关于半导体材料硅和砷化镓的钎焊
半导体技术在微电子器件中的应用
半导体技术在微电子器件中的应用随着信息技术的不断发展，微电子领域的需求也越来越迫切。
半导体技术是微电子器件中最为重要的技术之一，它的应用范围非常广泛，能够广泛地应用于智能手机、平板电脑、电视机、计算机等现代化电子设备中。
本文将从半导体材料、工艺、封装等方面介绍半导体技术在微电子器件中的应用。
一、半导体材料半导体技术的发展离不开优质的材料，半导体材料是应用半导体技术的关键。
半导体材料包括硅、砷化镓、氮化镓等。
其中，硅是目前应用广泛的材料，大部分的芯片都使用硅材料制成。
砷化镓是硅的替代材料，它可以实现更快的运行速度，同样具有广泛的应用前景。
氮化镓是一个新兴的材料，它可以实现更高的功率输出，因此在高频电子器件和功率电子器件中应用较广泛。
二、半导体工艺半导体器件的制造离不开复杂的工艺流程，半导体工艺是半导体技术的重要组成部分。
半导体工艺可以分为晶圆制备、晶圆上的制程、封装三个步骤。
1. 晶圆制备晶圆是半导体器件的基础材料，它是从单晶硅料中生长而来。
晶圆制备是半导体工艺中的第一个步骤。
晶圆制备包括生长单晶硅、切割晶圆及化学机械抛光等过程。
2. 晶圆上的制程晶圆上的制程是半导体工艺的核心，它包括沉积和刻蚀两种技术。
沉积技术是将所需材料沉积在晶圆表面形成所需结构，刻蚀技术是通过在目标表面实现所需步骤来去除材料层。
这些步骤通过台式机器人和自动化设备进行控制。
3. 封装封装是半导体制造工艺的最后一步，它是将晶圆上面的电路元器件完好封装到套管内，以保护微电子器件不受环境影响。
封装过程中还要对器件进行测试，以保证器件符合相应的规范。
这个工艺流程通常会采用半自动及全自动机器人进行控制。
三、半导体技术的应用半导体技术在微电子器件中有着广泛的应用。
以下是半导体技术在智能手机、平板电脑、计算机和电视机等现代化电子设备中的应用示例。
1. 智能手机智能手机是当今人们必不可少的通讯工具。
半导体技术在智能手机中的应用包括处理器芯片、存储芯片、图形显示芯片等。
各种材料的真空钎焊
各种材料的真空钎焊
真空钎焊是一种广泛应用于不同材料的钎焊技术。
它通过在真空环境
下进行钎焊，可以避免氧化和污染，并提供更稳定和均匀的焊接质量。
以
下是各种材料的真空钎焊技术的一些例子：
1.金属材料：
真空钎焊在金属材料中应用十分广泛，其中包括不锈钢、铜和铝合金等。
真空钎焊可以保持金属的高纯度，并且能够避免氧化和内部气体的存在。
对于金属材料的真空钎焊，通常需要使用合适的钎焊剂。
2.陶瓷材料：
真空钎焊在陶瓷材料中也具有重要的应用。
陶瓷材料具有高熔点和脆性，因此传统的焊接方法往往无法实现。
真空钎焊可以在降低熔点和增加
接触区域后进行，以实现可靠的焊接连接。
例如，常用的氧化铝陶瓷可以
通过真空钎焊来实现焊接。
3.玻璃材料：
玻璃材料通常具有较低的熔点，所以真空钎焊对于玻璃材料的应用较多。
例如，在光学器件的制造过程中，常常需要进行玻璃材料的真空钎焊。
真空钎焊可以在保持玻璃材料高纯度的同时，实现高强度的连接。
4.半导体材料：
半导体材料的真空钎焊常用于制造电子器件和光电子器件。
典型的半
导体材料，如硅和镓砷化镓（GaAs），可以通过真空钎焊来实现器件的封
装和连接。
真空钎焊不仅可以提高器件的性能，还可以避免材料在高温环
境下的氧化和污染。
总结起来，真空钎焊是一种适用于各种材料的焊接技术，包括金属、陶瓷、玻璃和半导体材料等。
通过在真空环境下进行焊接，可以避免氧化和污染，并获得稳定和均匀的焊接质量。
这为各种材料的应用提供了更多的可能性，并推动了许多关键领域的发展。
钎焊的基本原理和应用范围
钎焊的基本原理和应用范围一、钎焊的基本原理钎焊是一种热连接技术，利用钎料在工件接合部位产生连接。
其基本原理如下：1.选择合适的钎料：钎料通常是一种具有低熔点的金属合金，与要连接的工件材料不同。
钎料的成分要根据工件材料的性质和要求进行选择，以确保连接的强度和耐用性。
2.加热工件：钎焊过程需要对被连接的工件加热至钎料的熔点以上，使钎料可以熔化并渗入工件的接合部位。
3.填充钎料：一旦工件被加热至适当温度，钎料就会被放置在接合部位。
在加热过程中，钎料会熔化并与工件接触，填充接合部位。
4.冷却和固化：一旦钎料填充了接合部位，它会逐渐冷却并固化。
在这个过程中，钎料与工件形成牢固的连接。
二、钎焊的应用范围钎焊广泛应用于不同领域的制造和维修工艺中，其应用范围主要包括以下几个方面：1.金属制造业：钎焊在金属制造业中被广泛应用，如航空航天、汽车、船舶、石油化工等行业。
它用于制造和修理各种金属制品，如管道、容器、发动机零件等。
2.电子行业：钎焊在电子行业中用于连接电子元件、电路板和导线等。
它可以达到高精度和高强度的连接效果，适用于微观尺寸的器件。
3.珠宝制造业：钎焊在珠宝制造业中用于连接和修复各种贵金属制品，如金、银、钻石等。
它不会对珠宝材料产生损害，并可以实现细微的连接。
4.管道安装和修复：钎焊用于管道安装和修复，特别是在需要高强度连接的场合。
它可以用于连接各种材料的管道，如铜、不锈钢、铁等。
5.艺术品制作：钎焊也被广泛用于制作各种艺术品，如雕塑、装饰品等。
它可以实现各种形状和结构的连接，提供创作的灵活性和多样性。
三、钎焊的优点和局限性钎焊作为一种连接技术，具有以下优点：•高强度连接：钎焊可以实现高强度的连接，连接点通常比工件本身更强。
•适用于多种材料：钎焊可以用于连接不同种类的材料，包括金属、陶瓷、玻璃等。
这使得钎焊成为一种多功能的连接技术。
•无需对工件进行特殊处理：钎焊可以在工件表面不适合其他连接技术的情况下使用，不需要额外的处理步骤。
钎焊工艺的原理及所用材料
钎焊工艺的原理及所用材料
钎焊工艺是一种常用的金属连接方式，其原理是利用熔化的钎料填充焊缝，使焊件连接。
在钎焊过程中，首先要将钎料加热到液态或半液态状态，然后将其涂敷在要连接的金属表面上。
钎料在冷却过程中会与金属表面相互扩散，形成牢固的连接。
钎焊工艺所使用的材料包括钎料和基材两部分。
钎料通常是一种低熔点的合金，选择合适的钎料可以根据连接的材料种类和要求来确定。
常见的钎料有银钎料、铜钎料、铝钎料等。
一般选择钎料时要考虑其熔点、化学成分和机械性能等特性。
基材是要进行连接的金属材料。
在钎焊过程中，基材的材料决定了钎焊的难度和连接的质量。
常见的基材有铁、铜、铝和钢等。
为了提高基材的可钎性，有时还需要进行相应的预处理，如清洗表面、除去氧化层等。
总之，钎焊工艺的原理是利用熔化的钎料填充焊缝，形成连接。
所使用的材料包括钎料和基材，钎料是低熔点的合金，基材是要连接的金属材料。
选择合适的钎料和预处理基材可以实现高质量的钎焊连接。
幅相多功能硅基和gaas
幅相多功能硅基和gaas
硅基和GaAs（镓砷化镓）是两种常见的半导体材料，它们在电子器件和光电子器件中具有不同的特性和应用。
让我们从多个角度来看看它们的多功能性。
首先，让我们从材料特性的角度来比较硅基和GaAs。
硅基材料是最常见的半导体材料之一，具有良好的热稳定性和成本效益，因此在集成电路和太阳能电池等领域得到广泛应用。
GaAs则具有较高的电子迁移率和较高的饱和漂移速度，适用于高频和光电子器件，如光电二极管和激光器。
因此，从材料特性角度来看，硅基和GaAs 各自具有不同的优势和适用范围。
其次，从电子器件应用的角度来看，硅基和GaAs在集成电路和光电子器件中有着不同的应用。
硅基集成电路因其成熟的工艺和低成本而被广泛使用，而GaAs则在高频和光电子器件中具有优势，比如在通信领域的应用。
因此，根据具体的应用需求，选择合适的材料对于电子器件的设计和制造至关重要。
此外，从研究和发展的角度来看，硅基和GaAs材料都在不断地进行研究和开发，以满足不同领域的需求。
例如，硅基材料的研究
重点可能是在提高其在光电子器件中的性能，而GaAs材料的研究可能集中在新型器件结构和工艺技术的开发上。
因此，这些研究努力将进一步推动硅基和GaAs材料的多功能性和应用领域的拓展。
综上所述，硅基和GaAs作为半导体材料，在不同的领域和应用中具有多功能性。
通过全面了解它们的材料特性、电子器件应用和研究发展，我们可以更好地利用它们的优势，推动电子器件和光电子器件领域的发展和创新。
常用半导体材料测试卷
