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半导体器件基础课件(PPT-73页)精选全文完整版
有限，因此由它们形成的电流很小。
电子 技 术
注意:
1、空间电荷区中没有载流子。
2、空间电荷区中内电场阻碍P 区中的空穴、N 区中的电子（
都是多子）向对方运动（扩散 运动）。
所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡， 相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚 度固定不变。
电子 技 术
二、PN 结的单向导电性
电子 技 术
1. 1 半导体二极管的结构和类型
构成：实质上就是一个PN结
PN 结 + 引线 + 管壳 =
二极管(Diode)
+
PN
-
符号：P
N
阳极
阴极
分类：
按材料分 按结构分
硅二极管 锗二极管 点接触型 面接触型 平面型
电子 技 术
正极 引线
N 型锗片 负极 引线
外壳
触丝
点接触型
正极 负极 引线 引线
电子 技 术
半导体中存在两种载流子：自由电子和空穴。 自由电子在共价键以外的运动。 空穴在共价键以内的运动。
结论：
1. 本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少。 2. 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电。 3. 本征半导体导电能力弱，并与温度有关。
电子 技 术
2、杂质半导体
+4
一、N 型半导体
电子 技 术
三、课程特点和学习方法
本课程是研究模拟电路（Analog Circuit）及其 应用的课程。模拟电路是产生和处理模拟信号的电路。 数字电路(Digital Circuit)的知识学习由数字电子技 术课程完成。
本课程有着下列与其他课程不同的特点和分析方 法。
电子 技 术
半导体基础知识PPT培训课件
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。
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PPT幻灯片课件
流为Izmax 。
i
I zmax
U ZW RL
25mA
1.2ui iR U zW 25R 10
——方程1
(1-37)
令输入电压降到下限 时，流过稳压管的电 流为Izmin 。
i
iL
R
ui
DZ
iZRL uo
i
I
zm in
U ZW RL
10mA
0.8ui iR U zW 10R 10
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。
(1-9)
空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子 束缚电子
(1-10)
2.本征半导体的导电机理
本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即 自由电子和空穴。
+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下， 空穴吸引附近的电子 来填补，这样的结果 相当于空穴的迁移， 而空穴的迁移相当于 正电荷的移动，因此 可以认为空穴是载流 子。
(1-43)
1.4.2 电流放大原理
基区空穴
向发射区
的扩散可
忽略。
B
进 少部入分P区与R的B基电区子的
空穴复合，形成
电流IBEE，B 多数
扩散到集电结。
C
N
P
IBE
N
E IE
发射结正 偏，发射 区电子不 断向基区 扩散，形 成发射极
电流EICE。
(1-44)
集电结反偏， 有少子形成的
半导体基本知识(PPT课件)
– 多子：掺杂（主）+热激发 – 少子：热激发（主）
PN结的形成
• 多子扩散运动形成耗尽层
– 空穴浓度： P区>N区；自由电子：P区<N区 – 多子由浓度高—>浓度低扩散，扩散到对方复合，交界区
仅剩正负离子形成耗尽层/阻挡层/空间电荷区/内电场EIN。
• 少子漂移运动
– 内电场的存在，阻止了多子的扩散，P区的少子——电子， N区少子——空穴， 内电场作用下向对方移动——漂移。
• 难点：
– １、载流子运动规律与器件外部特性的关系。 只须了解，不必深究
自由电子与空穴成对出现/复合
杂质半导体
• 杂质半导体：
– 在本征半导体中掺入微量杂质。 – 导电性能发生变化
• N型半导体 • P型半导体
N型半导体/电子型半导体
• 定义：硅晶体中掺入五价元素（磷、锑） • 自由电子（多子）：掺杂+热激发 • 空穴（少子）：热激发
P型半导体/空穴型半导体
• 定义：硅晶体中掺入三价元素（硼、铟） • 自由电子（少子）：热激发 • 空穴（多子）：掺杂+热激发 • 总结：
输出特性曲线
• 截止区：ＵBE＜UON iB≈0,iC≈0 • 放大区：ＵBE≥UON （硅： 0.5V；锗：
0.3V）IC=βIB • 饱和区：ＵBE＞UON IＢＳ＞IＣＳ／β
截 止 区
三极管主要参数
• 共发射极电流放大系数β • 集电极-发射极击穿电压UCEO • 集电极最大电流ICM • 最大功率PCM • 特征频率fT • 集电极-发射极饱和压降UCES
二极管分析
• 1、分析二极管的状态：是导通还是截止—— 二极管的两端电压：若是反偏则截止；若是 正偏还要看P的电压是否比N的电压高Uon （导通电压）是则导通，否则截止。若是理 想二级管，Uon=0V。 2、二极管导通则相当于一导线（理想状态） 或一个小电阻（非理想状态）；截止则相当 于断开的开关。
PN结的形成
• 多子扩散运动形成耗尽层
– 空穴浓度： P区>N区；自由电子：P区<N区 – 多子由浓度高—>浓度低扩散，扩散到对方复合，交界区
仅剩正负离子形成耗尽层/阻挡层/空间电荷区/内电场EIN。
• 少子漂移运动
– 内电场的存在，阻止了多子的扩散，P区的少子——电子， N区少子——空穴， 内电场作用下向对方移动——漂移。
• 难点：
– １、载流子运动规律与器件外部特性的关系。 只须了解，不必深究
自由电子与空穴成对出现/复合
杂质半导体
• 杂质半导体：
– 在本征半导体中掺入微量杂质。 – 导电性能发生变化
• N型半导体 • P型半导体
N型半导体/电子型半导体
• 定义：硅晶体中掺入五价元素（磷、锑） • 自由电子（多子）：掺杂+热激发 • 空穴（少子）：热激发
P型半导体/空穴型半导体
• 定义：硅晶体中掺入三价元素（硼、铟） • 自由电子（少子）：热激发 • 空穴（多子）：掺杂+热激发 • 总结：
输出特性曲线
• 截止区：ＵBE＜UON iB≈0,iC≈0 • 放大区：ＵBE≥UON （硅： 0.5V；锗：
0.3V）IC=βIB • 饱和区：ＵBE＞UON IＢＳ＞IＣＳ／β
截 止 区
三极管主要参数
• 共发射极电流放大系数β • 集电极-发射极击穿电压UCEO • 集电极最大电流ICM • 最大功率PCM • 特征频率fT • 集电极-发射极饱和压降UCES
二极管分析
• 1、分析二极管的状态：是导通还是截止—— 二极管的两端电压：若是反偏则截止；若是 正偏还要看P的电压是否比N的电压高Uon （导通电压）是则导通，否则截止。若是理 想二级管，Uon=0V。 2、二极管导通则相当于一导线（理想状态） 或一个小电阻（非理想状态）；截止则相当 于断开的开关。
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• 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！
演示课件
关于砷
如果吞下砷，砷会很快进入人的身体 如果通过呼吸吸进空气中的粉尘，砷的 颗粒会通过肺部的血管进入身体 至于皮肤接触，不会有大量的砷进入身 体，所以不应该有什么问题。
演示课件
关于砷
人每天通过饮水，食物和空气中的灰尘， 会有.05mg的砷进入人的身体 其中0.0035mg是无机砷 有机砷和无机砷都会以尿的形式排出体 外 大部分的砷会在几天内排出体外，少量 的砷会在体内停留几个月或更长。
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
• 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
《半导体基础》课件
在温度升高或电场加强时，电 子和空穴的输运能力增强。
掺杂可以改变半导体的导电性 能，增加载流子的数量。
半导体中的热传导
01 热传导是热量在半导体中传递的过程。
02 热传导主要通过晶格振动和自由载流子传 递。
03
半导体的热传导系数受到温度、掺杂浓度 和材料类型的影响。
04
在高温或高掺杂浓度下，热传导系数会增 加。
模拟电路和数字电路中均有广泛应用。
场效应晶体管
总结词
场效应晶体管是一种电压控制型器件，利用电场效应来控制导电沟道的通断。
详细描述
场效应晶体管可分为N沟道和P沟道两种类型，通过调整栅极电压来控制源极和漏极之 间的电流。场效应晶体管具有低噪声、高输入阻抗和低功耗等优点，广泛应用于放大器
和逻辑电路中。
集成电路基础
掺杂半导体
N型半导体
通过掺入施主杂质，增加自由电子数量，提高导电能力。
P型半导体
通过掺入受主杂质，增加自由空穴数量，提高导电能力。
宽禁带半导体
碳化硅（SiC）
