(完整版)光电子器件工艺PPT
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《光电子器件介绍一》课件
1
光电阻
光电阻是一种根据光照强度改变电阻值
光敏电容器
2
的元件，常用于光调控、测量和探测等 领域。
光敏电容器是一种根据光照强度改变电
容值的元件，可用于光学传感、图像处
理和光电转换等应用。
3
光敏电阻器
光敏电阻器是一种结合了光电阻和电阻 器的功能，常用于光敏开关和光控电路 的设计。
光电检测器件
光电检测器件是一种用于感测和测量光信号的器件。它可以实现对光强度、频率和相位等参数的测量，广泛应 用于光通信、光学测量和光学仪器等领域。
《光电子器件介绍一》 PPT课件
这是一份关于光电子器件的介绍课件。在本课件中，将会探讨光电子器件的 定义和概述，以及常见的光电子器件的种类和应用领域。我们还将了解光电 子器件的发展趋势、前景和挑战。
光电二极管
光电二极管是一种能够将光信号转换为电信号的器件。它具有高响应速度和较低的噪声水平，常用于通信、光 电检测和光电显示等领域。
光敏二极管
光敏二极管是一种特殊类型的二极管，可以通过感 受光信号的强度来产生电流。
发光二极管
发光二极管是一种能够直接将电能转换为光能的器 件，广泛应用于各种照明和显示设备中。
光电晶体管
光电晶体管是一种能够控制电流流动的器件，通过光信号的输入来调节电路中的电阻、电容和电感等元件的工 作状态。
PNP光电晶体管
光电显示器件是一种利用光信号来实现信息显示的器件。它具有高亮度、高对比度和低功耗等特点，广泛应用 于电子显示、显示器和灯光装饰等领域。
有源式显示器
有源式显示器是一种通过电流或电压激活像素点来 产生光的器件，如LCD、LED和OLED等。
无源式显示器
无源式显示器是一种通过外部光源激活像素点来产 生光的器件，如e-paper和柔性显示器等。
光电子材料和器件PPT课件
O
利用太阳电池将太阳光能 直接转化为电能。
优点： 1、太阳能取之不尽，用之不竭
2、太阳能资源随处可得，可就近供 电 3、能量转换过程简单，光—电转换， 没有中间过程 4、绿色，环保，成本低 5、结构简单，体积小，寿命长
P•Paaggee 1155
LOGO
放映结束
P•Paaggee 1111
光电子的发展前景
LOGO
1、固态照明
2、平板显示
3、光伏发电
P•Paaggee 1122
固态照明：利用半导体芯片作为发光L材OGO料，
直接将电能转换为光能。
优点： 1、能效高
2、使用寿命相当长（照明时间可达10万小时 ） 3、能够直接发光提高系统效率 4、可靠 5、抗振动 6、可调的饱和逼真色彩 7、点亮迅捷 8、可触摸冷光光源 9、节电型的环保产品
P•Paaggee 1133
平板显示：相对于CRT而言的，一般LO指GO
厚度小于屏幕对角线1/4的
显示器。
优点：
1、器件的核心层厚度很薄，厚度可 以小于1毫米 2、没有视角问题，可在很大的角度 内观看，显示画面不失真
3、低温特性好 4、器件为全固态结构，无真空、液 体物质，抗震性好
P•Paaggee 1144
谢谢
P•Paaggee 1166
光源：发光二极管（LED）、半导体LOGO激 光器（LD）、以及常用的激光晶体。
P•Paaggee 1177
光波导器件 （光纤）
LOGO
P•Paaggee 1188
调制器：波导调制器 、半导体调制器LOGO
P•Paaggee 1199
光探测器件（辐射与测量、光电检测）：LOG光O 电
P•Paaggee 33
利用太阳电池将太阳光能 直接转化为电能。
优点： 1、太阳能取之不尽，用之不竭
2、太阳能资源随处可得，可就近供 电 3、能量转换过程简单，光—电转换， 没有中间过程 4、绿色，环保，成本低 5、结构简单，体积小，寿命长
P•Paaggee 1155
LOGO
放映结束
P•Paaggee 1111
光电子的发展前景
LOGO
1、固态照明
2、平板显示
3、光伏发电
P•Paaggee 1122
固态照明：利用半导体芯片作为发光L材OGO料，
直接将电能转换为光能。
优点： 1、能效高
2、使用寿命相当长（照明时间可达10万小时 ） 3、能够直接发光提高系统效率 4、可靠 5、抗振动 6、可调的饱和逼真色彩 7、点亮迅捷 8、可触摸冷光光源 9、节电型的环保产品
P•Paaggee 1133
平板显示：相对于CRT而言的，一般LO指GO
厚度小于屏幕对角线1/4的
显示器。
优点：
1、器件的核心层厚度很薄，厚度可 以小于1毫米 2、没有视角问题，可在很大的角度 内观看，显示画面不失真
3、低温特性好 4、器件为全固态结构，无真空、液 体物质，抗震性好
P•Paaggee 1144
谢谢
P•Paaggee 1166
光源：发光二极管（LED）、半导体LOGO激 光器（LD）、以及常用的激光晶体。
P•Paaggee 1177
光波导器件 （光纤）
LOGO
P•Paaggee 1188
调制器：波导调制器 、半导体调制器LOGO
P•Paaggee 1199
光探测器件（辐射与测量、光电检测）：LOG光O 电
P•Paaggee 33
半导体光电子器件ppt
光的产生
描述光子被半导体材料吸收后产生的电子跃迁和能量吸收现象。
光的吸收
光的产生与吸收
光电二极管的工作原理
重点介绍光子与半导体PN结的作用机制，以及产生的光电流和反向饱和电流的竞争关系。
激光二极管的工作原理
包括阈值条件、模态选择和调谐方法等，以及它们在光电子器件中的应用和限制。
半导体光电子器件的工作原理
具有更高的光电子器件性能，如高速、低功耗、高稳定性等。
硅基光电子器件
利用成熟的CMOS工艺，实现高速、低成本、高集成度的光电子器件。
石墨烯等二维材料
具有超高的载流子迁移率和热导率，可实现高速、低能耗的光电子器件。
01
02
03
高性能光电子器件
01
需要具备高速度、低功耗、高稳定性等特点，同时要求具有优良的热稳定性和机械强度。
半导体光电子器件在光传感领域也有着广泛的应用，如光学陀螺仪、光谱分析仪等。
光传感
03
多功能化