常用半导体材料测试卷一、单项选择题：（本大题共85个小题，每小题2分，共170分）1.在焊接过程中要使用助焊剂，关于助焊剂的作用，下列说法错误的是A．去除氧化物B．使焊点不出现尖角C．防止工件和焊料加热时氧化D．减小焊料熔化后的表面张力，增加其流动性，有利于浸润2.钎焊分离电子元器件最合适选用的电烙铁是A．25W B．75W C．100W D．150W3.共晶焊锡的熔点为A．327℃B．232℃C．183℃D．212℃4.焊接中焊点凝固前被焊元件移动容易形成A．虚焊B．夹生焊C．漏焊D．预焊5.焊接电子元件最适合的焊剂是A．焊锡膏B．松香C．稀盐酸D．氯化锌6.下面关于虚焊的说法错误的是A．虚焊就是假焊B．焊料与被焊物的表面没有互相扩散C．虚焊主要是由于焊件金属表面不干净和焊剂用量过少造成的D．虚焊主要由于烙铁温度不够高和留焊时间太短造成的7.下面关于镀锡的说法错误的是A．上锡B．预焊C．搪锡D．焊件表面处理8.下列关于焊接说法错误的是A．电烙铁烧死是指焊头因氧化而不吃锡的现象 B．焊接时不能甩动电烙铁，以免锡液伤人C．电烙铁的金属外壳必须接地 D．焊锡膏适用于电子器件的焊接9.关于手工焊接，下列说法不正确的是A．常用的焊锡丝的材料是锡铅合金B．焊剂的作用是焊接时去除氧化物并防止金属表面两次氧化C．焊接中要避免虚焊和夹生焊现象的发生D．焊接时，先用烙铁头加热工件，然后把焊锡丝放在烙铁头上熔化10.信号发生器的输出幅度每衰减20dB，输出信号的电压值即变为原来的A．0.5 B．0.1 C．31.6% D．1/211.信号发生器输出信号时，输出衰减选40dB ，当电压表示数值为5V 时，则输出为A．5V B．0.5V C．0.05V D．50V 12.信号发生器的输出衰减有20dB和40dB，当按下20dB时，输出相对衰减10倍，当按下40dB 时，输出相对衰减为A．10 B．100 C．20 D．4013.用示波器观察某标准正弦波的电压波形，若一个周期的距离为4div，示波器的扫描时间选择开关置于50ms／div，且使用了“扩展×10”，则该电压的频率是A．5Hz B．20Hz C．50Hz D．500Hz14.要使示波器的显示波形向上移动，应调节旋钮A．Y轴移位B．Y轴增幅C．X轴移位D．X轴增幅15.要使示波器显示波形亮度适中，应调节旋钮A．聚焦B．辉度C．辅助聚焦D．X轴衰减16.若Y轴输入信号频率为200Hz，要在荧光屏上看到4个完整的波形，则扫描频率范围要置于A．10――100Hz B．1kHz C．10 kHz D．100 kHz17.用示波器观察一正弦电压的波形，现屏中测出正弦波电压峰峰值为4div，档位为5V／div，探头不衰减，则正弦波电压的有效值为A．20V B．10V C．52V D．102V18.下列关于示波器的说法错误的是A．调整示波器的辉度钮，光点亮度不能太亮B．调节聚焦钮，使示波器的光点成为小圆点，如果不行，可用辅助聚焦钮配合C．示波器长期不用时，会导致内部的电解电容器失效D．为调整示波器的亮度和清晰度，可以让光点长时间停在屏幕中央19.使示波器的显示波形稳定，只显示两个完整波形，除调整垂直方向之外，还要调整A．扫描范围B．X轴衰减C．扫描范围和X轴衰减D．X轴位移20.用示波器观察两个正弦信号如图1所示，已知X轴偏转因数置于0.5μs／div，Y轴偏转因数置于0.1V／div，则两信号的相位差A．30o B．90o C．60o D．45o第 1 页共6 页21.在P型半导体中A．空穴是多数载流子，电子是少数载流子B．没有电子C．空穴的数量略多于电子D．没有空穴22.二极管两端加上正向电压时A．一定导通B．超过死区电压才能导通C．超过0.7V才导通 D．超过0.3V才导通23.在测量二极管反向电阻时，若用两手把管脚捏紧，电阻值将A．变大B．变小C．不变化D．无法判断24.一个硅二极管的正向电压降在0.6V基础上增加10%，它的电流将A．增加10% B．增加10%以上C．基本不变D．不变25.如图2所示，二极管是理想二极管，则电压U AB为A．－3V B．5V C．8V D．－8V26.如图3所示，VD1、VD2的状态是A．VD1导通、VD2截止B．VD1截止、VD2导通C．VD1、VD2都导通D．VD1、VD2都截止27.晶体二极管内部是由所构成的A．一个PN结B．两个PN结 C．两块N型半导体D．两块P型半导体28.当硅二极管加上0.4V的正向电压时，该二极管相当于A．很小的电阻B．很大的电阻C．短路D．中值电阻29.如图4所示，当输入电压U i＝12V时，输出电压U0为A．12V B．2V C．5V D．0V30.下列硅二极管中质量最好的是A．正向电阻为1kΩ，反向电阻为100 kΩ B．正向电阻为50kΩ，反向电阻为100 kΩC．正反向电阻均为无穷大 D．正向电阻为20kΩ，反向电阻为20kΩ31.用万用表欧姆挡测量小功率二极管性能好坏时，应把欧姆挡拨到A．R×100或R×1k挡B．R×1挡C．R×10挡D．任意挡32.用万用表测得NPN型三极管各电极对地电位是V B＝4.7V，V C＝4.3V，V E＝4V，则该三极管的工作状态是A．饱和状态B．截止状态C．放大状态D．无法确定33.在三极管放大电路中，三极管最高电位的一端是A．NPN型管的发射极B．PNP型管的发射极C．PNP型的集电极D．无法确定34.一只三极管内部包含个PN结A．1 B．2 C．3 D．035.NPN型和PNP型晶体管的区别是A．由两种不同的材料硅和锗制成B．掺入的杂质不同C．P区和N区的位置不同D．电流的放大倍数不同36.三极管各极电位如图所示，工作在放大状态的是37.3DG6型晶体三极管的P CM＝100mW，ICM＝20mA，U（BR）CEO＝20V，将其接在电路中，I C＝5mA，U CE＝10V，则该管A．击穿B．工作正常C．功耗太大，过热甚至烧坏D．无法判断38.在三极管放大电路中，测得某管脚1流进4.6mA的电流，某管脚2流进0.03mA的电流，则该管是A．NPN管B．PNP管C．硅管D．锗管39.晶体管的参数β是指A．晶体管共发射极直流电流放大倍数B．晶体管共发射极交流电流放大倍数C．放大电路的电压放大倍数D．放大电路的电流放大倍数40.正常工作在放大电路中的某晶体管各极对地电位分别是9V、6.3V、6V，则该管管脚分别对应为A．B、C、E B．C、B、E C．E、C、B D．E、B、C41.用万用表测得三极管任意两极间的正反向电阻均很小，则该管A．两个PN结均开路B．两个PN结均击穿C．发射结击穿，集电结正常D．发射结正常，集电结击穿第 2 页共6 页42.某PNP型晶体管β＝50，I E＝2mA，则I C约等于A．40μA B．1.98m A C．98 m A D．24.5 m A43.NPN型三极管处于放大状态时，各极电位关系是A．V C＞V B＞V E B．V C＜V B＜V E C．V C＞V E＞V B D．V C＜V E＜V B44.工作于放大状态的三极管在三个电极中，电流最大的是A．集电极B．基极C．发射极D．门极45.三极管放大作用的实质是A．三极管把小能量放大成大能量B．三极管把小电流放大成大电流C．三极管把小电压放大成大电压D．三极管用较小的电流控制较大的电流46.用万用表欧姆挡测量小功率三极管的极性与质量时，应把欧姆挡拨到A．R×1 B．R×10 C．R×100或R×1k D．R×10k47.用万用表的红表笔接触三极管的一只管脚，黑表笔接触另两只管脚，测得电阻均较小，则该三极管为A．NPN型B．PNP型C．不能确定D．三极管已经损坏48.焊接电子元件时，焊点表面粗糙不光滑，是因为A．电烙铁功率太大或焊接时间过长B．电烙铁功率太小或焊丝撤离过早C．焊剂太多造成的D．焊剂太少造成的49.关于钎焊，下列说法正确的是A．100W且带弯烙铁头的电烙铁应采用正握法 B．松香酒精溶液焊剂中，松香占67%，酒精占23% C．被焊件达到一定温度后，应将焊锡丝放在烙铁头上熔化浸润焊点D．焊锡全部浸润焊点后，应及时以25o角移开电烙铁50.下列关于夹生焊的说法错误的是A．虚焊和夹生焊是两种不同的现象B．夹生焊是指C．D．51.关于普通晶闸管结构，说法正确的是A．4层3端半导体，有2个PN结 B．4层2端半导体，有3个PN结C．4层3端半导体，有3个PN结 D．4层2端半导体，有2个PN结52.晶闸管关断的三个条件中，关断的逻辑关系是A．与B．或C．与非D．或非53.晶闸管关断的条件是A．加反向控制极电压B．去掉控制极电压C．阳极加反向电压或降低正向阳极电压，使流过晶闸管的电流小于维持电流I HD．以上说法都不对54.晶闸管导通的两个条件中，导通时阳极和门极加正极性电压的逻辑关系A．与B．或C．与非D．或非55.对螺栓式结构的晶闸管来说，螺栓是晶闸管的A．阳极B．阴极C．门极D．栅极56.晶闸管控制极的作用是A．只要控制极加正的触发脉冲，就能使晶闸管导通B．只要在晶闸管存在阳极电压的同时，控制极加上足够功率的正脉冲，就可以使晶闸管导通，导通之后控制极就失去作用C．控制极加负电压，可以使晶闸管关断 D．以上说法都不对57.晶闸管是用来的电子元件A．电流放大B．电压放大C．弱电控制强电D．强电控制弱电58.晶闸管导通后，流过晶闸管的电流取决于A．晶闸管的管压降 B．晶闸管的额定电流 C．控制极电压D．阳极电压和负载阻抗59.用万用表R×10挡，判别晶闸管的极性，黑表笔固定一只管脚，红表笔分别接另外两只管脚，当出现正向导通时A．黑表笔接控制极 B．黑表笔接阴极 C．红表笔接控制极D．红表笔接阳极60.用万用表测试小功率晶闸管的极性时，某两个电极之间的正反向电阻相差不大，说明这两个电极是A．阳极和门极B．阴极和门极C．阳极和阴极D．无法确定61.用于整流的二极管是A．2AK4 B．2CW20A C．2CZ14F D．2AP962.三极管极间电流满足I C＝βI B关系时，三极管一定工作在A．饱和区B．截止区C．放大区D．击穿区63.晶体管作开关使用时，是工作在其A．放大区B．饱和区C．截止区D．饱和区和截止区64.大功率三极管的外壳往往做三极管的使用A．基极B．集电极C．发射极D．三个电极都可能65.放大电路中某晶体管极间电压如图5所示，则该管类型及1、2、3极分别为A．NPN型硅管，E、C、B B．NPN型硅管，B、C、EC．PNP型硅管，E、C、B D．PNP型硅管，B、C、E66.XD7型低频信号发生器面板上用来选择输出信号频率范围的调节旋钮是A．频率旋钮B．波段旋钮C．阻抗衰减旋钮D．电压调节旋钮第 3 页共6 页67.关于示波器的说法正确的是A．顺时针转动“辉度旋钮”，辉度变亮；反之减弱直至消失B．第二阳极与第一阳极、控制栅极相比处于正电位，可实现辉度调节C．