半导体基础知识整理.ppt

合作方：
日本东芝公司 日本三井物产
技术来源： 日本东芝公司
产品销售： 全部出品
演示课件
硅片加工项目
产品种类： 主要轻掺杂硅片 掺杂剂：硼，磷
新增产品： 掺砷硅片
演示课件
掺杂剂
重掺硅材料
电阻率
缺点
磷 0.0008－0.018
爆炸，自掺杂
锑 0.0018－0.018
原子大,挥发性
砷
0.0015－0.004 有毒性
集电极
第28頁
Ｐ
基
Ｎ
极
Ｐ
ＰＮ结
发射极
演示课件
硅材料事业部
半导体三极管
三极管的结构（ＮＰＮ型）
集电极
第29頁
Ｎ
基
Ｐ
极
Ｎ
ＰＮ结
发射极
演示课件
硅材料事业部
集成电路
第30頁
集成电路
• 1947年发明第一个锗晶体管
• 1958年诞生第一块集成电路
• 1969年在米粒大小的面积上可以集 成1000多个晶体管
第1頁
半导体基础知识
硅材料事业部
演示课件
物质的结构 导体和绝缘体 半导体 杂质半导体 二极管和三极管 集成电路 硅片衬底
演示课件
第2頁
硅材料事业部
物质的结构
原子是组成物质的基本单元 单质，化合物
水
盐
第3頁
氧
H2O
NaCl
演示课件
O2
硅材料事业部
物质的结构
原子由质子、中子和电子组成 质子和中子的半径是0.8╳10－15m 原子核的大小大约是10 －15至 －14m
演示课件
硅材料中的砷
第37頁
在纯净硅中有意识地掺入杂质砷
Ｓi
Ｓi
Ｓi
Ｓi
电
子
Ｓi
Ｓi
As Ｓi
导
电
Ｓi
Ｓi
Ｓi
Ｓi
型
Ｓi
Ｓi
Ｓi
Ｓi
Ｐ
电子 杂质磷原子
演示课件
硅材料事业部
主要工艺流程
多晶制造 单晶拉制
切片
第38頁
演示课件
硅材料事业部
半导体元素
第16頁
纯
Ｓi
Ｓi
Ｓi
Ｓi
净
硅
Ｓi
Ｓi
Ｓi
Ｓi
的
Ｓi
Ｓi
Ｓi
Ｓi
结 构
Ｓi
Ｓi
Ｓi
Ｓi
硅材料事业部
演示课件
杂质半导体
第17頁
在纯净硅中有意识地掺入杂质磷
Ｓi
Ｓi
Ｓi
Ｓi
电
子
Ｓi
Ｓi
Ｐ
Ｓi
导
电
Ｓi
Ｓi
Ｓi
Ｓi
型
Ｓi
Ｓi
Ｓi
Ｓi
Ｐ
电子 杂质磷原子
演示课件
硅材料事业部
杂质半导体
• 掺入的杂质的数量是非常少的， 极少的杂质会极大地影响半导体 的导电性能
纯净硅
不含杂质
1B/50000000Si 电阻率
1B/7143Si
电阻率
纯度99.99999999999% 10 Ωcm 0.01 Ωcm
演示课件
硅材料事业部
杂质半导体
第21頁
极少量的杂质能极大地改变半 导体的导电性能
警告！
• 1999年奔腾4芯片的集成度达到在 一个指甲大小的面积上集成了4000 多万个晶体管
硅材料事业部
演示课件
上海申和热磁电子有限公司
硅材料事业部
演示课件
演示课件
硅片加工项目
生产规模： 400000片/月
开工日期： 2002年6月
投产日期： 磨片产品
9月
抛光片产品 10月
演示课件
申和公司硅片出口加工项目
要杜绝其它杂质的进入 要杜绝各种可能的污染
演示课件
硅材料事业部
半导体生产的超浄要求
第22頁
生产中采取的各种措施：
• 各道工序加工后都进行清洗
• 使用超纯水进行清洗（17M以上）
• 使用超纯气体（99.999%以上）
• 使用电子纯的化学试剂
• 在净空厂房内生产
• 超净包装
硅材料事业部
演示课件
半导体生产的超浄要求
硅材料事业部
演示课件
导体与绝缘体
第11頁