为了满足多样化的应用需求，半导体光电子器件正在向着多功能化的方向发展，如同时实现调制、滤波、放大等功能。
半导体光电子器件的发展趋势
01
高性能化
随着信息技术的发展，对半导体光电子器件的性能要求越来越高，如高速、低耗、稳定性等。
半导体光电子器件ppt
xx年xx月xx日
CATALOGUE
目录
介绍半导体光电子器件的基本原理半导体光电子器件的结构与特性半导体光电子器件的制作与工艺半导体光电子器件的应用实例半导体光电子器件的发展趋势与挑战
介绍
01
半导体光电子器件的定义
指利用半导体材料和器件实现光-电信号转换的器件。
半导体光电子器件的分类
半导体光电子器件的结构与特性
描述光子被半导体材料吸收后产生的电子跃迁和能量吸收现象。
光的吸收
光的产生与吸收
光电二极管的工作原理
重点介绍光子与半导体PN结的作用机制，以及产生的光电流和反向饱和电流的竞争关系。
激光二极管的工作原理
包括阈值条件、模态选择和调谐方法等，以及它们在光电子器件中的应用和限制。
半导体光电子器件的工作原理
具有更高的光电子器件性能，如高速、低功耗、高稳定性等。
硅基光电子器件
利用成熟的CMOS工艺，实现高速、低成本、高集成度的光电子器件。
石墨烯等二维材料
具有超高的载流子迁移率和热导率，可实现高速、低能耗的光电子器件。
01
02
03
高性能光电子器件
01
需要具备高速度、低功耗、高稳定性等特点，同时要求具有优良的热稳定性和机械强度。
半导体光电子器件在光传感领域也有着广泛的应用，如光学陀螺仪、光谱分析仪等。
光传感
03
多功能化
为了满足多样化的应用需求，半导体光电子器件正在向着多功能化的方向发展，如同时实现调制、滤波、放大等功能。
半导体光电子器件的发展趋势
01
高性能化
随着信息技术的发展，对半导体光电子器件的性能要求越来越高，如高速、低耗、稳定性等。
半导体光电子器件ppt
xx年xx月xx日
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目录
介绍半导体光电子器件的基本原理半导体光电子器件的结构与特性半导体光电子器件的制作与工艺半导体光电子器件的应用实例半导体光电子器件的发展趋势与挑战
介绍
01
半导体光电子器件的定义
指利用半导体材料和器件实现光-电信号转换的器件。
半导体光电子器件的分类
半导体光电子器件的结构与特性
光电子器件是利用半导体光电效应制成的半导体器件.ppt
辐射跃迁是光吸收的逆过程，主要包括本征辐射跃迁、杂质辐射跃迁、施 主与受主之间的辐射跃迁和激 Nhomakorabea辐射跃迁。
1. 本征辐射跃迁 导带中的电子向价带跃迁，同价带中的空穴复合，产生能量大于或等于禁 带宽度的光子，即为本征辐射跃迁。 复合过程分为两种：直接复合和间接复合。
6-1 辐射跃迁与光的吸收
直接复合：导带中的自由电子直接回到价带，与价带中的自由空穴复合。
假如光子的受激辐射大于光子的吸收，则电子在较高能级的浓度会大于在较 低能级的浓度，这种情况称为分布反转。
6-1 辐射跃迁与光的吸收
四、光与物质的相互作用
光与物质的相互作用有三种形式：受激吸收、自发辐射和受激辐射。
1. 受激吸收： 在正常状态下，电子处于低能级E1，在入射光的作
用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上，这种跃
迁称为受激吸收。电子跃迁后，在低能级留下相同数目
的空穴。 激发光子的能量必须满足
h E2 E1
6-1 辐射跃迁与光的吸收
2. 自发辐射： 在高能级E2的电子处于不稳定状态，即使没有外界 的作用，也会自发地向低能级E1跃迁，跃迁的同时，以 发射光子的方式释放能量，这种跃迁称为自发辐射。
自发辐射的特点： 高能级上的粒子可以跃迁到任意一个较低能级，频率范围很宽。
各个原子独立进行跃迁，其辐射的光子无规律，频率、相位、方向、 偏振态各不相同，辐射光为非相干光。
6-1 辐射跃迁与光的吸收
结果：产生等量的自由电子和自由空穴
本征吸收产生的条件：
h Eg
或
hc
Eg
Eg
h
hc Eg
1.24 Eg (eV
)
(m)
c
只与禁带宽度有关
1. 本征辐射跃迁 导带中的电子向价带跃迁，同价带中的空穴复合，产生能量大于或等于禁 带宽度的光子，即为本征辐射跃迁。 复合过程分为两种：直接复合和间接复合。
6-1 辐射跃迁与光的吸收
直接复合：导带中的自由电子直接回到价带，与价带中的自由空穴复合。
假如光子的受激辐射大于光子的吸收，则电子在较高能级的浓度会大于在较 低能级的浓度，这种情况称为分布反转。
6-1 辐射跃迁与光的吸收
四、光与物质的相互作用
光与物质的相互作用有三种形式：受激吸收、自发辐射和受激辐射。
1. 受激吸收： 在正常状态下，电子处于低能级E1，在入射光的作
用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上，这种跃
迁称为受激吸收。电子跃迁后，在低能级留下相同数目
的空穴。 激发光子的能量必须满足
h E2 E1
6-1 辐射跃迁与光的吸收
2. 自发辐射： 在高能级E2的电子处于不稳定状态，即使没有外界 的作用，也会自发地向低能级E1跃迁，跃迁的同时，以 发射光子的方式释放能量，这种跃迁称为自发辐射。
自发辐射的特点： 高能级上的粒子可以跃迁到任意一个较低能级，频率范围很宽。
各个原子独立进行跃迁，其辐射的光子无规律，频率、相位、方向、 偏振态各不相同，辐射光为非相干光。
6-1 辐射跃迁与光的吸收
结果：产生等量的自由电子和自由空穴
本征吸收产生的条件：
h Eg
或
hc
Eg
Eg
h
hc Eg
1.24 Eg (eV
)
(m)
c
只与禁带宽度有关
第四章 光电子器件I-PPT课件
星形耦合器
1
1
M
N
光耦合器
P1/N P1/N
P1/N
2×2
N×N
1×N
N×N 星型耦合器
P
P/N
分
路 损 1l0o耗 N 1 g1l0oN g附加损 1耗 0logiN P 1iP nou,it
多根光纤一起熔融技术难度大，主要是众多光纤之间的耦合 响应控制比较困难，因此难以制作大规模的光耦合器
Voltage