控制栅极是顶端有孔的圆筒，套装在阴极之外，其电位比阴极电位高D．“扩展拉×10”按下时X轴扫描速度扩大10倍68.在输入信号频率较高时实现双踪显示应选择的显示方式A．断续B．YA＋YB C．YA或YB D．交替69.某一正弦交流电压在示波器上所显示的波形峰峰值为4div，此时示波器的输入灵敏度开关置于0.5V／div，被测信号经探极10∶1接入，则该交流电的有效值为A．10V B．7.07V C．14.14V D．0.2V70.2DW47是A．P型锗材料稳压二极管B．N型锗材料稳压二极管C．N型锗材料普通二极管D．P型硅材料稳压二极管71.如图6所示晶体管测试电路中，合上开关S1、S2后，电压表读数为1.5V，毫安表没有指示，可能是下面原因的那一种A．集电极内部开路B．发射极内部开路C．B、E间已击穿D．发射结已击穿72.测得晶体管电路三个电位如图7所示，其中二极管、三极管均为硅管，则晶体管的工作状态为A．饱和B．放大C．截止D．无法确定73.3AX31是三极管A．NPN型锗材料、高频小功率B．NPN型锗材料、低频小功率C．PNP型锗材料、低频小功率D．PNP型硅材料、低频小功率74.实践中判断三极管是否饱和、截止，最简单可靠的方法是测量A．I B B．I C C．U BE D．U CE 75.关于穿透电流I CEO，下列说法正确的是A．I CEO是指发射极开路时，集电极和基极之间的反向电流B．I CEO越小，管子性能越稳定C．硅管穿透电流比锗管大，因此硅管比锗管稳定性差D．I CEO随温度的升高而减小76.晶闸管作为变流技术理想的可控开关元件，原因之一是其导通后的管压降很小，一般在A．0.7V以下B．0.4V以下C．1V以下D．0.3V以下77.关于普通晶闸管和普通二极管的不同，说法正确的是A．晶闸管具有单向可控导电性，二极管不具备B．二极管有一个PN结，晶闸管有三个PN结C．二极管有阳极、阴极两个电极，晶闸管有阳极、阴极和控制极D．以上三种说法都正确78.如图8所示，S1、S2闭合时，白炽灯正常发光；当S2断开时，白炽灯将A．变亮B．亮度不变C．变暗D．熄灭79.用万用表判别普通晶闸管管脚极性时应选用挡A．R×1 B．R×10 C．R×100或R×1k D．R×10k80.由于晶闸管的过载能力有限，在选用时至少要考虑倍的电流裕量A．1――2 B．1.5――2 C．1.8――2.5 D．3――3.581.选取普通晶闸管额定电压的依据是A．正向重复峰值电压B．反向重复峰值电压C．正向重复峰值电压和反向重复峰值电压二者中较小者D．击穿电压82.在晶闸管标准散热和全导通时，允许通过的工频最大阳极电流为A．半波电流的峰值B．半波电流的平均值C．半波电流的有效值D．全波电流的平均值83.当晶闸管导通后，可以维持导通状态，是因为管子本身存在A．放大作用B．正反馈作用C．负反馈作用D．开关作用84.要使导通的普通晶闸管关断，必须使其阳极电流减小到低于A．额定电流B．擎住电流C．阳极电流D．维持电流85.在电路中，晶闸管承受的正反向峰值电压值为311V，为安全起见，晶闸管应选择A．KP20－3 B．KP400－4 C．KP700－3 D．KP20－7第 4 页共6 页卷Ⅱ（非选择题）二、分析题1.用示波器测量正弦电压如图所示，已知“t／div”置于“5ms／div”，X轴扩展（K＝10），“V／div”置于“1.5V／div”，则被测电压的周期、振幅、峰－峰值、有效值分别为多少？2.用示波器观察到某负载电压、电流的波形如图所示，垂直偏转因数为2V／div，水平偏转因数为1ms／div，探头衰减倍数为10∶1，请说明该电压的峰值、周期、该负载的性质。
《集成电路工艺原理》课程+试题库
一、填空题（30分=1分*30）10题/章晶圆制备1．用来做芯片的高纯硅被称为（半导体级硅），英文简称（GSG ），有时也被称为（电子级硅）。
2．单晶硅生长常用（CZ法）和（区熔法）两种生长方式，生长后的单晶硅被称为（硅锭）。
3．晶圆的英文是（wafer ），其常用的材料是（硅）和（锗）。
4．晶圆制备的九个工艺步骤分别是（单晶生长）、整型、（切片）、磨片倒角、刻蚀、（抛光）、清洗、检查和包装。
5．从半导体制造来讲，晶圆中用的最广的晶体平面的密勒符号是（100 ）、（110 ）和（111 ）。
6．CZ直拉法生长单晶硅是把（融化了的半导体级硅液体）变为（有正确晶向的）并且（被掺杂成p型或n型）的固体硅锭。
7．CZ直拉法的目的是（实现均匀掺杂的同时并且复制仔晶的结构，得到合适的硅锭直径并且限制杂质引入到硅中）。
影响CZ直拉法的两个主要参数是（拉伸速率）和（晶体旋转速率）。
8．晶圆制备中的整型处理包括（去掉两端）、（径向研磨）和（硅片定位边和定位槽）。
9．制备半导体级硅的过程：1（制备工业硅）；2（生长硅单晶）；3（提纯）。
氧化10．二氧化硅按结构可分为（）和（）或（）。
11．热氧化工艺的基本设备有三种：（卧式炉）、（立式炉）和（快速热处理炉）。
12．根据氧化剂的不同，热氧化可分为（干氧氧化）、（湿氧氧化）和（水汽氧化）。
13．用于热工艺的立式炉的主要控制系统分为五部分：（工艺腔）、（硅片传输系统）、气体分配系统、尾气系统和（温控系统）。
14．选择性氧化常见的有（局部氧化）和（浅槽隔离），其英语缩略语分别为LOCOS和（STI ）。
15．列出热氧化物在硅片制造的4种用途：（掺杂阻挡）、（表面钝化）、场氧化层和（金属层间介质）。
16．可在高温设备中进行的五种工艺分别是（氧化）、（扩散）、（）、退火和合金。
17．硅片上的氧化物主要通过（热生长）和（淀积）的方法产生，由于硅片表面非常平整，使得产生的氧化物主要为层状结构，所以又称为（薄膜）。
半导体器件芯片焊接方式
半导体器件芯片焊接方法新闻出处：电子生产设备资讯网发布时间： 2007-11-151 引言随着现代科技的发展，半导体器件和组件在工程、商业上得到了广泛应用。
它在雷达、遥控遥测、航空航天等的大量应用对其可靠性提出了越来越高的要求。
而因芯片焊接（粘贴）不良造成的失效也越来越引起了人们的重视，因为这种失效往往是致命的，不可逆的。
芯片到封装体的焊接（粘贴）方法很多，可概括为金属合金焊接法（或称为低熔点焊接法）和树脂粘贴两大类[1]。
它们连接芯片的机理大不相同，必须根据器件的种类和要求进行合理选择。
要获得理想的连接质量，还需要有针对性地分析各种焊接（粘贴）方法机理和特点，分析影响其可靠性的诸多因素，并在工艺中不断地加以改进。
本文对两大类半导体器件焊接（粘贴）方法的机理进行了简单阐述，对几种常用方法的特点和适用性进行了比较，并讨论了在半导体器件中应用最为广泛的金-硅合金焊接失效模式及其解决办法。
2 芯片焊接(粘贴)方法及机理芯片的焊接是指半导体芯片与载体（封装壳体或基片）形成牢固的、传导性或绝缘性连接的方法。
焊接层除了为器件提供机械连接和电连接外，还须为器件提供良好的散热通道。
其方法可分为树脂粘接法和金属合金焊接法。
树脂粘贴法是采用树脂粘合剂在芯片和封装体之间形成一层绝缘层或是在其中掺杂金属（如金或银）形成电和热的良导体。
粘合剂大多采用环氧树脂。
环氧树脂是稳定的线性聚合物，在加入固化剂后，环氧基打开形成羟基并交链，从而由线性聚合物交链成网状结构而固化成热固性塑料。
其过程由液体或粘稠液→凝胶化→固体。
固化的条件主要由固化剂种类的选择来决定。
而其中掺杂的金属含量决定了其导电、导热性能的好坏。
掺银环氧粘贴法是当前最流行的芯片粘贴方法之一，它所需的固化温度低，这可以避免热应力，但有银迁移的缺点 [2]。
近年来应用于中小功率晶体管的金导电胶优于银导电胶 [3]。
非导电性填料包括氧化铝、氧化铍和氧化镁，可以用来改善热导率。
硅器件和砷化镓的钎焊
硅器件和砷化镓的钎焊制造器件时，通常将处理好的硅器件芯片钎焊在管壳的基座上。
基座材料一般为194合金（ω（Cu ）为97% ~ 97.8%、ω（Fe ）为2.1% ~ 2.7%，以及少量的磷和锌），或可伐（镍28.5% ~ 29.5%、钴16.8% ~ 17.8%，余量为铁）。
有些微波功率管则要求将芯片钎焊在经过金属化的氧化铍陶瓷片上，也有些大功率管钎焊在镀镍的钼片上。
基座一般为金属或经过金属化的陶瓷片（可用电镀法制作易焊的金属化层）。
芯片背面金属化处理就复杂得多，所用金属必须与硅能形成良好的欧姆接触，而且在制做金属化层时不能破坏芯片性能，更不能玷污芯片。
由于硅与很多金属润湿性极差，并且在大气中硅表面很快生成一层二氧化硅，所以要求接触层金属对硅及二氧化硅均具有很好的润湿性，并且要求钎焊性良好，其热膨胀系数也要与硅接近。
由上述表格（半导体技术中常用金属的性能）得知，几乎没有一种单一金属能全面满足上述要求。
过去国内芯片背面常用镍层，其润湿性和钎焊性均勉强可用。
一些要求较高的器体背面常用金，但价格昂贵。
随着微电子技术的发展，不但对电子器件的技术性能要求越来越高，并且要求成本越来越低，单一层金属化已不能满足新的要求，因此近年来逐渐向多层金属化发展。
一般采用三层结构。
与硅直接接触的称为上粘附层，与钎料接触的称为下粘附层，在两者之间的是过渡层（或称阻挡层）。
1.上粘附层。
要求对硅或二氧化硅润湿性良好；对硅的欧姆接触系数小；且膨胀系数应与硅相近。
上表中只有Cr 、Ti 、V 可用选用（Al 热膨胀系数与硅相差太大，不宜选用）。
2.下粘附层。
它位于芯片背面的最外层，要求性能稳定，易于钎焊，且要求导电和导热性能良好，一般选用Au 、Ag ，近年来也有选用Sn 的。
