构：近似面心立方晶格（实际FCCA+FCCB,晶胞含8+6+4个原子、晶格常数0.543nm)； •密勒指数：设初基胞（面心立方）置于xyz坐标系中，平行于坐标平面的为（100）晶面族、平行于某一坐标 轴的对角线平面为（110）晶面族、与三个轴都等节距相交的平面为(111)晶面族；表现出力学常数、加工特性 等方面的各项异性； •机电特性：薄膜状态弹性极好；导电性在10-3-108之间可调；
△Rzz=11σzz+ 12(σxx+ σyy)
△Rxy=44σxy； △Rxz=44σxz ； △Ryz=44σyz
与切应力分量有 关
•室温下〈100〉取向P型和N型硅电阻率和压阻系数参见表7-8。这是在三维结构中压阻的描述。
•在MEMS中，主要以薄带状压阻形式。因此只要考虑x、y两个方向的平面应力。对于p型硅，最大压阻 系数为44=138x10-11/Pa,对于n型硅11=102x10-11/Pa。因此一般采用P型材料作压阻。平面压阻的典型形式 和各个方向的压阻系数见图7-14和表7-9。
硅压电电阻 •压阻现象：固体在受到应力作用时其电阻率发生的变化的现象。P型或N型硅都具有优良的压阻效 应（1954年Smith发现）。 •硅晶体各向异性的事实使得电阻率-应变变化关系变得比较复杂
{△R}=[]{σ}
其中，{△R}={△Rxx△Ryy△Rzz△Rxy△Rxz△Ryz}T代表与应力分量 {σ}={σxx σyy σzz σxy σxz σyz}T相对应的无限小立方体压阻单元的电阻率变化。在应力分量的六个独 立分量中，三个是正应力分量，三个是切应力分量。[]为压阻系数矩阵。
[] =
三个系数的实际值与与压 阻元件方向和晶体晶格的
夹角有关
11
12
12
0
0
0
12
11
12
0
0
0
12
12
11
0
0
0
0
0
0
44
0
0
0
0
0
0
4
0
44
式中仅出现了11、 12和 44三个独立系数。展开为等式如下
与正应力分量有 关
△Rxx=11σxx+ 12(σyy+ σzz) △Ryy=11σyy+ 12(σxx+ σzz)
物理气相沉积中最为基本的方法就是蒸发法和溅射法。在薄膜沉积技术发展的最初阶段，由于蒸
发法相对于溅射法具有一些明显的优点，包括较高的沉积速度，相对较高的真空度，以及由此导致的 较高的薄膜质量等，因此蒸发法受到了相对较大的重视。但是另一方面，溅射法也具有自己的一些优 势，包括在沉积多元合金薄膜时化学成分容易控制，沉积层对于衬底的附着力较好等。同时，现代技 术对于合金薄膜材料的需求也促进了各种高速溅射方法以及高纯靶材，高纯气体制备技术的发展，这 些都使溅射法制备的薄膜的质量得到了很大的改善。如今，不仅上述两种物理气相沉积方法已经大量 应用于各个技术领域之中，而且为了充分利用这两种方法各自个特点，还开发了许多介于上述两种方 法之间的性的薄膜沉积技术。
N-(111) 45°
主平面(110)
----硅化合物： 物性特点、MEMS中应用和制备方法
•二氧化硅（SiO2)： •作用：热和电的绝缘体（表7-1-电阻率1016Ωcm; 表7-3-热导率0.014w/cm℃)；作为硅刻蚀掩模（KOH 中200：1); 作为牺牲层。 •制备方法有：干、湿氧化、CVD、溅射。
薄膜材料之所以能够成为现代材料科学各分支中发展最为迅速的一个分支，至少有以下三个方面的 原因∶
1 现代科学技术的发展，特别是微电子技术的发展，打破了过去体材料的一统天下。过去需要众多材 料组合才能实现的功能，现在仅仅需要少数几个器件或一块集成电路就可以完成。薄膜技术正是实现 器件和系统微型化的最有效的技术手段。