0 Vp
to encoder
Optical pulsed output at 40GHz
Clock signal input at 20GHz
RZ - NRZ Modulator
Clock modulator(RZ)
Data modulator(NRZ)
Integrate both devices on single substrate
y z
Bias Voltage
Modulator Construction
LiNbO3 Material
cuts:
-
+
Байду номын сангаас
-
Z-cut
Z
Z-cut
-
+
-
+- 0.7 fixed chirp
X-cut Z Zero chirp, or
small fixed
chirp
applications
X-cut Waveguide Electrode
100 GHz
WDM 40 Gb/s PSK
例： 这两个低损耗波长 窗口可以容纳 290 个40-Gb/s PSK信号
半导体光电子器件讲解ppt
包括外延生长型、集成型、混合型等。
按制造工艺分
半导体光电子器件的结构
常见的半导体光电子器件结构包括：衬底、活性层、电极等。
衬底通常选用半导体材料，如硅、锗、三五族化合物等。
活性层是光电子器件的核心部分，用于实现光吸收、载流子产生、光电器件的作用。
电极的作用是收集和导出活性层产生的载流子。
半导体光电子器件的工作原理是当加电压时，即势垒降低，有大量电子从N区注入到P区，形成一定的电流，当没有光照时，只有热平衡反向电流，当有光照时，会形成附加的光生电流，从而实现了光电转换。
半导体光电子器件的工作原理
04
半导体光电子器件的性能参数
03
迁移率
指半导体材料中载流子的平均漂移速度，反映了半导体材料导电性能的好坏。
半导体光电子器件的电学参数
01
载流子浓度
指半导体材料中自由电子和空穴的浓度，可以反映半导体材料的导电性能。
02
电阻率
指半导体材料电阻的大小，通常与材料的载流子浓度和迁移率有关。
xx年xx月xx日
半导体光电子器件讲解ppt
CATALOGUE
目录
引言半导体光电子器件的基本原理半导体光电子器件的种类与结构半导体光电子器件的性能参数半导体光电子器件的生产与制造半导体光电子器件的应用案例
0器件简介
2
3
半导体光电子器件是利用半导体材料和器件实现光-电信号转换的器件。
半导体材料通常包括硅、锗、砷化镓、磷化铟等。
半导体光电子器件具有体积小、重量轻、稳定性好、寿命长等特点。
半导体光电子器件的历史发展
半导体光电子器件的起源可以追溯到20世纪60年代。
20世纪80年代，随着光纤通信技术的发展，半导体光电子器件在光纤通信领域得到广泛应用。
按制造工艺分
半导体光电子器件的结构
常见的半导体光电子器件结构包括：衬底、活性层、电极等。
衬底通常选用半导体材料，如硅、锗、三五族化合物等。
活性层是光电子器件的核心部分，用于实现光吸收、载流子产生、光电器件的作用。
电极的作用是收集和导出活性层产生的载流子。
半导体光电子器件的工作原理是当加电压时，即势垒降低，有大量电子从N区注入到P区，形成一定的电流，当没有光照时，只有热平衡反向电流，当有光照时，会形成附加的光生电流，从而实现了光电转换。
半导体光电子器件的工作原理
04
半导体光电子器件的性能参数
03
迁移率
指半导体材料中载流子的平均漂移速度，反映了半导体材料导电性能的好坏。
半导体光电子器件的电学参数
01
载流子浓度
指半导体材料中自由电子和空穴的浓度，可以反映半导体材料的导电性能。
02
电阻率
指半导体材料电阻的大小，通常与材料的载流子浓度和迁移率有关。
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半导体光电子器件讲解ppt
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目录
引言半导体光电子器件的基本原理半导体光电子器件的种类与结构半导体光电子器件的性能参数半导体光电子器件的生产与制造半导体光电子器件的应用案例
0器件简介
2
3
半导体光电子器件是利用半导体材料和器件实现光-电信号转换的器件。
半导体材料通常包括硅、锗、砷化镓、磷化铟等。
半导体光电子器件具有体积小、重量轻、稳定性好、寿命长等特点。
半导体光电子器件的历史发展
半导体光电子器件的起源可以追溯到20世纪60年代。
20世纪80年代，随着光纤通信技术的发展，半导体光电子器件在光纤通信领域得到广泛应用。
半导体光电子器件ppt
在没有任何外部作用时，半导体中的载流子分布达到动态平衡，此时的状态称为热平衡态 。
光电子器件的基本原理
光的吸收
当光照射到物质表面时，物质 可以吸收光能，并将其转化为
热能或电能。
光的发射
在某些条件下，物质可以自发地 或在外加能量作用下发射光。
光电子发射
当光照射到物质表面并被吸收时， 物质会释放出光电子，这些光电子 可以通过电场或磁场进行收集和检 测。
包括暗电流、响应时间、噪声等参数。
半导体光电子器件与其他光电子器件的比较
半导体光电子器件与同质结光电子器件的比较
同质结光电子器件是一种结构简单、易于制造的光电子器件，但半导体光电子器件具有更高的光电转换效率和 更宽的光谱响应范围。
半导体光电子器件与异质结光电子器件的比较
异质结光电子器件具有更高的光电转换效率，但制造工艺复杂，成本较高。
03
通过精确调控半导体材料和器件的物理性质，实现更灵活、更
智能的光信号处理和传输。
02
半导体光电子器件的基本原理
半导体的基本性质
能带结构
半导体具有能带结构，即导带、价带和禁带，其禁带宽度在室温下一般为几电子伏特。
载流子
半导体中导电的载流子包括电子和空穴，其浓度和分布受能带结构和杂质浓度等影响。
热平衡态
传感领域的应用
环境监测
半导体光电子器件可实现对环境中特定气体、温度、湿度等参 数的精确测量。
生物传感
半导体光电子器件可用于检测生物分子、细胞等，实现生物传 感。
光学成像
半导体光电子器件可用于实现高分辨率、高灵敏度的光学成像 。
其他领域的应用
能源领域