Au 的价格最贵，Ag 表面易受H 2S 、SO 2、NO 2及Cl —污染而生成导电性很差又很难焊接的Ag 2S 、AgCl 等。
用Sn 作为下粘附层，钎焊温度较低，一般控制300℃左右。
SiC功率模块封装技术及展望
摘要SiC MOSFET器件的集成化、高频化和高效化需求，对功率模块封装形式和工艺提出了更高的要求。
本文中总结了近年来封装形式的结构优化和技术创新，包括键合式功率模块的金属键合线长度、宽度和并联数量对寄生电感的影响，直接覆铜（DBC）的陶瓷基板中陶瓷层的面积和高度对寄生电容的影响，以及采用叠层换流技术优化寄生参数等成果；综述了双面散热结构的缓冲层厚度和形状对散热指标和应力与形变的影响；汇总了功率模块常见失效机理和解决措施，为模块的安全使用提供参考。
最后探讨了先进烧结银技术的要求和关键问题，并展望了烧结封装技术和材料的发展方向。
前言近几十年来，以新发展起来的第3代宽禁带功率半导体材料碳化硅（SiC）为基础的功率半导体器件，凭借其优异的性能备受人们关注。
SiC与第1代半导体材料硅（Si）、锗（Ge）和第2代半导体材料砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）、GaAsAl、GaAsP 等化合物相比，其禁带宽度更宽，耐高温特性更强，开关频率更高，损耗更低，稳定性更好，被广泛应用于替代硅基材料或硅基材料难以适应的应用场合。
（1）禁带宽度更宽：SiC 的禁带宽度比Si高3倍以上，使其能耐受的击穿场强更高（临界击穿场强是Si基的10倍以上），故器件能承受的峰值电压更高、能输出的功率更大。
相同电压等级下，SiC功率半导体器件的漂移区可以做得更薄，可使整体功率模块的尺寸更小，极大地提高了整个功率模块的功率密度。
另外，导通电阻R on 与击穿场强的三次方成反比例关系，耐击穿场强的能力高，导通电阻小，减小了器件开关过程中的导通损耗，提升了功率模块的效率。
（2）耐温更高：可以广泛地应用于温度超过600 ℃的高温工况下，而Si基器件在600 ℃左右时，由于超过其耐热能力而失去阻断作用。
碳化硅极大提高了功率器件的耐高温特性。
（3）热导率更高：SiC器件的热导率比Si高3倍以上，高导热率提升了器件和功率模块的散热能力，减低了对散热系统的要求，有利于提高功率模块的功率密度。
可做半导体的元素
可做半导体的元素半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，具有特殊的电学性质，被广泛应用于电子工业中。
在半导体中，掺杂不同元素可以改变其电学性质，因此选择合适的元素进行掺杂是制造半导体器件的重要步骤之一。
下面将介绍可做半导体的元素。
一、硅（Si）硅是最常用的半导体材料之一，也是最重要的工业化半导体材料。
硅原子有14个电子，其中4个价电子用于形成共价键，在纯净状态下，硅是一种典型的绝缘体。
但通过掺入少量其他元素（如磷、硼等），可以改变其电学性质，使其成为n型或p型半导体。
二、锗（Ge）锗是另一种常见的半导体材料。
它与硅类似，也具有4个价电子形成共价键。
但与硅不同的是，在纯净状态下锗比较接近p型半导体。
通过掺入少量其他元素（如磷、铝等），可以将其转化为n型半导体。
三、砷（As）砷是一种五族元素，在半导体工业中常用于掺杂硅或锗制造n型半导体。
砷原子有5个价电子，其中4个用于形成共价键，剩余的1个电子是自由电子，可以增加材料的导电性。
四、磷（P）磷也是一种五族元素，与砷类似，常用于掺杂硅或锗制造n型半导体。
磷原子有5个价电子，其中3个用于形成共价键，剩余的2个电子是自由电子，可以增加材料的导电性。
五、铝（Al）铝是一种三族元素，在半导体工业中常用于掺杂硅制造p型半导体。
铝原子只有3个价电子，因此在掺入硅晶体中时会形成空穴缺陷，并且能够吸引周围的自由电子，从而形成空穴。
六、硼（B）硼是另一种三族元素，在半导体工业中常用于掺杂硅制造p型半导体。
与铝不同的是，硼原子只有3个价电子，并且很难吸引周围的自由电子形成空穴。
因此，在掺入硅晶体中时会形成少量空穴，使其成为p型半导体。
七、锑（Sb）锑是一种五族元素，在半导体工业中常用于掺杂硅或锗制造n型半导体。
锑原子有5个价电子，其中3个用于形成共价键，剩余的2个电子是自由电子，可以增加材料的导电性。
八、砷化镓（GaAs）砷化镓是一种III-V族化合物半导体材料，由砷和镓元素组成。
半导体前端知识点总结
半导体前端知识点总结一、半导体材料1. 硅硅是最常用的半导体材料，它具有丰富的资源、成本低廉、制备工艺成熟等优点。
硅片通常是通过Czochralski法或浮基法制备而成。
硅的掺杂主要包括P型掺杂、N型掺杂和I 型掺杂，其中P型掺杂通常使用硼，N型掺杂通常使用砷或磷，而I型掺杂通常使用锗。
硅的成型技术包括晶体生长、切割、抛光和清洗四个步骤。
2. 砷化镓砷化镓是另一种常用的半导体材料，它具有高电子迁移率、高饱和漂移速度等优点。
砷化镓通常通过气相外延法或分子束外延法制备而成。
砷化镓的主要器件包括HBT、FET、HEMT等。
3. 氮化镓氮化镓是一种新型宽禁带半导体材料，它具有较高的电子饱和速度、较高的击穿电场强度等优点。
氮化镓通常通过金属有机化学气相沉积法或分子束外延法制备而成。
氮化镓的主要器件包括LD、LED、FET等。
二、半导体器件1. 二极管二极管是最常见的半导体器件，它具有电压放大、整流、开关等功能。
二极管的主要性能参数包括开启电压、反向漏电流、截止频率等。
2. 晶体管晶体管是半导体前端的核心器件，它具有放大、开关、滤波等功能。
晶体管的主要性能参数包括增益、截止频率、饱和电流等。
3. 场效应管场效应管是一种常用的开关器件，它具有高输入电阻、低输入电容等优点。
场效应管的主要性能参数包括开启电压、漏电流、截止频率等。
4. 集成电路集成电路是半导体器件的集成和封装，它具有高可靠性、低功耗、小体积等优点。
集成电路的主要种类包括数字集成电路、模拟集成电路、混合集成电路等。
三、半导体工艺1. 光刻光刻是半导体器件制造中的关键工艺，它主要包括光刻胶覆盖、曝光、显影等步骤。
光刻的主要参数包括分辨率、曝光能量、显影时间等。
2. 蚀刻蚀刻是半导体器件制造中的关键工艺，它主要包括干法蚀刻、湿法蚀刻等。
蚀刻的主要参数包括蚀刻速率、选择比、均匀性等。
3. 离子注入离子注入是半导体器件制造中的关键工艺，它主要包括离子注入、退火等步骤。
各种材料的钎焊
中国焊接服务平台：中国焊接服务平台博客：各种材料的钎焊一、碳钢和低合金钢的钎焊1、钎焊材料（1）钎料碳钢和低合金钢的钎焊包括软钎焊和硬钎焊。
软钎焊中应用量广的钎料是锡铅儿料，这种钎料对钢的润湿性随含锡量的增加而提高，因而对密封接头宜采用含锡量高的钎料。
锡铅钎料中的锡与钢在界面上可能形成FeSn2金属间化合物层，为避免该层化合物的形成，应适当控制钎焊温度和保温时间。
几种典型的锡铅钎料钎焊的碳钢接头的抗剪强度如表1所示，其中以w(Sn)为50%的钎料钎焊的接头强度最高，不含锑的钎料所焊的接头强度比含锑的高。
表1 锡铅钎料钎焊的碳钢接头的抗剪强度碳钢和低合金钢硬钎焊时，主要采用纯铜、铜锌和银铜锌钎料。
纯铜熔点高，钎焊时易使母材氧化，主要用于气体保护钎焊和真空钎焊。
但应注意的是钎焊接头间隙宜小于0.05mm，以免产生因铜的流动性好而使接头间隙不能填潢的问题。
用纯铜钎焊的碳钢和低合金钢接头具有较高的强度，一般抗剪强度在150～215MPa，而抗拉强度分布在170～340MPa之间。
与纯铜相比，铜锌钎料因Zn的加入而使钎料熔点降低。
为防止钎焊时Zn的蒸发，一方面可在铜锌钎料中加入少量的Si；另一方面必须采用快速加热的方法，如火焰钎焊、感应钎焊和浸沾钎焊等。
采用铜锌钎料钎焊的碳钢和低合金钢接头都具有较好的强度和塑性。
例如用B-Cu62Zn钎料钎焊的碳钢接头抗拉强度达420MPa，抗剪强度达290MPa，银铜站钎料的熔点比铜锌钎料的熔点还低，便于针焊的操作。
这种钎料适用于碳钢和低合金钢的火焰钎焊、感应钎焊和炉中钎焊，但在炉中钎焊时应尽量降低Zn的含量，同时应提高加热速度。
采用银铜锌钎料钎焊碳钢和低合金钢，可获得强度和塑性均较好的接头，具体数据列于表2中。
表2 银铜锌钎料钎焊的低碳钢接头的强度（2）钎剂钎焊碳钢和低合金钢时均需使用钎剂或保护气体。
钎剂常按所选的钎料和钎焊方法而定。
当采用锡铅钎料时，可选用氯化锌与氯化铵的混合液作钎剂或其他专用钎剂。
半导体工艺常用材料
半导体工艺常用材料
半导体工艺常用的材料有硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）、氮化镓（GaN）等。
这些材料具有特殊的电子特性，可以用于制
造各种半导体器件，如晶体管、集成电路、光电子器件等。
其中，硅是最常用的半导体材料，因为它在地壳中丰度高、成本低，并且具有优良的物理和化学性质。
此外，其他材料如锗、砷化镓、磷化铟等也常用于特殊领域。
在半导体工艺中，除了半导体材料本身外，还需要使用各种掺杂剂、胶体二氧化硅等辅助材料。
掺杂剂是用来改变半导体材料的电学特性，使其具有更优良的导电性能。
胶体二氧化硅则常用于制备光子晶体、微处理器、电容器等器件，其制备基于流体催化技术，通过高温氧化硅沉淀在基底表面制成。
总之，半导体工艺中需要使用多种材料，每种材料都具有独特的特性和用途。
随着科技的不断进步，新的半导体材料和工艺技术也不断涌现，为未来的电子工业发展提供了更多可能性。
先进材料在机械设计中的性能研究与应用
