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2.1.3 半导体材料分类 元素半导体： Si、Ge、P、C 化合物半导体： GaAs、GaP、GaN 固溶体半导体： Si-Ge、Ga1-xAlxAs、HgxCd1-xTe 超晶格半导体： GaAs/AlGaAs 组分型、掺杂型、应变型 硅（Si）是今后相当长时间内集成电路的衬底材料。 硅的优点： Si器件的最高工作温度可达200 ℃ ； 高温下可氧化生成二氧化硅薄膜； 受主和施主杂质扩散系数几乎相同； Si在地壳中的储量非常丰富，Si原料是半导体原料中 最便宜的。 硅材料发展趋势： 晶片直径越来越大 缺陷密度越来越小 表面平整度越来越好 单晶硅的制备过程 石英砂?粗硅（工业硅）?高纯多晶硅?单晶硅 纯度95～99％ 纯度99.9999999％ 直拉法 优点： 不受容器限制，克服应力导致晶体缺陷的缺点；籽晶旋转，克服熔体温度不均匀性引起的非均匀凝固。 用途：Si、Ge、GaAs单晶制备。可批量生产300mm硅单晶，350mm的硅单晶制备也已成熟。 区熔法 优点： 制备过程中熔体不与任何器物接触；熔区体积很小，不需要保温隔热系统。杂质对晶体的玷污很小。 用途：Si、GaAs单晶制备。 绝缘层上硅SOI（silicon on insulator, SOI）是一种新型的硅芯片材料。 SOI结构： 绝缘层/硅 硅/绝缘层/硅 优点： 减少了寄生电容，提高了运行速度（提高20～35％） 具有更低的功耗（降低35～70％） 消除了闩锁效应 抑制了衬底的脉冲电流干扰 与现有硅工艺兼容，减少了13～20％工序 绝缘层上硅SOI制备技术 注氧隔离技术（Separation by Implanted Oxygen，SIMOX） 此技术在普通圆片的层间注入氧离子经超过1300℃高温退火后形成隔离层。该方法有两个关键步骤：高温离子注入和后续超高温退火。 键合再减薄的BESOI技术 （Bond and Etch back） 通过硅和二氧化硅键合(Bond)技术，两个圆片能够紧密键合在一起，并且在中间形成二氧化硅层充当绝缘层。这个过程分三步来完成。第一步是在室温的环境下使一热氧化圆片在另一非氧化圆片上键合；第二步是经过退火增强两个圆片的键合力度；第三步是通过研磨、抛光及腐蚀来减薄其中一个圆片直到所要求的厚度。 键合技术工艺过程 绝缘层上硅SOI制备技术 注氢智能剥离技术（Smart Cut） 1995 年，M Bruel 利用键合和离子注入技术的优点提出了智能剥离（Smart-Cut）技术。它是利用氢离子注入到硅片中，形成具有气泡层的注氢片，与支撑硅片键合（两个硅片中至少有一片的表面带有热氧化的SiO2 覆盖层），经适当的热处理使注氢片从气泡层处完整裂开，形成SOI 结构。 注氢智能剥离工艺过程 绝缘层上硅SOI制备技术 注氧隔离和键合的Simbond SOI技术 利用氧离子注入产生的一个分布均匀的离子注入层，并在退火过程中形成二氧化硅绝缘层。此二氧化硅绝缘层用来充当化学腐蚀阻挡层，可对圆片在最终抛光前器件层的厚度及其均匀性有很好的控制。由于在此工艺中，表层硅的均匀性由氧离子注入工艺来控制，因此，顶层硅均匀性很好。同时，绝缘埋层的厚度可随意调节。 * 需两个动画 * 2.1.1 半导体性质(半导体、本征半导体、本征激发、 N型半导体、 P型半导体) 2.2.1 p-n结的形成(内建电场、半导体掺杂) 2.1 半导体物理基础 2.2 集成电路基础(半导体器件基础) 2.2.9 集成电路基本工艺技术(集成电路的基本工艺过程) 2.3.1 衬底材料(集成电路的各种衬底材料，主要是硅材料和绝缘层上硅材料) 第二章 微电子材料与器件 2.1 半导体物理基础 2.1.1 半导体性质 电导率介于金属和绝缘体之间的材料称为半导体。 纯净半导体的电导率随温度升高而指数增加 杂质的种类和数量决定着半导体的电导率 可以实现非均匀掺杂 半导体的电导率受光辐照和高能电子等的影响 半导体 硅 ( Si ) 、锗 ( Ge ) 原子结构及简化模型： +14 2 8 4 +32 2 8 4 18 +4 价电子 惯性核 完全纯净的半导体称为本征半导体。它们是制造半导体器件的基本材料。 +4 +4 +4 +4 +4 +4