外层电子数量对导电性能的影响 第一层饱和电子数是２ 最外层饱和电子数是８
银
铜
硅
氩
Ａg
Cu
Si
Ar
演示课件
硅材料事业部
导体与绝缘体
第12 頁
金属原子的外层电子易脱离原子而成为 自由电子，这是金属易于导电的原因。
金属导电示意
自由电子
演示课件
金属原子
硅材料事业部
第4頁
演示课件
硅材料事业部
%(物质的结构
原子由质子、中子和电子组成 质子和中子形成原子核 物质的性质由质子的数量决定
氢原子核
碳原子核
第5頁
质子
中子
硅材料事业部
演示课件
物质的结构
第6頁
电子围绕原子核旋转
问题：氢原子核的半径是0.8╳10－15m， 核外电子的轨道半径是0.53╳10－10m， 如果把原子核放大到0.1mm（尘粒）， 则电子离原子核多远？
第23頁
• 生产中对作业人员的限制：
• 不能用手接触产品
• 进入净空厂房要穿着超净服
• 不能化妆
• 不能穿戴金银饰品
• 不要穿毛衣
• 要保持良好的卫生习惯
硅材料事业部
演示课件
半导体二极管
空穴导电 Ｐ型半导体
第24頁
电子导电 Ｎ型半导体
演示课件
硅材料事业部
半导体二极管
第25頁
Ｐ型半导体和Ｎ型半导体在一起 型成ＰＮ结
导体与绝缘体
第13頁
非金属原子的外层电子不易脱离原子而 成为自由电子，这是非金属不易于导电 的原因。
束缚电子
演示课件
硅材料事业部
半导体元素
原子的外层电子数为４
硅
锗
第14頁
284
24
8 1８
硅材料事业部
演示课件
半导体元素
第15頁
原子的外层电子数为４ 纯净的半导体是不导电的 一个硅原子分别与４个其它的硅原子组合 外层电子共用，形成共价健 纯净的半导体中没有自由电子
硅材料事业部
导体与绝缘体
第9頁
电阻率的定义
长度L
电阻R = ρ ×
面积S
长度
导线
演示课件
面积
硅材料事业部
导体与绝缘体
第10頁
各种物质的电阻率(单位ΩＭ）
银(Ag) 铜(Cu) 铝(Al)
1.6×10-8 1.7×10-8
2.9×10-8
半导体
10２—10７
电木 橡胶
1010—1014
1013—1016
演示课件
硅材料事业部
物质的结构
第7頁
核外电子分层排布 内层电子比较稳定 最外层电子决定物质的导电性能
氢（H） 硅（Si)
硼（B）
磷（P）
1
2Βιβλιοθήκη Baidu4
23
2 85
演示课件
硅材料事业部
导体与绝缘体
第8頁
物质的导电性 带电粒子在电场作用下定向流动
电子导电
离子 导电
铜导线 电子
+ 电极
盐水
Cl-
演示课件
Na+
Ｐ
N
型
型
半
半
导
导
体
N区电子向P区扩散
体
P区空穴向N区扩散 形成PN结
硅材料事业部
演示课件
半导体二极管
ＰＮ结的单向导电性
第26頁
电 流 导 通
外电场
PN结 内电场
演示课件
硅材料事业部
半导体二极管
ＰＮ结的单向导电性
第27頁
外电场
PN结 内电场
演示课件
电 流 不 导 通
硅材料事业部
半导体三极管
三极管的结构（ＰＮＰ型）
在纯净硅中有意识地掺入杂质硼
第18頁
Ｓi
Ｓi
Ｓi
Ｓi
空
穴
Ｓi
Ｓi
Ｂ
Ｓi
导
电
Ｓi
Ｓi
Ｓi
Ｓi
型
Ｓi
Ｓi
Ｓi
Ｓi
空穴 杂质硼原子
硅材料事业部
演示课件
杂质半导体
第19頁
• 杂质是有意识地地掺入的
• 不是所有的元素都可以作为 杂质掺入
• 掺入的杂质的数量是经过精 确计算的
演示课件
硅材料事业部
杂质半导体
第20頁