先进材料在机械设计中的性能研究与应用摘要：本论文探讨了先进材料在机械设计中的性能研究与应用。
通过研究不同种类的先进材料，如复合材料、纳米材料和高性能合金，分析它们在机械设计中的性能特点和潜在应用领域。
研究发现，先进材料具有优异的力学性能、热学性能和耐腐蚀性能，可以广泛应用于汽车制造、航空航天、医疗设备等领域，提高了产品的性能和可靠性。
关键词：先进材料、性能研究、机械设计、应用领域。
引言：随着科技的不断进步，新型材料的涌现为机械工程带来了前所未有的机遇和挑战。
这些先进材料，如复合材料、纳米材料和高性能合金，具有卓越的性能特点，包括轻量化、高强度、高耐磨性等，为机械设计提供了广阔的发展空间。
本文将深入探讨这些先进材料的性能研究成果以及在机械设计中的实际应用。
我们将关注不同领域中的案例研究，探讨先进材料如何改善产品的性能和可靠性。
通过此研究，我们旨在为机械工程师、研究人员和决策者提供有关如何充分利用先进材料的实用建议，以推动机械制造业的可持续发展。
一、先进材料的分类与特性一种常见的先进材料类别是复合材料。
复合材料由两种或更多种不同类型的材料组成，它们的特性结合在一起，以产生具有独特性能的材料。
这些材料通常具有高强度和轻量化的特点，因此在航空航天、汽车制造和体育用品制造等领域中得到广泛应用。
复合材料的特性还包括耐腐蚀性和高温稳定性，使其成为各种极端环境下的理想选择。
另一类先进材料是纳米材料。
纳米材料具有纳米级尺寸的特点，通常在1到100纳米的范围内。
由于其小尺寸，纳米材料表现出与宏观材料不同的特性。
例如，纳米材料可以具有更大的比表面积，从而增强了其化学反应性和电子传输性能。
纳米材料在电子、医疗、能源存储和传感器等领域中有广泛应用。
另一个重要的先进材料类别是功能性材料。
这些材料表现出在特定条件下可以改变其性质或执行特定功能的能力。
例如，形状记忆合金是一种功能性材料，它可以在受到外部刺激时恢复其原始形状。
其他功能性材料包括压电材料、光敏材料和磁性材料，它们在传感、执行机构和数据存储等应用中具有重要作用。
半导体常用材料知识点总结
半导体常用材料知识点总结1. 硅(Si)硅是最为常见的半导体材料，因为其丰富的资源和成熟的生产技术，被广泛应用于半导体工业。
硅材料具有可靠的物理性能，硅基半导体器件如晶体管、集成电路等都是使用硅材料制成的。
此外，硅材料还可以进行掺杂，形成n型和p型半导体，用于制作二极管和晶体管等元件。
2. 砷化镓(GaAs)砷化镓是另一种常见的半导体材料，具有较高的移动率和较宽的能隙，适用于高频器件、激光器以及光电器件。
与硅相比，砷化镓的性能在一些方面更优秀，因此在一些特定领域有着更广泛的应用。
3. 硒化镉(CdSe)硒化镉是一种II-VI族的半导体材料，具有较大的光学能隙和优异的光电性能，因此被广泛应用于光电器件领域，如光伏电池、光电探测器等。
4. 砷化铟(InAs)砷化铟是另一种III-V族的半导体材料，具有较高的载流子迁移率和较小的电子有效质量，适用于高频器件、高速电子器件和光电器件。
5. 碳化硅(SiC)碳化硅是一种宽禁带半导体材料，具有较高的热稳定性和较大的击穿电场强度，适用于高温、高频、高压等极端环境下的电子器件和功率器件。
6. 氮化镓(GaN)氮化镓是一种III-V族的半导体材料，具有较大的击穿电场强度和较高的饱和漂移速度，适用于高功率、高频率的射频器件和光电器件。
7. 磷化铝(AlP)磷化铝是一种III-V族的半导体材料，具有较低的能隙和较高的电子迁移率，适用于红外探测器、太阳能电池等光电器件。
总结来说，半导体材料具有丰富的种类和优异的性能，被广泛应用于电子器件、光电器件、能源器件等领域。
随着科学技术的发展，新型半导体材料的研究也在不断推进，相信未来半导体材料的应用领域会更加广泛，性能也会更加优越。
[doc] 砷化镓与硅半导体制造工艺的差异分析
![[doc] 砷化镓与硅半导体制造工艺的差异分析](https://img.taocdn.com/s3/m/32d5a0cb7e21af45b207a833.png)
砷化镓与硅半导体制造工艺的差异分析TREND盎j一～00趋势扫2003/9廿田趋势扫描(error)情形,因此所制造出来的产品可靠性相对提高,其稳定性并可解决卫星通讯时暴露于太空中所招致的辐射问题.目前砷化镓在通讯IC应用中以手机的应用所占比率最高,手机内部结构主要可分为基带(BASEBAND),中频()及射频(RF).高频通讯信号自天线接收后,首先经过射频电路处理,射频电路主要器件包含功率放大器(PA),低噪声放大器(LNA),双工(Diplexer,Duplexer),TRSwitch,声波表面滤波器(SawFilter)等,因为需直接接触高频信号,这也是移动电话结构中砷化镓最能着墨的地方.但近来因硅的RFCMOS技术成熟介入,而使得砷化镓在射频比例逐渐下降,但在PA的应用上仍是以砷化镓为主要制造材料.近年来由于无线通讯迅速的发展,许多中国台湾地区厂商相继投入Ⅲ一V族半导体砷化镓产业, 基于中国台湾地区过去在硅IC制造工艺成功的经验,业者莫不希望能继硅半导体后,砷化镓IC产业能成为中国台湾地区另一波IC制造业的高峰,此乃因为二者同为IC产业,在工艺技术方面,有些硅制造工艺的技术及设备可以直接转移到砷化镓制造工艺上,而中国台湾地区在硅IC产业制造工艺上已有雄厚的基础.虽是如此,但是由于材料不同的关系,导致磊晶成长方式,黄光,蚀刻,金属化制造工艺以及后段背面处理等工艺技术,皆不尽相同,参考表1,因此以下即以砷化镓制造工艺与硅制造工艺的技术面差异进行比较,并就中国台湾地区砷化镓产业的发展进行市场面的分析与探讨.砷化镶与硅半导体制造工艺差异分析由于材料不同的关系,砷化镓与硅半导体制造的工艺技术并不相同.在器件方面,硅1{2器件绝大部分是金属氧化半导体(MOS)器件,因为硅最大的优势可以成长出品质良好的氧化层结构,利用这层氧化层制造出目前我们最常用的MOS晶体管.而砷化镓虽然无法成长出良好的氧化层结构,但有先天的高电子迁移率的材料特性优势,及可利用不同的III—V族元素组成不同的能带结构,而设计出异质接面(heterojunction)器件,这些特性使得III—V族材料发展出极高速各种不同的电子器件,如高电子迁移率晶体管(HEMT)和异质接面双载子晶体管(HBT)等,目前砷化镓IC产业即是以此类异质接面器件为最主要产品.硅MOS制造方式主要是在硅基板上,经由热氧化形成氧化层,再经离子布植掺杂形成主动层及殴姆接触,其后经金属化及金属蚀刻~I2艺技术制作出MOS器件.但砷化镓制造工艺却大不相同,如砷化镓HEMT器件其主动层主要是以M0CVD或MBE的磊晶成长方式,成长出所要的磊晶结构经由离子布植或蚀刻的方式制作绝缘层,再镀上资料来源:2002年通iK产业研讨会;工业技术研究院mK(2003/05) 奥姆金属,并经由高温退火形成良好的奥姆接触.门极制作是先经门46篓2003/9TRENDANALYS}趋势扫描极蚀刻,其后镀上萧基接触金属,经由掀离(1ift一主动层,即使是有磊晶成长(如BipolarJunctionoff)的方式完成门极电极.金属连接导线是以电镀传输线及空气桥结构完成,最后使用PECVD成长氮化硅(SiN)保护层,同时并有极为复杂的后段背面处理工艺技术,包含半导体磨薄,背面穿孔,溅镀连接导线等.半导体制造工艺完成后,最后切割形成IC或单独器件.图1为HEMT器件前端及Transistor,BJT),皆是以cVD为主,并无精确控制其接口成分的必要性.另外目前新兴以硅锗(SiGe)材料为主的BiCMOS制造工艺,其磊晶成长主要以uHVcVD技术为主,成长时需在工艺技术中使用选择性成长方式以便与CMOS技术集成,因此并无像砷化镓磊晶一般有专业代工厂成长磊晶层.后端工艺技术的流程介绍,以下就各个制造工艺部...微影制造工艺分硅和砷化镓IC不同处作简单的探讨.在一般微影制造工艺方面,砷化镓也有很多前段工艺技术的差异主动层的形成由于目前砷化镓器件市场定位以高性能特性取胜,因此器件皆以异质接面方式成长为主,以求达到最佳的器件功能,目前器件以HEMT及HBT 为市场主流,主要都是以磊晶成长方式完成.在磊晶方面,由于砷化和硅制造工艺不同的地方,目前砷化镓代工以4英寸及6英寸较多,大部分工艺技术是使用步进机(stepper)来曝光形成高分辨率的图案,而有少数几层制造工艺,如HEMT的0.15微米以下的门极制造工艺,是使用电子束微影工艺技术,此外半导体后段背面处理工艺技术,则是使用接触式曝光机(contactaligner)完成.在光源方面,目前砷化IcR02O03,9≯TRENDASlS趋势扫描镓是使用I-line的灯源,而在硅IC厂商中小线宽工艺技术使用的深紫外线(DeepuV)光源,由于目前造价昂贵,且砷化镓小线宽Ic需求量不是很大,因此一般砷化镓厂商很少使用此光源.在半导体载具方面,目前硅基板最大尺寸为12英寸,而砷化镓最大只有6英寸,且由于砷化镓半导体较硅半导体易碎,所以机台在自动置人砷化镓半导体时,移动速度需要较慢,才不会导致砷化镓芯片碎裂,因此虽然砷化镓使用的I—line步进机大致与硅使用者相同,机台的载具仍需经过特殊改装.由于砷化镓目前只有6英寸厂,因此步进机大半都是选购硅6英寸厂旧机器改装.在光学微影部分,最特别的是砷化镓HEMT器件中的门极(gate)金属,基于器件功能要求线宽须小于0.2微米,同时需形成T型门极以降低电阻,所以需要用到电子束(e—beam)微影技术.电子束微影系统的优点在于可以曝出非常精准,高分辨率及尺寸很小的线宽,约小于0.15微米,同时重复性及正品率皆高,但是缺点为机台造价昂贵且量产速度较慢.