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第一章硅材料及衬底制备

本章重点:

1半导体材料的主要特点

2硅的晶体结构

3硅单晶材料的加工制造过程

4直拉法生长单晶过程

5.集成电路的发展对硅片的要求

半导体材料

目前用于制造半导体器件的材料有:

元素半导体(siGe)

化合物半导体(GaAsInSb锑化铟)

本征半导体:

不含任何杂质的纯净半导体,其纯度在9999999%

(8~10个9)。

掺杂半导体:

半导体材料对杂质的敏感性非常强,例如在S中掺

入千万分之一的磷(P)或者硼(B),就会使电阻

率降低20万倍。

硅的共价键结构

7

8§

共价键共

用电子对

+4表示除

去价电子

后的原子

y9

形成共价键后,每个原子的最外层电

子是八个,构成稳定结构。

6

共价键有很强的结合力

6画名使原子规则排列,形成晶体。

X

((Ix

共价键中的两个电子被紧紧束缚在共

价键中,称为束缚电子,常温下束缚电子

很难脱离共价键成为自由电子,因此本征

半导体中的自由电子很少,所以本征半导

体的导电能力很弱。

杂质半导体

在本征半导体中掺入某些微量的杂质,

就会使半导体的导电性能发生显著变化。

其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度

大大增加。载流子:电子,空穴

N型半导体(主要载流子为电子[+],电子半导

体)

P型半导体(主要载流子为空穴-,空穴半导

体)

N型半导体

硅原子

磷原子

Sie

多余电子

5

⑦§③s

N型硅表示

P型半导体

硅原子

空穴

③③

P型硅表示

硼原子

入了飞

空穴被认为带一个单位的正电荷,并且可以移动

半导体的主要特征

1.电阻率p:电阻率可在很大范围内变化

绝缘体

半导体

导体

1012-1022gcm

106-1012gcm

≤106。cm

硅

B105

10

2x105Qcm

0.2Qcm

2x105

2负电阻温度系数

Si:T=300Kp=2x105Q2cm

T=320KP=2x104Qcm

p=exp(

KIT

3具有整流效应

4光电导效应

本征半导体样品

在光线作用下,对于半导体材料吸收了入射光子能量,

若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度,就激发

出电子-空穴对,使载流子浓度增加,半导体的导电性增

加,阻值减低,这种现象称为光电导效应。光敏电阻就

是基于这种效应的光电器件。