半导体光电子器件可实现太阳能电池的光电转换效率的 提高。
光电子器件的基本原理
光的吸收
当光照射到物质表面时，物质 可以吸收光能，并将其转化为
热能或电能。
光的发射
在某些条件下，物质可以自发地 或在外加能量作用下发射光。
光电子发射
当光照射到物质表面并被吸收时， 物质会释放出光电子，这些光电子 可以通过电场或磁场进行收集和检 测。
包括暗电流、响应时间、噪声等参数。
半导体光电子器件与其他光电子器件的比较
半导体光电子器件与同质结光电子器件的比较
同质结光电子器件是一种结构简单、易于制造的光电子器件，但半导体光电子器件具有更高的光电转换效率和 更宽的光谱响应范围。
半导体光电子器件与异质结光电子器件的比较
异质结光电子器件具有更高的光电转换效率，但制造工艺复杂，成本较高。
03
通过精确调控半导体材料和器件的物理性质，实现更灵活、更
智能的光信号处理和传输。
02
半导体光电子器件的基本原理
半导体的基本性质
能带结构
半导体具有能带结构，即导带、价带和禁带，其禁带宽度在室温下一般为几电子伏特。
载流子
半导体中导电的载流子包括电子和空穴，其浓度和分布受能带结构和杂质浓度等影响。
热平衡态
传感领域的应用
环境监测
半导体光电子器件可实现对环境中特定气体、温度、湿度等参 数的精确测量。
生物传感
半导体光电子器件可用于检测生物分子、细胞等，实现生物传 感。
光学成像
半导体光电子器件可用于实现高分辨率、高灵敏度的光学成像 。
其他领域的应用
能源领域
半导体光电子器件可实现太阳能电池的光电转换效率的 提高。
光电子器件PPT课件
第5页/共13页
光电导探测器
光电导探测器是用来探测 光子的器件，其功能是将光 信号转换为电信号，该类器 件主要利用了光电导和光生 伏特两类光电效应。
（
光
电 感 烟
利用光束照射到光导体上， 导体内产生光生载流子，从
探
而导致电流发生变化来工作
测 器
的。
）
第6页/共13页
发光二极管
第7页/共13页
光电晶体管
自发发射可以分为以下几类： （1）光致发光 （2）阴极射线发光 （3）放射线发光 （4）电致发光
第2页/共13页
半导体发光二极管
半导体发光二极管
半导体发光二 极管的工作原 理
半导体发光二 极管的材料
半导体发光 二极管的结 构
第3页/共13页
半导体激光器的工作原理
和其他激光器一样，要使半导体发射激光，必须具备三大基本条件： （1）建立粒子数反转分布 （2）有一个能起光反馈作用的谐振腔 （3）满足一定的阈值条件
电荷耦合器件采用 MOS电容作为其基本 结构，利用栅极下使半 导体表面形成的耗尽层 （势阱）进行工作，是 一种非稳态工作器件。
第9页/共13页
半导体太阳能电池
半导体太阳能电池
光生伏特 效应
光电转 换效率
异质结和非 晶硅太阳能 电池
第10页/共13页
非晶硅太阳能电池
大面积非晶硅太阳能电池组件具有性能稳定、可靠，早期的衰减已趋向稳定等 特点。该产品出厂以后16-17%的衰减率，就单结电池而言，处于国际领先水平 （接近于双结电池15%）。所有产品的出厂衰减都非常一致，能够很好的受到控 制．并且非晶硅具有的电压高，充电性能好，弱光性能好等特点，在某些领域比 晶体硅电池具有更好的性价比。 从实际的测量结果来说，相同功率的非晶硅组件和晶体硅组件相比，每年能够 多出10%~20%的能量．特别对于阴雨天较多的地区，效果会更加明显。
光电导探测器
光电导探测器是用来探测 光子的器件，其功能是将光 信号转换为电信号，该类器 件主要利用了光电导和光生 伏特两类光电效应。
（
光
电 感 烟
利用光束照射到光导体上， 导体内产生光生载流子，从
探
而导致电流发生变化来工作
测 器
的。
）
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发光二极管
第7页/共13页
光电晶体管
自发发射可以分为以下几类： （1）光致发光 （2）阴极射线发光 （3）放射线发光 （4）电致发光
第2页/共13页
半导体发光二极管
半导体发光二极管
半导体发光二 极管的工作原 理
半导体发光二 极管的材料
半导体发光 二极管的结 构
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半导体激光器的工作原理
和其他激光器一样，要使半导体发射激光，必须具备三大基本条件： （1）建立粒子数反转分布 （2）有一个能起光反馈作用的谐振腔 （3）满足一定的阈值条件
电荷耦合器件采用 MOS电容作为其基本 结构，利用栅极下使半 导体表面形成的耗尽层 （势阱）进行工作，是 一种非稳态工作器件。
第9页/共13页
半导体太阳能电池
半导体太阳能电池
光生伏特 效应
光电转 换效率
异质结和非 晶硅太阳能 电池
第10页/共13页
非晶硅太阳能电池
大面积非晶硅太阳能电池组件具有性能稳定、可靠，早期的衰减已趋向稳定等 特点。该产品出厂以后16-17%的衰减率，就单结电池而言，处于国际领先水平 （接近于双结电池15%）。所有产品的出厂衰减都非常一致，能够很好的受到控 制．并且非晶硅具有的电压高，充电性能好，弱光性能好等特点，在某些领域比 晶体硅电池具有更好的性价比。 从实际的测量结果来说，相同功率的非晶硅组件和晶体硅组件相比，每年能够 多出10%~20%的能量．特别对于阴雨天较多的地区，效果会更加明显。
【精品课件】光电子技术(激光器件).pptx
Pth n2th A21VRh p lcab1 ........(1.2 10)
29
三种工作物质的阈值比较
工作物质尺寸：Φ6mm×100mm，损耗系数α＝0.01， 输出镜透射率T＝0.5，ηL＝0.5，ηc＝0.8，ηab＝0.2
参数
σ21（cm2） νp（S－1） ntot(cm-3) η0 Δnth(cm-3) n2th(cm-3) Eth(J)
21 0 A21 / 4 2n2
g n 21......................(1.2 2)
高斯线型
21 0 A21 ln 2 / 4 2n2
22
固体激光器阈值
受激辐射截面
红宝石 2.5E-20 cm2
Nd3+:YAG