由于砷化镓目前只有HEMT这一道门极制造工艺需要用到电子束微影系统,所以较不会影响到产能.在电子束微影光阻选择方面,一般是使用PMMA系列,通常需使用多层光阻制造工艺,以达到小线宽,T型门极,掀离(1ift—off)制造工艺的要求.而在硅IC制造工艺中,目前并没有使用到电子束微影系统,主要因为所需要小线宽层数很多, 若使用电子束微影量产速度过慢,相对的成本也会跟着提高,同时电子束微影工艺技术每一层都需要寻找电子束的对准标记,若使用在硅制造工艺上会有无法找到对准标记问题,所以硅IC制造工艺中,目前并没有用到电子束微影技术.而在微48粤MI粤CRO-2003/9小线宽上,硅IC系使用相位移光罩(PSM)技术,配合deepuV步进机生产.金属化制造工艺在金属导线方面,目前硅IC制造工艺中都是使用蚀刻金属的方式来定义导线位置,先沉积整片的金属层,再由光阻定义导线位置,经由蚀刻的方式来形成导线,用此方式可以得到较干净,正品率较高的IC.但是砷化镓器件的金属层结构复杂, 通常使用多层金属,才能达到规格的要求.n型砷化镓的奥姆接触(Ohmiccontact)的金属化制造工艺,一般使用金锗/镍/金(AuGe/Ni/Au)系统,此乃因砷化镓的掺杂质在砷化镓的溶解度不够高, 不易形成低电阻的奥姆接触.不像硅表面只要经由离子布植掺杂较高浓度的杂质(dopant),就可容易的形成奥姆接触.因llt:n型砷化镓需要高温退火形成金锗合金,才能得到良好的奥姆接触特性. 门极箫基接触(Schottkycontact)金属化制造工艺, 一般使用钛/铂/金(Ti/Pt/Au)等多层金属,由于金属层复杂非常不容易蚀刻,所以一般砷化镓制造工艺都使用掀离(1ift—off)技术来形成奥姆,萧基接触金属及连接导线金属及金属化制造工艺. 金属掀离技术是砷化镓金属化最主要的工艺技术,此技术不用干式蚀刻方式,可减少干式蚀刻造成表面的破坏伤害,因此较不易产生表面状态(surfacestate),造成器件特性退化.掀离技术有高分辨率,能够形成小线宽,但缺点为和硅制造工艺由蚀刻所定义出的导线比较下正品率较差.金属掀离技术之制造的方式为:先旋转涂布上单层或双层对光不同灵敏度的光阻,经由软烤,曝光定义出所要留的金属图案后,经显影后光阻会形成底切(undercut)的结构,再利用电子束蒸镀(electronTRENDANALY趋势扫描be锄evaporation)方式完成此制造工艺,因为电子束蒸镀较有方向性,镀上金属后,再浸泡在丙酮内,则溶剂会渗入有光阻的部分而使金属在光阻上的部分掀离,最后留下所定义的金属导线,因此一般金属掀离制造工艺,皆以电子束蒸镀方式为主,图2为掀离技术示意图.在镀金属薄膜设备方面,一般砷化镓制造工艺常用两种机台,一是电子束蒸镀机(electron beamevaporator),另一为溅镀机(sputter).如前述砷化镓的奥姆金属,箫基金属,连接导线等,需要用到掀离技术,就必须使用垂直方向性较好的电子束蒸镀机.而砷化镓还有和硅不同的制造工艺～一背面穿孔(viahole)接地工艺技术,需要使用阶梯覆盖性(stepcoverage)较好的机台,来确定连接金属不会断线,所以需使用溅镀机,使金属能够完全覆盖孔洞.另外,使用溅镀机可以镀上熔点较高的金属如钨金属等,而电子束蒸镀则较不易镀高熔点的金属.离子布植技术砷化镓IC制造工艺中离子布植亦是极重要的一环,在器件间绝缘(isolation)方面,砷化镓是使用离子布植的方式打人氦离子等,使砷化镓材料电阻值变大,达到器件间绝缘效果.而硅制造工艺并不是利用离子布植的方式绝缘,而是用挖沟槽的方式,在洞内成长绝缘介质材料造成绝缘的效果.砷化镓的离子布植除了应用在器件间的绝缘部分外,还有用在MESFET的信道层(channe1),形成奥姆接触的高掺杂浓度层,及P型缓冲绝缘层等.而HBT器件由于是属于垂直结构,主动局域(activeregion)较深,所以在作离子布植绝缘时,需要用较高的能量约200～400keY,使用较轻元素的氦离子,才能够植入较深达到绝缘效果. 一般砷化镓的离子布植,使用能量较高,甚至达400keV,而离子布植机一般使用中,低电流为主, 此与硅IC制造工艺使用高电流离子布植机不同. 蚀刻工艺技术砷化镓制造工艺中有干式蚀刻和湿式蚀刻,其中湿式蚀刻应用在一些砷化镓材料本身的蚀刻上,为制造工艺上极为关键的步骤.砷化镓湿式蚀刻基本上有非等方向的本质(anisotropic),其使用的蚀刻化学溶液和硅制造工艺不同,如硅是使用硝酸与氢氟酸的}昆合溶液来进行蚀刻,而砷化镓可以用磷酸,双氧水与水的混合溶液蚀刻.比较特492003/9iS趋势扫描别的是,由于砷化镓为二元化合物,在不同面蚀刻后形状会不一样,随着不同平面,不同方向,不同溶液侵蚀,蚀刻后的形状可能为V字型,亦可能为底切(undercut)形状.不同形状对金属导线连接会有影响,例如跨平台端的导线是底切那面的话, 就会发生断线问题,另外不同的蚀刻后平面形状对器件的电性也会有影响,所以在光罩金属线路设计上,需要特别注意蚀刻的非等方向性.在干式蚀刻方面,一般硅IC在制造过程中会蚀刻材料层硅,氧化层,介电层和金属等材料,而砷化镓器件制造工艺中的干式蚀刻主要是以III.V 族半导体材料,介电层和光阻等为主,一般金属并不以干式侵蚀.而使用的机台和硅制造工艺类似, 通常普遍使用的设备为活性离子反应器(Reactive IonEtCher,RIE)和感应耦合式电浆蚀刻机(InductivelyCoupledPlasmaReactor,ICP)等,蚀刻不同材料时所用的反应气体不同,如硅制造工艺中要蚀刻硅或是二氧化硅时,使用四氟化碳(c)和氧气(o),而砷化镓制造工艺中蚀刻砷化镓使用三氯化硼(BCI)或六氟化硫(s)等,蚀刻光阻则使用氧气电浆l其中孔洞(via—hole)蚀刻及氮化镓(GaN)材料蚀刻时需要较高的蚀刻速率,通常以ICP蚀刻为主.在砷化镓HEMT和MESFET器件制造工艺中,需要有门极蚀刻(gaterecess)工艺技术,可以减少门极和源极间电阻,并且增加器件操作时的崩溃电压(breakdownvoltage),但此制造工艺需要准确的控制蚀刻深度及蚀刻后表面的平整度,临界电压才会平均,也不会有表面状态而造成漏电流及电流无法截止(pinch一5O2OO3/9off)的状况,硅IC并没有此门极蚀刻制造工艺.图3为HEMT器件门极蚀刻位置图,此制造工艺目前可使用干式和湿式蚀刻的方式来蚀刻门极,湿式蚀刻不会造成表面材料的伤害,但是整片蚀刻深度不均匀,且再现性较差,较不稳定,目前解决办法可以在中间多成长一层蚀刻停止层(etchstop layer),可以有效的控制蚀均匀刻深度.而干式蚀刻虽有较佳的选择性侵蚀,可以均匀的控制蚀刻深度,并且再现性较高,但是有可能造成表面的伤害和污染,目前可以在干式蚀刻加溶液稍湿式蚀刻,以减少表面伤害,并得较佳的侵蚀均匀度.而砷化镓器件中,对表面状态较不敏感的低噪声放大器(LownoiseAmplifier,LNA) HEMT可以使用干式蚀刻来蚀刻门极,因为器件信道层(channe1)在磊晶层内,对表面状态较不影响,而用在高功率的PowerMESFET,对器件表面状态较敏感,所以必须使用湿式蚀刻.D空气桥技术在金属多层连接导线方面,由于硅器件集成度较砷化镓来的高,为了各器件的电路连结,5,6 层的金属导线是必备技术,目前硅IC是使用铝金属导线及低电阻的铜导线技术;而金属层间的介电质材料,为使电容变小以降低Rc延迟时间,因此会使用lowk介电材料.而为使多层导线能顺利制造,硅IC还有平坦化制造工艺使表面平坦,以利于聚焦及微影工艺技术.而砷化镓为微波器件,其工艺技术的IC集成度并不像硅IC--~,只需要2～3层导线就足够,目前大都是使用金导线,而为了使砷化镓器件在操作更高频率时能降低RC延迟时间,一般使用空气桥(air—bridge)结构制造工艺,因为空气的介电常数为最低值为1,可使电容为最小.除此外电镀的传输线一般以金为主,厚度约2～3微米,如此可使电阻变小,可以有效的增加高频特性,这些都是硅制造工艺中所未使用的技术.背面与后段工艺技术差异分析砷化镓虽然电子速度较快,但由于导热系数较硅来的小所以散热较差,在高频操作时会造成器件温度太高,而影响到电性,所以砷化镓在做完前段工艺技术后,有后段背面处理工艺技术.背面处理制造工艺通常为利于器件散热而将基板磨薄,一般低噪声器件约磨薄至100微米,TRENDANALYS趋势扫描而功率器件由于操作时温度较高,需磨薄至50微米散热较好.此外,为减少高频打线的电感效应,通常以穿孔方式接地,此工艺技术使用ICP干式蚀刻进行背面穿孔(viahole),再以溅镀的方式镀上连接导线,因溅镀薄膜阶梯覆盖性较好,才不会有断线问题,将导线以最短的距离连接到背面.由于背面孔洞接地传输距离最短,在高频时才有良好的电性,这也是和硅制造工艺中不一样的地方,以下说明砷化镓半导体背面处理的工艺技术:半导体薄化技术半导体薄化的目的是为了达到较佳的散热性及电性,通常会将芯片磨薄至150或100m左右的厚度.砷化镓器件操作时,会在极微小的局域内产生很多的热量,这些热量通常是经由砷化镓背面传出.但是砷化镓半导体的导热性并不佳,因此须将芯片磨薄,让热量尽速传递到导热性良好的金属层,达到良好的散热.电性上的考虑,是因为在MMIC中,微传导带(microstriptransmissionline)的尺寸和芯片厚度有关,厚度越大,晶粒(chips)的尺寸也相对须增大不符成本.