段辉高-2-半导体中的材料、硅片制作流程.pdfVIP

第二章

半导体材料特性

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提纲

2.1原子结构

2.2化学键

2.3材料分类

2.4硅

2.5可选择的半导体材料

2.6新型半导体电子与光电材料

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2.1原子结构

原子由三种不同的粒子构成：中性中子和带正电的质子

组成原子核，以及围绕原子核旋转的带负电核的电子，质子

与电子相等呈现中性。

图2.1碳原子的基本模型

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电子能级：原子级的能量单位是电子伏特，它代表一个电子

从低电势处移动到高出1V的的电势处所获得的动能。

价电子层：原子最外部的电子层就是价电子层，对原子的化

学和物理性质具有显著的影响，只有一个价电子的原子很容

易失去这个电子，有7个价电子的原子容易得到一个电子，

具有亲和力。

图2.2钠和氯原子的电子壳层

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2.2化学键

2.2.1离子键

当价电子层电子从一种原子转移到另一种原子上

当价电子层电子从一种原子转移到另一种原子上

时，就会形成离子键，不稳定的原子容易形成离子

时，就会形成离子键，不稳定的原子容易形成离子

键。

键。

图2.3NaCl的离子键

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2.2.2共价键

不元素的原子共有价电子形成的粒子键，原

子通过共有电子来使价层完全填充变得稳定。束缚

电子时受两个原子的约束，如果没有足够的能量

，不易脱离轨道。

图2.4HCl的共价键

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2.3材料分类-能带理论

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导体

导体在原子的最外层通常有一些束缚松散的价电子，容

易失去，金属典型地具有这种价电子层结构。

在一般的半导体制造中，铝是最普遍的导体材料，可以

用来充当器件之间的互连线，而钨可作为金属层之间的互连

材料。

铜是优质金属导体的一个例子，逐渐被引入到硅片制造

中取代铝充当微芯片上不同器件之间的互连材料。

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绝缘体

•绝缘体的价电子层不具有束缚松散的电子可用于导电，它有很

高的禁带宽度来分隔开价带电子和导带电子。

半导体制造中的绝缘体包括二氧化硅（SiO）、氮化硅（SiN

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）和聚酰亚胺（一种塑料材料）。

半导体

半导体材料具有较小的禁带宽度,其值介于绝缘体（2eV）和导体

之间。这个禁带宽度允许电子在获得能量时从价带跃迁到导带。

圆片制造中最重要的半导体材料是硅。