27~88E-20 cm2
Nd3+:Glass 3E-20 cm2
20
100% I0
工作物质
固体激光器的阈值
R
I’ l
I ' I0 Re2(g )l
Re 1 阈值条件：
2(g )l
21
固体激光器阈值
gth
1 2l
ln
1 R
.................(1.2 1)
洛仑兹线型中心频率处的增益系数：
g
n
0 A21 4 2n2
其中，n
n2
g2 g1
n1
n为激光工作介质中的折射率
E1
E0
b) 四能级
量子效率0
亚稳态发射的荧光光子数 工作物质从光泵吸收的光子数
1
2
三能级1
=
S32 S32 +A31
2
A21 A21 S21
光电子技术课件ppt2[1]
![光电子技术课件ppt2[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/2af4091da9956bec0975f46527d3240c8447a13d.png)
22
θ1
B
半波带 a 半波带
2
21′′
1 2 1′
2′
半波带 半波带
A λ/2
两个“半波带”上发的光在P处干涉相消
形成暗纹。 • 当a sin 时3，可将缝分成三个“半波带”
2
Bθ
a
P处近似为明纹中心
A
2024/10/13
λ/2
光电子技术与应用
23
• 当 a sin 2 时,可将缝分成四个“半波
I I1 I2 2 I1I2 cos ,
若 I1 = I2 = I0 ,
则
I
4I0
cos 2
2
( d sin 2 )
I
4I0
光强曲线
2024/10/13
-4 -2 0 2 4
-2 -1 0 1 2 k
x -2 x -1 0
x1
x2
x
-2 /d - /d 0 /d 2 /d sin
光电子技术与应用
E0 sin 2
2
E0 △Φ
令 a sin
2
有
Ep
E0
sin
又
I
E
2 p
，I0 E02
P点的光强
I
I0
sin
2
2024/10/13
光电子技术与应用
27
由 得
I
I0
sin
2
可
(1) 主极大（中央明纹中心）位置：
0处， 0 sin 1 (2) 极小（暗纹）位置：
f
a
a
——衍射反比定律
2024/10/13
光电子技术与应用
sin I
光电子材料与器件ppt
光的波动性和粒子性
随着科技的发展，光电子技术在信息、能源、环境等领域的应用不断扩大，成为现代社会不可或缺的一项技术。
光电子技术的崛起
光的特性与光电子的崛起
光电子材料的分类与特性
光电子材料主要分为直接带隙半导体材料和间接带隙半导体材料，它们具有不同的能带结构和光学性质。
光电子器件的基本结构与类型
光电子器件是指利用光电子技术制造的光电器件，其基本结构包括光源、光检测器、光放大器、光调制器等。
宽带隙半导体材料
宽带隙半导体材料如GaN、SiC等具有高禁带宽度、高临界击穿电场强度和高热导率等特点，是高性能光电子器件的关键材料。
新材料和新器件的研究
低维材料和异质结构
低维材料如量子点、纳米线和异质结构等具有优异的光电性能，为光电子器件提供了新的研究方向。
光电集成和光子晶体
光电集成和光子晶体可以提供高密度、高效率、低损耗的光子器件，为光电子器件的进一步发展提供了新的机遇。
高效的光电转换
01
通过优化光电子器件的结构和材料，提高光电转换的效率和稳定性，从而降低能耗和提高光电转换效率。
提高光电转换效率和稳定性
热管理和散热设计
02
通过有效的热管理和散热设计，降低光电子器件的工作温度，提高其稳定性和可靠性。
光电材料的稳定性
03
选择具有高稳定性的光电材料，提高光电子器件的寿命和稳定性，降低维护成本。
材料类型
金属材料表面反射光的能力与其自由电子的分布有关。
表面反射
金属材料的导热性与其自由电子的分布和热运动有关。
导热性
金属材料
常用的绝缘体材料包括玻璃、陶瓷、聚合物等，这些材料具有高电阻率和绝缘性。
绝缘体材料
材料类型
随着科技的发展，光电子技术在信息、能源、环境等领域的应用不断扩大，成为现代社会不可或缺的一项技术。
光电子技术的崛起
光的特性与光电子的崛起
光电子材料的分类与特性
光电子材料主要分为直接带隙半导体材料和间接带隙半导体材料，它们具有不同的能带结构和光学性质。
光电子器件的基本结构与类型
光电子器件是指利用光电子技术制造的光电器件，其基本结构包括光源、光检测器、光放大器、光调制器等。
宽带隙半导体材料
宽带隙半导体材料如GaN、SiC等具有高禁带宽度、高临界击穿电场强度和高热导率等特点，是高性能光电子器件的关键材料。
新材料和新器件的研究
低维材料和异质结构
低维材料如量子点、纳米线和异质结构等具有优异的光电性能，为光电子器件提供了新的研究方向。
光电集成和光子晶体
光电集成和光子晶体可以提供高密度、高效率、低损耗的光子器件，为光电子器件的进一步发展提供了新的机遇。
高效的光电转换
01
通过优化光电子器件的结构和材料，提高光电转换的效率和稳定性，从而降低能耗和提高光电转换效率。
提高光电转换效率和稳定性
热管理和散热设计
02
通过有效的热管理和散热设计，降低光电子器件的工作温度，提高其稳定性和可靠性。
光电材料的稳定性
03
选择具有高稳定性的光电材料，提高光电子器件的寿命和稳定性，降低维护成本。
材料类型
金属材料表面反射光的能力与其自由电子的分布有关。
表面反射
金属材料的导热性与其自由电子的分布和热运动有关。
导热性
金属材料
常用的绝缘体材料包括玻璃、陶瓷、聚合物等，这些材料具有高电阻率和绝缘性。
绝缘体材料
材料类型
半导体光电子器件课件
阈值电流的影响因素
主要有半导体材料的能带结构、载流子类型和浓度、光吸收系数等。
降低阈值电流的方法
优化材料和结构，提高材料的质量和纯度，采用多量子阱结构等。
响应速度
响应速度
指光电子器件对输入光信号的反应速度，即输出电流或电压对输 入光信号的响应时间。
响应速度的限制因素
主要包括载流子的寿命、扩散长度、载流子注入和收集的效率等。
发射极是半导体光电子器件中的重要 组成部分，负责产生光子。
详细描述
发射极通常由掺杂的半导体材料制成， 通过注入载流子并经过一系列物理过 程，产生光子。发射极的性能直接影 响器件的发光效率和光谱特性。