具有宽禁带、高临界击穿场强等特点， 适用于制造高温、高频、大功率的电子 器件。
VS
氮化镓（GaN）
具有宽禁带、高电子迁移率等特点，适用 于制造蓝光、紫外线的光电器件。
详细描述
二极管由一个PN结和两个电极组成，其单 向导电性是由于PN结的正向导通和反向截 止特性。根据结构不同，二极管可分为点接 触型、肖特基型和隧道二极管等。
双极晶体管
总结词
双极晶体管是一种电流控制型器件，具有放 大信号的功能。
详细描述
双极晶体管由三个电极和两个PN结组成， 通过调整基极电流来控制集电极和发射极之 间的电流，实现信号的放大。双极晶体管在
半导体的基本知识77509 PPT资料共92页
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
(1-24)
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： PFra bibliotek面接触型
N
(1-25)
二、伏安特性
I
死区电压 硅管 0.6V,锗管0.2V。
在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会 使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺 杂半导体的某种载流子浓度大大增加。
N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体， 也称为（电子半导体）。
P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也 称为（空穴半导体）。
(1-12)
一、N 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷 （或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被 杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子， 其中四个与相邻的半导体原子形成共价键， 必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚， 很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子 就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原 子给出一个电子，称为施主原子。
(1-10)
本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半 导体的导电能力越强，温度是影响半导体性 能的一个重要的外部因素，这是半导体的一 大特点。
(1-11)
1.1.3 杂质半导体
i
iL
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
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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来自• 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
• 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！
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
• 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
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
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
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
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
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
284
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+
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
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）
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
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？
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
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
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来自• 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
• 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！
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
• 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
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
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
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
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
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
284
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+
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
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）
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
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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
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O2
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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
第4頁
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%(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
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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？
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
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半导体元素
原子的外层电子数为４
硅
锗
第14頁
284
24
8 1８
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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
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
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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
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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