半导体硅材料.docx

半导体硅材料和光电子材料的发展现状及趋势 随着微电子工业的飞速发展, 作为半导体工业基础材料的硅材料工业也将随之发展，而光电子科技的飞速发展也使半导体光电子材料的研究加快步伐，所以研究半导体硅材料和光电子材料的发展现状及未来发展趋势势在必行。现代微电子工业除了对加工技术和加工设备的要求之外,对硅材料也提出了更新更高的要求。 在当今全球超过2000亿美元的半导体市场中,95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路都是用高纯优质的硅抛光片和外延片制作的。在未来30-50年内,它仍将是集成电路工业最基本和最重要的功能材料。半导体硅材料以丰富的资源、优质的特性、日臻完善的工艺以及广泛的用途等而成为了当代电子工业中应用最多的半导体材料。 随着国际信息产业的迅猛发展, 电子工业和半导体工业也得到了巨大发展,并且直到20世纪末都保持稳定的15%的年增长率迅速发展,作为半导体工业基础材料的硅材料工业也将随之发展，所以研究半导体硅材料的发展现状及未来发展趋势势在必行。 一、半导体硅材料的发展现状 由于半导体的优良性能，使其在射线探测器、整流器、集成电路、硅光电池、传感器等各类电子元件中占有极为重要的地位。同时,由于它具有识别、存储、放大、开关和处理电信号及能量转换的功能,而使“半导体硅”实际上成了“微电子”和“现代化电子”的代名词。二、现代微电子工业的发展对半导体硅材料的新要求 随着微电子工业飞速发展, 除了本身对加工技术和加工设备的要求之外, 同时对硅材料也提出了更新更高的要求。 1. 对硅片表面附着粒子及微量杂质的要求 随着集成电路的集成度不断提高,其加工线宽也逐步缩小,因此, 对硅片的加工、清洗、包装、储运等工作提出了更高的新要求。对于兆位级器件, 0.10μm的微粒都可能造成器件失效。亚微米级器件要求0.1μm的微粒降到10个/片以下同时要求各种金属杂质如Fe、Cu、Cr、Ni、A1、Na 等, 都要控制在目前分析技术的检测极限以下。 2. 对硅片表面平整度、应力和机械强度的要求 硅片表面的局部平整度(SFQD)一般要求为设计线宽的2/3,以64M存储器的加工线宽0.35μm为例,则要求硅片局部平整度在22mm2范围内为0.23μm, 256M电路的SFQD为0.17μm。同时,器件工艺还要求原始硅片的应力不能过分集中,机械强度要高,使器件的稳定性和可靠性得到保证,但现在这方面硅材料尚未取得突破性进展,仍是以后研究的一个课题。 3. 对硅片表面和内部结晶特性及氧含量的要求 对大规模集成电路来说, 距硅片表面10μm 左右厚度区域为器件活性区,要求该区域性质均匀且无缺陷。64M和256M电路要求硅片的氧化诱生层错(OSF)≤20/cm2。为达到此要求,目前比较成熟的工艺是采用硅片吸除技术,分为内吸除和背面损伤吸除。现在器件厂家都根据器件工艺的需要,对硅片提出了某种含氧量要求。 4. 对硅片大直径化的要求 为了提高生产率、降低成本,器件厂家随着生产规模的扩大,逐步要求增大硅片直径,使同等规模芯片的收得率明显提高,给器件厂家带来极为显著的经济效益。 半导体光电子材料 1、半导体激光材料 电子器件和光电子器件应用时半导体材料最重要的两大应用领域。半导体材料Si，GaAs和GaN，InP等几十重要的电子材料，也是重要的光电子材料。在1962年，GaAs激光二极管的问世，作为了半导体光电子学的开端。激光的激射波长取决于材料的带隙，且只有具有直接带隙的材料才能产生光辐射，它使注入的电子-空穴自己发生辐射复合以得到较高的电光转化效率。 产生激光的条件有：1、形成粒子数反转使受激辐射占优势；2、具有共振腔以实现光量子放大；3、外界输入能量至少要达到阀值，使激光管的增益至少等于损耗。 2、半导体显示材料半导体显示材料有发光二极管LED和电致发光显示。 发光二极管LED发光二极管LED它是由数层很薄的掺杂半导体材料制成。当通过正向电流时，n区电子获得能量越过PN结的禁区与p区的空穴复合以光的形式释放出能量。而LED广泛应用于各方面，现如今的半导体白光照明、车内照明、交通信号灯、装饰灯、大屏幕全彩色显示系统、太阳能照明系统、以及紫外、蓝外激光器、高容量蓝光DVD、激光打印和显示等。 为了实现高亮度白光LED，我们可以通过红绿蓝三种LED可以组合成为白光；也可以基于紫外光LED，通过三基色粉，组合成为白光；也可基于蓝光LED，通过黄色荧光粉激发出蓝光，组合成为白光。 电致发光 电致发光又称为场致发光，与LED的低电场结型发光相比，是一种高电场作用下发光。电致发光材料分为粉末发光材料和薄膜发光材料。 半导体粉末发光材料的发光特性主要有一线特殊杂质作为激活剂和共激活剂所决定的，ZnS粉末常用Cu作为激活剂；Al、Ga、In等作为共激活剂。其中对于ZnS粉末，用