增益介 质
总结词
增益介质是半导体光电子器件的核心部分，提供光放大作用。
详细描述
增益介质是半导体光电子器件中用于放大光信号的部分，通 常由多种不同掺杂浓度的半导体材料组成。在光的激发下， 增益介质中的载流子发生跃迁，释放出光子，实现光信号的 放大。
03 半导体光电子器件的材料
直接带隙半导体材料
直接带隙半导体材料的特点是导带和价带之间的跃迁是允许的，因此可以直接吸 收光子产生电子-空穴对。常见的直接带隙半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、 硫化铅（PbS）等。
直接带隙半导体材料在光电子器件中应用广泛，如发光二极管（LED）、激光器 （LD）等。
02
宽禁带半导体材料在高温、高功 率光电子器件中具有优异性能， 如高亮度LED、高功率激光器等。
04 半导体光电子器件的制造 工艺
外延生长技术
总结词
外延生长技术是制造半导体光电子器 件的关键工艺之一，它通过在单晶衬 底上生长一层或多层具有所需晶体结 构和掺杂类型的单晶材料，实现器件 的制造。
主要有半导体材料的能带结构、载流子类型和浓度、光吸收系数等。
降低阈值电流的方法
优化材料和结构，提高材料的质量和纯度，采用多量子阱结构等。
响应速度
响应速度
指光电子器件对输入光信号的反应速度，即输出电流或电压对输 入光信号的响应时间。
响应速度的限制因素
主要包括载流子的寿命、扩散长度、载流子注入和收集的效率等。
发射极是半导体光电子器件中的重要 组成部分，负责产生光子。
详细描述
发射极通常由掺杂的半导体材料制成， 通过注入载流子并经过一系列物理过 程，产生光子。发射极的性能直接影 响器件的发光效率和光谱特性。
增益介 质
总结词
增益介质是半导体光电子器件的核心部分，提供光放大作用。
详细描述
增益介质是半导体光电子器件中用于放大光信号的部分，通 常由多种不同掺杂浓度的半导体材料组成。在光的激发下， 增益介质中的载流子发生跃迁，释放出光子，实现光信号的 放大。
03 半导体光电子器件的材料
直接带隙半导体材料
直接带隙半导体材料的特点是导带和价带之间的跃迁是允许的，因此可以直接吸 收光子产生电子-空穴对。常见的直接带隙半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、 硫化铅（PbS）等。
直接带隙半导体材料在光电子器件中应用广泛，如发光二极管（LED）、激光器 （LD）等。
02
宽禁带半导体材料在高温、高功 率光电子器件中具有优异性能， 如高亮度LED、高功率激光器等。
04 半导体光电子器件的制造 工艺
外延生长技术
总结词
外延生长技术是制造半导体光电子器 件的关键工艺之一，它通过在单晶衬 底上生长一层或多层具有所需晶体结 构和掺杂类型的单晶材料，实现器件 的制造。
光电子器件工艺PPT
硅锭需要经历研磨、刻印定位槽、切片、磨片、 倒角、刻蚀、抛光、清洗、检验才能制成合乎要 求的硅片。
2.1.1晶圆制备（4）芯片制造阶段
集成电路芯片的显微照片
第2章 晶体材料生长
3、分子束外延（MBE）
（1）概述 分子束外延设备复杂、价格昂贵，真空室真空度达
10-9～10-11Torr，喷射炉可以根据需要喷射出多种分子（原 子），另外监测装置可以对外延层生长速率、气体成分、结 构和厚度进行实时监控。因此，分子束外延具有许多优点。
➢拉晶过程
1.熔硅
将坩埚内多晶料全部熔化 ；注意事项：熔硅时间不易长；
2.引晶
将籽晶下降与液面接近，使籽晶预热几分钟，俗称“烤晶”，以除去表面挥发 性
杂质同时可减少热冲击。当温度稳定时，可将籽晶与熔体接触，籽晶向上拉， 控制温度使熔体在籽晶上结晶；
将籽晶与熔体很好的接触。
3.收颈
指在引晶后略为降低温度，提高拉速，拉一段直径比籽晶细的部 分。其目的是排除接触不良引起的多晶和尽量消除籽晶内原有位 错的延伸。颈一般要长于20mm。
用来描述硅晶体平面及其方向的参数称作密勒指数，其 中（）用来表示特殊的平面，而<>表示对应的方向。
Z
Z
Z
Y
Y
Y
X (100)
X
X
(110)
图 4.9 晶面的密勒指数
(111)
2.1.1晶圆制备（1）获取多晶 第一阶段：材料准备
A：矿石到高纯气体的转变
①冶炼 SiO2 + C→Si + CO↑
得到的是冶金级硅，主要杂质：Fe、Al、C、B、P、 Cu ， 要进一步提纯。 ②酸洗 硅不溶于酸，所以粗硅的初步提纯是用HCl、H2SO4、 王水，HF等混酸泡洗至Si含量99.7%以上。
2.1.1晶圆制备（4）芯片制造阶段
集成电路芯片的显微照片
第2章 晶体材料生长
3、分子束外延（MBE）
（1）概述 分子束外延设备复杂、价格昂贵，真空室真空度达
10-9～10-11Torr，喷射炉可以根据需要喷射出多种分子（原 子），另外监测装置可以对外延层生长速率、气体成分、结 构和厚度进行实时监控。因此，分子束外延具有许多优点。
➢拉晶过程
1.熔硅
将坩埚内多晶料全部熔化 ；注意事项：熔硅时间不易长；
2.引晶
将籽晶下降与液面接近，使籽晶预热几分钟，俗称“烤晶”，以除去表面挥发 性
杂质同时可减少热冲击。当温度稳定时，可将籽晶与熔体接触，籽晶向上拉， 控制温度使熔体在籽晶上结晶；
将籽晶与熔体很好的接触。
3.收颈
指在引晶后略为降低温度，提高拉速，拉一段直径比籽晶细的部 分。其目的是排除接触不良引起的多晶和尽量消除籽晶内原有位 错的延伸。颈一般要长于20mm。
用来描述硅晶体平面及其方向的参数称作密勒指数，其 中（）用来表示特殊的平面，而<>表示对应的方向。
Z
Z
Z
Y
Y
Y
X (100)
X
X
(110)
图 4.9 晶面的密勒指数
(111)
2.1.1晶圆制备（1）获取多晶 第一阶段：材料准备
A：矿石到高纯气体的转变
①冶炼 SiO2 + C→Si + CO↑
得到的是冶金级硅，主要杂质：Fe、Al、C、B、P、 Cu ， 要进一步提纯。 ②酸洗 硅不溶于酸，所以粗硅的初步提纯是用HCl、H2SO4、 王水，HF等混酸泡洗至Si含量99.7%以上。