而且背面蚀刻穿孔,通常也仅适用于较薄的芯片.半导体薄化可采用半导体研磨(Wafergrinding),半导体研削(waferlapping),半导体抛表2中国台湾地区半导体厂技术领|曩注:一已完成开发O开发中x未有开发计划资料来源:工业技术研究院机械所;工业技术研究院IEK(2003/06) 512OO3,9DlS趋势扫描光(waferpolishing),湿式蚀刻等方法,其中以半导体研磨的效率较高且广被使用.由于III/V族材料(如GaAs)研磨后产生的粉尘会有碍人体健康,因此需要经过处理.半导体研磨时,会造成芯片表层的微缺陷(surfaceandsub—surfacedefect).这些缺陷及表面残留应力,可经由半导体抛光或湿式蚀刻的方式将其去除.半导体背面蚀刻穿孔与金属化制造工艺接将芯片内的晶粒切割分立,此技术广泛使用于硅半导体的处理上.由于砷化镓半导体较薄,因此有些砷化镓半导体厂采用画线及折断(scribe&break)技术进行切割一一借助半导体定位平台的精确水平移动,利用钻石刀具在化合物半导体芯片上下运动配合来进行划线切割,再以滚轮或压棒施压于芯片背面,达到垂直折断使晶粒完整分立.由于画线及折断的方法属干式制造工艺(dicing须使用切削液来冷却温度)较不会有污背面穿孔的目的是将正面的金属和背面的接地染芯片的疑虑,并且浪费的材料也较少.连接起来,当半导体磨薄后,接着在背面镀上光阻,借助半导体背面图案和正面图案的对准进行曝光,制作出所要的图形,接着用干式蚀刻方式,蚀刻到正面的金属垫(metalpad)为止,然后将光阻去除.蚀刻穿孔大致分成湿式蚀刻及干式蚀刻两种方法,湿式蚀刻是等向性蚀刻(若不考虑晶格结构方向所产生的影响),会有底切的现象,使蚀刻出的底孔过大,但对金属的蚀刻选择性较佳.干式蚀刻可从事非等向性蚀刻,可作较高宽/深比的孔洞.MMIC的背孔工艺技术,通常使用干式蚀刻,尤其是反应式离子蚀刻(reactiveionetching,RIE). 常用的干式蚀刻设备,包括感应耦合电浆蚀刻机(ICP),电子回旋共振式电浆蚀刻机(ECR)等.当背面穿孑L完成后,就可使用溅镀方式在背面镀上一层薄金属,然后再用电镀方式镀至所需厚度.角度太直的孔洞会使溅镀金属无法良好沉积于孔洞侧壁,因此前制造工艺所蚀刻的孔洞需有稍微的倾斜角度在背面金属化后,再利用微影,蚀刻的制造工艺将切割道(sawstreet/scribeline)的金属(Au)去除掉,让后续的切割制造工艺更容易进行. 在半导体切割部分可分为两种,第一种技术为半导体切割技术(dicingsaw),使用旋转刀具直522OO3,9中国台湾地区目前有四家厂商投注于砷化铱代工虽然目前全球主要通讯IC厂商大部分均为集成器件制造商模式,自行生产芯片并搭配自有系统产品,但在预期全球手机市场仍有4～5亿支的需求且市场在未来数年仍将成长的状况下,看好专业代工制造将有其市场空间,近年来三五族半导体半导体厂相继成立,也使得中国台湾地区成为全球砷化镓专业代工的重镇.中国台湾地区的砷化镓代工业者在1998～2000年间如雨后春笋般先后投资设立,目前中国台湾地区有四家砷化镓代工业者:宏捷(AWSC),稳懋(win),全球联合通信(GeT),尚达(Suntek),其中稳懋和全球联合通信两家一开始即以6英寸砷化镓半导体技术切人,宏捷,尚达则是由4英寸半导体开始生产,在工艺技术上大半专注于HBT制造工艺,产品应用上多以手机的功率放大器为主.中国台湾地区厂商投入砷化镓产业的半导体代工业务厂商中,其中速度较快的稳懋半导体首先于2000~资1亿美元,兴建全球首座6英寸砷化镓半导体厂,年产规模为10万片.而在南科的宏捷科技在2000年4月完成4英寸砷化镓半导体生产线,目前已为美商SkyWorks代工产品,提供2mHBT的工艺技术,以及量产制作单晶微波集成电路(MMIC)模块.而另一家由大众集团投资的砷化镓代工厂全球联合通信(a),除手机PAMMICgF,近来也积极接触sAwfilter,光纤DWDM系统用的AWG代工机会,并也朝向微机电方面发展.中国台镓代工产业,历经2～3年的技术与市场的发展,尽管目前在技术,制造工艺掌握等方面多已就绪,然因产品认证期较长,无线通讯产业景气发展低迷,市场产能过剩,集成器件制造商厂释单情况仍相当暖昧等因素影响,使2O02年中国台湾地区多数砷化镓代工业者发展仍看不到成长. 以2002年各家砷化镓半导体代工业者营收比较,以稳懋营收约人民币0.6亿元位居中国台湾地区同业首位,尽管2002年营收较2001年有倍数的成长,然以整体砷化镓产业来说,市场供过于求的态势仍然持续,加上国际集成器件制造商大厂委外释出代工订单的意愿仍相当保守,是促使中国台湾地区砷化镓代工业者发展不如预期的主因.由于目前无线主要通讯技术掌控在国外大厂手中,如砷化镓前三大厂RFMD,Vitesse,TriQuint,2001年市占率三者合计即超过四成,因此技术与代工订单取得不易,一般验证期长达9—18个月,而以技转方式又不易取得先进制造工艺且增加生产成本,再者受世界景气影响需求量减低,过去1年客户下单量产意愿不高等.尤其近期在科胜讯与Alpha经由产品技术互补而合并,取得的新产能并创造出的强劲竞争力, 此外同业合并效应已逐渐在欧美等地出现,对正值起步的中国台湾地区砷化镓代工业者来说,短期内也将有一定程度的影响.而在中国台湾地区TREND ANASi≥趋势扫描{整体砷化镓产业发展来看,中国台湾地区相关设计公司不足,关键技术无法掌握与RE模块封装厂缺乏技术研发能力等问题,也将造成中国台湾地区产业发展瓶颈.目前短期内IC设计业者对砷化镓代工厂来说应仍为主要的客户群,不过由于IC设计业者从产品开发至通过认证时间长达2—3年,而多数RFIC 设计业者在近两年才有较大幅度的投入生产,因此短期内欲有大量订单挹注的机会也不甚容易.不过若从手机的市场局域来看,鉴于亚洲地区手机制造集结,加上国际大厂目前也赴北京设立研发中心,因此未来寻求在亚洲地区委外代工的机会也将扩大增加,而中国台湾地区砷化镓产业发展架构成型,未来有很大的机会吸引大厂来台进行合作. 虽然2O02年产业景气低迷,然而厂商在此时积极寻求国外大厂进行生产认证并获致不错的成过.如宏捷在去年通过科胜讯的认证,稳懋也已通过日系集成器件制造商厂的认证并已小量出货,对中国台湾地区砷化镓产业发展来说均是相当正面的消息虽然通过认证初期,实质订单应仍在少量,然经由资格取得,一旦景气实质复苏,后续成长机会将相当大.近来由于集成器件制造商厂产能提升,目前受无线通讯产业器件库存逐渐去化完成,且GPRS系统应用逐渐普及等刺激,国际砷化镓集成器件制造商大厂产能利用率已有回温的态势出现,加上业者已逐步通过通讯厂商的认证并获致初步的成果,预期2003全球手机市场仍有4.3亿只的需求,未来在成本与竞争力考虑下,期望待景气回升时,能够带动中国台湾地区砷化镓代工产业进一步的成长.o (本文作者目前分别任职于工业技术研究院机械所,交大材料所以及工业技术研究院inK)本刊内容系由中国台湾地区新电子科技杂志(Micro—ElectronicsMagazine)授权提供.532O03/9。
关于半导体材料硅和砷化镓的钎焊
关于半导体材料硅和砷化镓的钎焊半导体材料种类繁多，但除硅与砷化镓外，工业上利用钎焊技术进行链接的并不多。
再者，半导体材料的特性与所含杂质的成分和数量有关。
两种材料之间必须保证是欧姆接触。
为了保证材料的性质不变，在钎焊过程中，钎焊温度必须低于母材的最高工作温度。
钎焊方法分两种：一种为普通软钎焊，即用钎料片放置于半导体材料和管壳或引线之间进行钎焊；另一种为共晶钎焊，即在半导体材料上覆盖多层金属膜，升温过程中金属膜之间互相扩散成共晶成分，当温度达到共晶熔化温度时，金属膜融化使半导体材料与管壳等连到一起。
半导体材料的钎焊一般都在保护气氛中进行。
钎焊温度通常不超过450℃。
半导体材料是电阻率介于导体（主要是金属）和非导体（电介质）之间的一类物质。
它们的点阻力介于10-4~109Ω·cm之间。
半导体材料的应用特性极大地依赖于其中所含的微量杂质。
若半导体材料中的杂质含量从10-9变到10-2，则它的电导率会变化数百万倍。
半导体材料的另一个特征是，它传导电流时不仅依靠电荷——电子，而且依靠在数量上与电子相等的正电荷——空穴。
电子导电性称为n型导电性，空穴导电性称为p型导电性。
具有半导体性质的材料种类繁多，按化学成分可分成六类。
1.元素半导体材料。
元素半导体材料有硼（B）、碳（C）、硅（Si）、锗（Ge）、锡（Sn）、磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、硫（S）、硒（Se）、碲（Te）和碘（I）等十二种元素。
硅、锗、硒是常用元素半导体材料。
硒是最早使用的元素半导体材料，主要用于制造硒整流器，硒光电池和静电复印半导体。
锗是一种稀有元素，是工业上最先实用化的半导体材料，由于在地壳中含量极少，大约为百万分之二，而且极为分散，因此料源十分贫乏。
锗的禁带宽度（0.67eV）比硅的宽度（1.08eV）小，因而锗器件的最高工作温度（≈100℃）较硅器件（≈250℃）低；锗的电阻率范围较硅小三个数量级；用于制造器件的品种少，不宜制作高反向耐压的大功率器件。
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关于半导体材料硅和砷化镓的钎焊半导体材料种类繁多，但除硅与砷化镓外，工业上利用钎焊技术进行链接的并不多。
再者，半导体材料的特性与所含杂质的成分和数量有关。
