半导体的研究.PDF

半導體的研究 施伯政 市立瑞祥高級中學 高二３班 1 PDF created with pdfFactory trial version 壹●前言 近年來 ，臺積電、聯電等公司在臺灣的經濟扮演著舉足輕重的角色，並為臺灣賺 進大把鈔票，使臺灣的晶圓代工產業成為全世界晶圓主要生產地，然而晶圓是依 據 「半導體」的概念應用而成的 ，半導體是什麼？它有什麼奧妙呢？它到底是何 方神聖，可以主導全世界的電腦產業呢？心中的諸多疑問，是我對半導體產生了 濃厚的興 ，藉著此次製作小論文的機會 ，我決定以 「半導體」為主題並做粗略 的研究 ，希望能對 「半導體」有更深一步的了解 ，也同時希望在未來選系時不再 迷惘。 貳 正文 一、定義 半導體是指常溫下導電性介於導體和絕緣體之間的材料 ，主要的半導體材料有 矽 、鍺 、砷化鎵 、矽鍺複合材料等 。半導體通過電子傳導或空穴(電洞)傳導的方 式傳輸電流。電子傳導的方式與銅線中電流的流動類似，即在電場作用下高度離 子化的原子將多余的電子向著負離子化程度比較低的方向傳遞。在矽(四價)中添 加三價或五價元素形成的電子元件 ，使它不同於導體、非導體的電路特性，其導 電有方向性 ，使得半導體可用來製造邏輯線路 ，而使電路有處理資訊的功能。 二、半導體的原料 地殼表面富含砂石(主要成分二氧化矽) ，當從砂石內萃取出所需的矽元素後 ，經 還原等處理 ，可淬萃約98%野晶體(粗晶體) ，再經純化過程 ，可得純化多晶矽 ， 其形狀為粒狀或棒狀 ，純度高達0.99999999999 。許多固體材料內的原子具有規 則性排列 ，如石英 ，鑽石 ，角閃石等，稱之為晶體。是否能生成單晶體或多晶體 與生長晶體的溫度 、速率 、雜質都有關係 。砂石(二氧化矽)經由電弧爐提煉 、鹽 酸氯化 ，並經蒸餾後 ，可製成了高純度的多晶矽( 多晶體) 。將此多晶矽融化 ，並 在熔融液內摻入一小顆矽晶體晶種 ，再慢慢拉出可形成圓柱狀的單晶矽晶棒 。 三、原理 一般固體材料依導電情形可分為導體、半導體及絕緣體。當溫度上升後 ，半導體 價能帶內的電子 ，由於熱激發躍進到導帶 ，致使導帶內充滿一些電子 ，導電率隨 之增 。材料元件內自由電子濃度(n 值)與其傳導率成正比。良好導體之自由電 28 - 3 7 - 3 子濃度相當大(約10 個e /m ) ，絕緣體n 值則非常小(10 個e /m 左右) ，至於半導 體n 值則介乎此二值之間。 半導體通常採用矽當導體，乃因矽晶體內每個原子貢獻四個價電子，而矽原子內 2 PDF created with pdfFactory trial version 部原子核帶有四個正電荷。相鄰原子間的電子對，構成了原子間的束縛力 ，因此 電子被緊緊地束縛在原子核附近 ，而傳導率相對降低。當溫度升高時 ，晶體的 能使某些共價鍵斯鍵 ，而造成傳導。這種不完全的共價鍵稱為電洞 ，它亦成為電 荷的載子。 四、製程 半導體工業的製造方法是在矽半導體上製造電子元件，而電子元件之完成則由精 密複雜的積體電路所組成 ；IC 之製作過程是應用晶片氧化層成長 、微影技術、 蝕刻 、清