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液体掩盖直拉法； 无坩埚的：悬浮区熔法。
①直拉法—Czochralski法（CZ法）
➢ 起源
1918年由Czochralski从熔融金属中拉制细灯丝，50 年代开发出与此类似的直拉法生长单晶硅，这是生 长单晶硅的主流技术。
➢ 方法
在坩埚中放入多晶硅，加热使之熔融，用一个夹头夹住一 块适当晶向的籽晶，将它悬浮在坩埚上，拉制时，一端插 入熔体直到熔化，然后再缓慢向上提拉，这时在液-固界面 经过逐渐冷凝就形成了单晶。
②液体掩盖直拉法（LEC法）
液体掩盖直拉法用来 生长砷化镓晶体。
本质上它和标准的直拉法 （CZ）一样，为砷化镓做 了一定改进。 液体掩盖直拉法使用一层氧化硼 （B2O3）漂浮在熔融物上面来抑制 砷的挥发。
直拉法的一个缺点： 坩埚中的氧进入晶体。对于有些器件，高水平的氧
是不能接受的。 悬浮区熔法是一种无坩埚的晶体生长方法，多晶与 单晶均由夹具夹着，由高频加热器产生一悬浮的溶 区，多晶硅连续通过熔区熔融，在熔区与单晶接触 的界面处生长单晶。熔区的存在是由于融体表面张 力的缘故，悬浮区熔法没有坩埚的污染，因此能生 长出无氧的，纯度更高的单晶硅棒。
4.放肩
缩颈工艺完成后，略降低温度（15-40℃） ，让晶体逐渐长大到 所需的直径为止。这称为“放肩”。
5.等径生长：
当晶体直径到达所需尺寸后，提高拉速，使晶体直径不再增 大，称为收肩。收肩后保持晶体直径不变，就是等径生长。此时 要严格控制温度和拉速。
6. 收晶：
晶体生长所需长度后，拉速不变，升高熔体温度或熔体温度 不变，加快拉速，使晶体脱离熔体液面。
➢拉晶过程
1.熔硅
将坩埚内多晶料全部熔化 ；注意事项：熔硅时间不易长；
2.引晶
将籽晶下降与液面接近，使籽晶预热几分钟，俗称“烤晶”，以除去表面挥发 性
杂质同时可减少热冲击。当温度稳定时，可将籽晶与熔体接触，籽晶向上拉， 控制温度使熔体在籽晶上结晶；
将籽晶与熔体很好的接触。
3.收颈
指在引晶后略为降低温度，提高拉速，拉一段直径比籽晶细的部 分。其目的是排除接触不良引起的多晶和尽量消除籽晶内原有位 错的延伸。颈一般要长于20mm。
用来描述硅晶体平面及其方向的参数称作密勒指数，其 中（）用来表示特殊的平面，而<>表示对应的方向。
Z
Z
Z
Y
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Y
X (100)
X
X
(110)
图 4.9 晶面的密勒指数
(111)
2.1.1晶圆制备（1）获取多晶 第一阶段：材料准备
A：矿石到高纯气体的转变
①冶炼 SiO2 + C→Si + CO↑
得到的是冶金级硅，主要杂质：Fe、Al、C、B、P、 Cu ， 要进一步提纯。 ②酸洗 硅不溶于酸，所以粗硅的初步提纯是用HCl、H2SO4、 王水，HF等混酸泡洗至Si含量99.7%以上。ห้องสมุดไป่ตู้
SiCl4 + 2H2 → Si + 4HCl SiHCl3 + H2 → Si + 3HCl 原因： 氢气易于净化，且在Si中溶 解度极低
2.1.1晶圆制备（2）晶体生长 第二阶段：晶体生长和晶圆制备
定义: 把多晶块转变成一个大单晶，给予正确的定向和
适量的N型或P型掺杂，叫做晶体生长。 按制备时有无使用坩埚分为两类： 有坩埚的：直拉法、磁控直拉法、
重量/25 硅片 (lbs)
1.5
3
7 13
表 4.3
更大直径硅片上芯片数的增长
88 die 200-mm wafer
图 4.13
232 die 300-mm wafer
籽晶
单晶硅 石英坩锅
碳加热部件
图 4.10 CZ直拉单晶炉
熔融多晶硅 热屏蔽 水套
Photo 4.1 用CZ 法生长的硅锭
Photo 4.2 CZ 拉单晶炉
CZ法工艺流程
准备 腐蚀清洗多晶→籽晶准备→装炉→真空操作
开炉 升温→水冷→通气
生长 引晶→缩晶→放肩→等径生长→收尾
停炉 降温→停气→停止抽真空→开炉
③精馏提纯 将酸洗过的硅转化为SiHCl3或SiCl4，
Si+ 3HCl（g气体）→SiHCl3↑ + H2↑
Si+ 2Cl2 → SiCl4 ↑
好处： ➢ 常温下SiHCl3 与SiCl4都是气态， SiHCl3的沸点
仅为31℃
➢ 精馏获得高纯的SiHCl3或SiCl4
B：气体到多晶的转变
④还原 多用H2来还原SiHCl3或SiCl4得到半导体纯度的多晶硅：
③区熔法
区熔法生长单晶硅 锭是把掺杂好的多晶硅棒 铸在一个模型里。一个籽 晶固定到一端后放进生长 炉中。用射频线圈加热籽 晶与硅棒接触区域。
区 熔 法气体入口 (惰性)
卡盘 多晶棒 (硅)
熔融区
可移动
RF
RF 线圈
籽晶 惰性气体出口
卡盘
图 4.11区熔法晶体生长示意图
直拉法和区熔法的比较
硅棒举例（北京有色金属总院） 12英寸，等径长400mm， 晶体重81Kg。
➢ CZ 拉晶仪
1. 熔炉 石英坩埚：盛熔融硅液； 石墨基座：支撑石英坩埚；加热坩埚； 旋转装置：顺时针转； 加热装置：RF线圈； 2. 拉晶装置 籽晶夹持器：夹持籽晶（单晶）； 旋转提拉装置：逆时针； 3. 环境控制系统 气路供应系统 流量控制器 排气系统 • 电子控制反馈系统
CZ 法
单晶拉伸与 转动机械
晶圆尺寸和参数
直径 (mm) 150 200 300 400
厚度 (m) 675 20 725 20 775 20 825 20
面积 (cm2) 176.71
314.16
706.86 1256.64
重量 (grams/lbs)
28 / 0.06 53.08 / 0.12 127.64 / 0.28 241.56 / 0.53
第2章 晶体材料生长
1.单晶硅的生长技术 2.砷化镓晶体的生长技术 3.材料外延技术（MBE, MOCVD）
2.1.单晶硅的生长技术
2.1.1晶圆制备
晶圆制备生产流程：获取多晶→晶体生长→硅片制备→芯片制造阶段
硅晶圆制备的四个阶段——A、B、C、D 芯片制造的第一阶段：材料准备 A：矿石到高纯气体的转变（石英砂冶炼制粗硅） B：气体到多晶的转变 芯片制造的第二阶段：晶体生长和晶圆制备 C：多晶到单晶，掺杂晶棒的转变（拉单晶、晶体生长） D：晶棒到晶圆的制备