两种材料之间必须保证是欧姆接触。
为了保证材料的性质不变，在钎焊过程中，钎焊温度必须低于母材的最高工作温度。
钎焊方法分两种：一种为普通软钎焊，即用钎料片放置于半导体材料和管壳或引线之间进行钎焊；另一种为共晶钎焊，即在半导体材料上覆盖多层金属膜，升温过程中金属膜之间互相扩散成共晶成分，当温度达到共晶熔化温度时，金属膜融化使半导体材料与管壳等连到一起。
半导体材料的钎焊一般都在保护气氛中进行。
钎焊温度通常不超过450℃。
半导体材料是电阻率介于导体（主要是金属）和非导体（电介质）之间的一类物质。
它们的点阻力介于10-4~109Ω·cm之间。
半导体材料的应用特性极大地依赖于其中所含的微量杂质。
若半导体材料中的杂质含量从10-9变到10-2，则它的电导率会变化数百万倍。
半导体材料的另一个特征是，它传导电流时不仅依靠电荷——电子，而且依靠在数量上与电子相等的正电荷——空穴。
电子导电性称为n型导电性，空穴导电性称为p型导电性。
具有半导体性质的材料种类繁多，按化学成分可分成六类。
1.元素半导体材料。
元素半导体材料有硼（B）、碳（C）、硅（Si）、锗（Ge）、锡（Sn）、磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、硫（S）、硒（Se）、碲（Te）和碘（I）等十二种元素。
硅、锗、硒是常用元素半导体材料。
硒是最早使用的元素半导体材料，主要用于制造硒整流器，硒光电池和静电复印半导体。
锗是一种稀有元素，是工业上最先实用化的半导体材料，由于在地壳中含量极少，大约为百万分之二，而且极为分散，因此料源十分贫乏。
锗的禁带宽度（0.67eV）比硅的宽度（1.08eV）小，因而锗器件的最高工作温度（≈100℃）较硅器件（≈250℃）低；锗的电阻率范围较硅小三个数量级；用于制造器件的品种少，不宜制作高反向耐压的大功率器件。
因此在半导体器件的应用上大部分已被硅代替。
硅是一种性能优越、资源丰富、工艺成熟和应用广泛的元素半导体材料。
从20世纪60年代开始称为主要半导体材料。
主要用于制造集成电路、晶体管、二极管、整流元件、光电池、粒子探测器等。
2.二元化合物半导体材料。
这类材料包括Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族、Ⅳ-Ⅳ族、Ⅴ-Ⅳ族、Ⅴ-Ⅴ族、Ⅴ-Ⅵ族等化合物Ⅲ-Ⅴ族化合物有氮化镓（GaN）、磷化镓（GaP）、砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）等；Ⅱ-Ⅵ族化合物有硫化镉（CdS）、硫化锌（ZnS）等；Ⅳ-Ⅳ族化合物有碳化硅（SiC）等；Ⅴ-Ⅳ族化合物如硒化铋（Bi2Se3）、Ⅴ-Ⅴ族化合物如锑化铋（BiSb）、Ⅴ-Ⅵ族化合物如碲化锑等。
在二元化合物半导体中，研究最多应用最广的是砷化镓。
它的禁带宽度比锗、硅都大，所以最高工作温度可达450℃；并且它的电子迁移率高，是高温、高频、抗辐射、低噪音器件的良好材料。
砷化镓的能带具有双能谷结构，适合于制作体效应器件。
砷化镓也是制作高效率激光器和红外线光源的良好材料，砷化镓还广泛用于制作其他微波器件，用砷化镓还可以制得高速集成电路。
3.固溶体半导体材料。
此种材料是指两种或两种以上的元素或化合物溶合而成的材料。
目前应用较多的是Ⅲ-Ⅴ族化合物或Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体。
前者有镓砷磷（CaAs、1-xPx）、镓铝砷（Ca、1-xAl x As）和铟镓磷（In、1-xGaxP）等；后者有碲镉汞（Hg、1-xCd x Te）等；4.氧化物半导体材料。
此种材料种类较多。
如氧化锰（MnO ）、氧化铬（Cr2O3）、氧化亚铁（FeO ）、氧化铁（Fe2O3）、氧化镍（NiO ）、氧化钴（CoO ）、氧化镁（MgO ）、氧化锌（ZnO ）及氧化锡（SnO2）等。
它们大多用于制造湿敏、气敏和热敏元件。
5.玻璃或非晶态半导体材料。
此种材料通常分为两类：氧化物玻璃半导体材料和硫化物玻璃半导体材料。
它们用于制作开关和记忆器件、固体显示器和太阳能电池等。
6.有机半导体材料。
如蒽、紫蒽酮、聚苯乙炔等。
硅的物理、化学特性硅的主要化学性质如下：硅在常温下稳定，易与氟发生作用。
在高温下硅能与氯、氧、水蒸气等作用，生成四氯化硅、二氧化硅。
硅在熔融状态下还能与氮、碳等反应生成氮化硅和碳化硅。
硅在常温下能与碱作用生成硅盐酸。
硅和硝酸、氢氟酸的混合液起作用生成可溶性的六氟硅酸综合物：Si+2NaOH+H 2O=Na 2SiO 3+2H 2↑ Si+4HNO 3+6HF=H 2[SiF 6]+4NO 2+4H 2O10%~30%的NaOH 溶液以及HNO 3+HF 混合液常用作硅的腐蚀液。
砷化镓的物理、化学特性。
砷化镓是目前除锗、硅之外研究和应用最广泛的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料。
与硅相比，砷化镓的禁带宽度大，又属于直接跃迁型，电子迁移率高，能带具有“双能谷”结构，是一硅的主要物质性质序号 项目 数值 单位 1 原子序数 14 — 2 晶体结构 金刚石 — 3 原子量 20.0855 — 4 晶格常数 0.542 nm 5（111）面间距 0.313 nm 6 （110）面间距 0.363 nm 7 （100）面间距 0.542 nm 8 原子半径 1.7×10-1 nm 9 本征电阻率 2.3×105 Ω·cm 10 相对介电常数11.7±0.2 — 11 密度 2.3289±0.00001 g/cm 3 12 线胀系数 2.33×10-6 1/K 13 凝固时体积膨胀 10% — 14 表面张力（熔点下）0.72 N/m 15 硬度 7 莫氏硬度 16 延展性 脆性 — 17 颜色 银白浓灰 — 18 熔点 1410 ℃ 19沸点2480℃种优良的半导体材料。
砷化镓的物理性质序号项目数值单位1 相对分子质量146.6 —2 电子密度 4.43×10221/cm33 晶体结构闪锌矿型—4 晶体常数0.56419 nm5 最近原子距离0.244 nm6 熔点1233 ℃7 在熔点时的离解压98066.5±33 Pa8 密度（20℃） 5.307 g/cm39 热导率（25℃）0.37 W/cm·K10 线胀系数 6.0×10-61/℃11 比热容23.1 J/kg·K12 熔解潜热10.5 千克/克分子13 表面张力（凝固点）0.45 N/m14 介电常数13.18 —15 显微硬度750±40 —16 折射率（0.56µ） 4.025 —17 功函数 4.71 eV18 器件最高工作温度450 ℃砷化镓的主要化学性质如下：1.砷化镓在常温下比较稳定，在500℃以上开始分解。
在1238℃（熔点）时的离解压为90kPa。
2.砷化镓在空气中加热到600℃时，开始生成有干涉色的氧化膜，此氧化膜的主要成分是β-Ga2O3。
由于砷化镓生成的氧化膜不能掩蔽杂质（如Zn等）的扩散，也不能阻止砷从GaAs体内向外扩散。
因此目前GaAs器件制造中主要是用淀积一层Si3N4或SiO2作为掩蔽膜。
硅器件钎焊技术硅器件用钎料对钎料的一般要求1.在直接钎焊时钎料与硅应具有良好的相容性、良好的导电性，并能形成低欧姆接触，即对n型硅或p型硅不会形成整流特性。
2.钎料于硅（或者硅器件的金属化层）应具有良好的润湿性和良好的导热性能，使器件热阻尽可能小。
3.钎料的钎焊温度应低于芯片制造的最低温度，保证芯片性能在钎焊过程中不被破坏；同时它又必须高于硅器件的最高储存温度。
4.钎焊料在加热过程中，不能产生有害物质沾污芯片。
目前用于芯片钎焊的钎料主要有两类：一类是金的合金系列；一类是铅锡合金系列。
前者性能优越；后者价格低廉。
钎料中各元素所作用如下：金（Au）：熔点为1064℃，可与硅形成低熔共晶，广泛用于硅器件的钎焊，金-硅钎料可用于温度较高的场合。
但金钎料与低掺杂n型硅易形成高阻层，故在用于npn型器件的钎料中常加入少量的Ⅴ族元素锑或砷。
锗（Ge）：熔点为937℃，能与Au形成低熔共晶。
金-锗钎料（Au88%，Ge12%）的熔点适中（356℃）。
铅（Pb）：熔点为328℃，由于熔点适中，可塑性好，并且在极低的温度（-60℃）下仍能保持优良的可塑性，是大部分钎料最主要的组分。
加进其他元素可改善其润湿性、流动性，或提高抗疲劳强度。
锡（Sn）：熔点为232℃，是钎料主要成分之一。
通常与铅、银或铟组成合金。
如铅中加入少量的锡，能细化铅的晶粒，增加铅的延展性和抗疲劳强度。
铟（In）：熔点为157℃，加入铅合金中，可提高其润湿性；也可起到降低钎料熔点的作用。
含铟合金的抗疲劳强度极佳。
银（Ag）：熔点为962℃，在铅锡铟钎料中，银常作为一种添加物，以提高其抗疲劳性。
硅器件常用钎料序号化学成分（质量分数，%）液相线/℃固相线/℃1 99Pb 1Sn 324 3232 97.5Pb 1.5Ag 1Sn 309 3093 95Pb 5Sn 314 3004 92.5Pb 2.5Ag 5In 296 2875 92.5Pb 2.5Ag 5In 310 2906 90Pb 5Ag 5In 292 —7 90Pb 10Sn 301 2688 65Sn 25Ag 10Sb 350 2309 67Sn 20Ag 13Sb 330 23010 88Au 12Ge 356 35611 80Au 20Sn 280 280。