①直拉法—Czochralski法（CZ法）
➢ 起源
1918年由Czochralski从熔融金属中拉制细灯丝，50 年代开发出与此类似的直拉法生长单晶硅，这是生 长单晶硅的主流技术。
➢ 方法
在坩埚中放入多晶硅，加热使之熔融，用一个夹头夹住一 块适当晶向的籽晶，将它悬浮在坩埚上，拉制时，一端插 入熔体直到熔化，然后再缓慢向上提拉，这时在液-固界面 经过逐渐冷凝就形成了单晶。
②液体掩盖直拉法（LEC法）
液体掩盖直拉法用来 生长砷化镓晶体。
本质上它和标准的直拉法 （CZ）一样，为砷化镓做 了一定改进。 液体掩盖直拉法使用一层氧化硼 （B2O3）漂浮在熔融物上面来抑制 砷的挥发。
直拉法的一个缺点： 坩埚中的氧进入晶体。对于有些器件，高水平的氧
是不能接受的。 悬浮区熔法是一种无坩埚的晶体生长方法，多晶与 单晶均由夹具夹着，由高频加热器产生一悬浮的溶 区，多晶硅连续通过熔区熔融，在熔区与单晶接触 的界面处生长单晶。熔区的存在是由于融体表面张 力的缘故，悬浮区熔法没有坩埚的污染，因此能生 长出无氧的，纯度更高的单晶硅棒。
4.放肩
缩颈工艺完成后，略降低温度（15-40℃） ，让晶体逐渐长大到 所需的直径为止。这称为“放肩”。
5.等径生长：
当晶体直径到达所需尺寸后，提高拉速，使晶体直径不再增 大，称为收肩。收肩后保持晶体直径不变，就是等径生长。此时 要严格控制温度和拉速。
6. 收晶：
晶体生长所需长度后，拉速不变，升高熔体温度或熔体温度 不变，加快拉速，使晶体脱离熔体液面。
➢拉晶过程
1.熔硅
将坩埚内多晶料全部熔化 ；注意事项：熔硅时间不易长；
2.引晶
将籽晶下降与液面接近，使籽晶预热几分钟，俗称“烤晶”，以除去表面挥发 性
杂质同时可减少热冲击。当温度稳定时，可将籽晶与熔体接触，籽晶向上拉， 控制温度使熔体在籽晶上结晶；
将籽晶与熔体很好的接触。
3.收颈
指在引晶后略为降低温度，提高拉速，拉一段直径比籽晶细的部 分。其目的是排除接触不良引起的多晶和尽量消除籽晶内原有位 错的延伸。颈一般要长于20mm。
用来描述硅晶体平面及其方向的参数称作密勒指数，其 中（）用来表示特殊的平面，而<>表示对应的方向。
Z
Z
Z
Y
Y
Y
X (100)
X
X
(110)
图 4.9 晶面的密勒指数
(111)
2.1.1晶圆制备（1）获取多晶 第一阶段：材料准备
A：矿石到高纯气体的转变
①冶炼 SiO2 + C→Si + CO↑
得到的是冶金级硅，主要杂质：Fe、Al、C、B、P、 Cu ， 要进一步提纯。 ②酸洗 硅不溶于酸，所以粗硅的初步提纯是用HCl、H2SO4、 王水，HF等混酸泡洗至Si含量99.7%以上。ห้องสมุดไป่ตู้
SiCl4 + 2H2 → Si + 4HCl SiHCl3 + H2 → Si + 3HCl 原因： 氢气易于净化，且在Si中溶 解度极低
2.1.1晶圆制备（2）晶体生长 第二阶段：晶体生长和晶圆制备
定义: 把多晶块转变成一个大单晶，给予正确的定向和
适量的N型或P型掺杂，叫做晶体生长。 按制备时有无使用坩埚分为两类： 有坩埚的：直拉法、磁控直拉法、
重量/25 硅片 (lbs)
1.5
3
7 13
表 4.3
更大直径硅片上芯片数的增长
88 die 200-mm wafer
图 4.13
232 die 300-mm wafer
籽晶
单晶硅 石英坩锅
碳加热部件
图 4.10 CZ直拉单晶炉
熔融多晶硅 热屏蔽 水套
Photo 4.1 用CZ 法生长的硅锭
Photo 4.2 CZ 拉单晶炉
CZ法工艺流程
准备 腐蚀清洗多晶→籽晶准备→装炉→真空操作
开炉 升温→水冷→通气
生长 引晶→缩晶→放肩→等径生长→收尾
停炉 降温→停气→停止抽真空→开炉
③精馏提纯 将酸洗过的硅转化为SiHCl3或SiCl4，
Si+ 3HCl（g气体）→SiHCl3↑ + H2↑
Si+ 2Cl2 → SiCl4 ↑
好处： ➢ 常温下SiHCl3 与SiCl4都是气态， SiHCl3的沸点
仅为31℃
➢ 精馏获得高纯的SiHCl3或SiCl4
B：气体到多晶的转变
④还原 多用H2来还原SiHCl3或SiCl4得到半导体纯度的多晶硅：
③区熔法
区熔法生长单晶硅 锭是把掺杂好的多晶硅棒 铸在一个模型里。一个籽 晶固定到一端后放进生长 炉中。用射频线圈加热籽 晶与硅棒接触区域。
区 熔 法气体入口 (惰性)
卡盘 多晶棒 (硅)
熔融区
可移动
RF
RF 线圈
籽晶 惰性气体出口
卡盘
图 4.11区熔法晶体生长示意图
直拉法和区熔法的比较
硅棒举例（北京有色金属总院） 12英寸，等径长400mm， 晶体重81Kg。
➢ CZ 拉晶仪
1. 熔炉 石英坩埚：盛熔融硅液； 石墨基座：支撑石英坩埚；加热坩埚； 旋转装置：顺时针转； 加热装置：RF线圈； 2. 拉晶装置 籽晶夹持器：夹持籽晶（单晶）； 旋转提拉装置：逆时针； 3. 环境控制系统 气路供应系统 流量控制器 排气系统 • 电子控制反馈系统
CZ 法
单晶拉伸与 转动机械
晶圆尺寸和参数
直径 (mm) 150 200 300 400
厚度 (m) 675 20 725 20 775 20 825 20
面积 (cm2) 176.71
314.16
706.86 1256.64
重量 (grams/lbs)
28 / 0.06 53.08 / 0.12 127.64 / 0.28 241.56 / 0.53
第2章 晶体材料生长
1.单晶硅的生长技术 2.砷化镓晶体的生长技术 3.材料外延技术（MBE, MOCVD）
2.1.单晶硅的生长技术
2.1.1晶圆制备
晶圆制备生产流程：获取多晶→晶体生长→硅片制备→芯片制造阶段
硅晶圆制备的四个阶段——A、B、C、D 芯片制造的第一阶段：材料准备 A：矿石到高纯气体的转变（石英砂冶炼制粗硅） B：气体到多晶的转变 芯片制造的第二阶段：晶体生长和晶圆制备 C：多晶到单晶，掺杂晶棒的转变（拉单晶、晶体生长） D：晶棒到晶圆的制备