第五章
晶体薄膜衍衬成像分析
【教学内容】
第一节概述
第二节薄膜样品的制备方法 第三节衍射衬度成像原理 第四节消光距离
第五节衍衬运动学
第六节衍衬动力学简介
第七节晶体缺陷分析
【基本要求】
了解复性技术的原理及局限性
了解薄膜样品制备的基本要求、条件和工艺工程 掌握衍射衬度成像的原理
掌握晶体的消光距离；
掌握衍衬运动学的基本假设及处理方法；
掌握完整晶体和不完整晶体的衍衬动力学方程； 了解晶体的缺陷分析。
【教学难点】
明场、暗场成像原理
衍衬运动学及衍衬动力学方程的推导及应用
第一节概述
第二节薄膜样品的制备方法 第三节衍射衬度成像原理 第四节消光距离
第五节衍衬运动学
第六节衍衬动力学简介
第七节晶体缺陷分析
但是，用复型观察断口比扫描电镜的断口清晰以及复型金相组织和光学金相组织之间的相似，致使复型电镜分析技术至今为人们所采用。
复型：就是把样品表面形貌复制出来，其原理与侦破案件时用
石膏复制罪犯鞋底花纹相似。
复型法实际上是一种间接或部分间接的分析方法，因为通过复型制备出来的样品是真实样品表面行貌组织结构细节的薄膜复制品。
使用这种方法主要是早期透射电子显微镜的制造水平有限和制样水平不高，难以对实际样品进行直接观察分析。近年来扫描电镜显微镜分析技术和金属薄膜技术发展很快，复型技术几乎为上述两种分析方法所代替。
复型技术的局限性
利用复型技术虽可使电子显微镜的分辨率达到几个纳米，但因复型材料本身的颗粒有一定的大小，因此不可能把比自身还要小的细微结构复杂出来，从而限制了分辨率的进一步提高。
复型只能对样品的表面形貌进行复制，并不能对样品内部组织结构（如晶体缺陷、界面等）进行观察分析。
第一节概述
第二节薄膜样品的制备方法 第三节衍射衬度成像原理 第四节消光距离
第五节衍衬运动学
第六节衍衬动力学简介
第七节晶体缺陷分析
样品的厚度较大时，往会使膜内不同深度层上的结构细节彼此重叠而互相干扰，得到的图像过于复杂，以至于难以分析。 如果样品太薄则表面效应将起着十分重要作用，以至于造成薄膜佯品中相变和塑性变形的进行方式有别于大块样品。 因此，对于一般金属材料而言．样品厚度都在500 nm 以下。
基本要求
电子束对薄膜样品的穿透能力和加速电压有关。如当电子束的加速电压为200kV 时，可穿透厚度为500 nm 的铁膜；若加速电压增至1000kV 时，穿透厚度可达1500 nm 。
薄膜样品条件
?首先，薄膜样品的组织结构必须和大块样品相同，在制备过程中，这些组织结构不发生变化；
?第二，样品相对于电子束而言必须有足够的“透明度”，因为只有样品能被电子束透过，才有可能进行观察与分析；?第三，薄膜样品应有一定强度和刚度，在制备，夹持和操作过程中，在一定的机械力作用下不会引起变形或损坏；
?最后，在样品制备过程中不允许表面产生氧化和腐蚀。否则会导致样品透明度下降，造成多种假象。
大块材料上制备薄膜样品大致为三个步骤：
◆电火花线切割法是目前用得最广泛的方
法。
◆电火花切割可切下厚度小于0.5mm 的薄
片，切割时损伤层比较浅，可以通过后
续的磨制或减薄除去。电火花切割只能
用导电样品。
◆对于陶瓷等不导电样品可用金刚石刃
内圆切割机切片。工艺过程
?第一步是从大块试样上切割厚度
为0.3 —0.5mm 厚的薄片。
◆化学减薄法。这种方法是把切割好的金属薄片放入配好的试剂中，使它表面受腐蚀而继续减薄。其最大优点是表面没有机械硬化层，薄化后样品的厚度可以控制在20-50μm 。缺点是必须先把薄片表面充分清洗，去除油污或其他不洁物，否则将得不到满意的结果。
?第二步：样品的预先减薄
预先减薄的方法有两种，即机械法和化学法。
◆机械减薄法。是通过手工研磨来完成的，把切割好的薄片一面用黏结剂粘接在样品座表面，然后在水砂纸上进行研磨减薄。如果材料较硬，可减薄至70μm 左右；若材料较软，则减薄的最终厚度不能小于100μm 。
用这样的方法制成的薄膜样品，中心空附近有一个相当大的薄区，可以被电子束穿透，直径3mm 圆片周边好似一个厚度较大的刚性支架，因为透射电子显微镜样品座的直径也是3mm ，因此，用双喷抛光装置制备好的样品可以直接装入电镜，进行分析观察。效率最高和最简便的方法是双喷减
薄抛光法；如图为一台双喷式电解
抛光装置的示意图。
第三步：最终减薄
最终减薄方法有两种即双喷减薄和离子减薄。
离子减薄的效率较低，一般情况下4μm/小时左右。但是离子减薄的质量高薄区大。可以适用于矿物、陶瓷、半导体及多相合
金等电解抛光所不能减薄的场合。离子减薄是物理方法减薄，它采用离子束将试样表层材料层层剥去，最终使试样减薄到电子束可以通过的厚度。
右图是离子减薄装置示意图。试样放
置于高真空样品室中，离子束（通常
是高纯氩）从两侧在3-5KV 加速电压
加速下轰击试样表面，样品表面相对
离子束成0-30o角的夹角。
双喷减薄和离子减薄的比较
适用样品效率薄区
大小
操作
难度
仪器价格
双喷减薄
金属
部分合金
高小容易便宜
离子减薄
矿物
陶瓷
半导体
多相合金
低大复杂昂贵
第一节概述
第二节薄膜样品的制备方法 第三节衍射衬度成像原理 第四节消光距离
第五节衍衬运动学
第六节衍衬动力学简介
第七节晶体缺陷分析
?非晶态复型样品：依据“质量厚度衬度”的原理成像。即利用非晶态复型膜上不同区域厚度或平均原子的差别，使进入物镜光阑并聚焦于像平面的散射电子强度的不同，从而产生了图像的反差。
?晶体薄膜样品：其厚度t 大致均匀，且平均原子序数Z 也无差别（即使多相材料差别也不太大），薄膜上不同部位对电子的散射或吸收作用大致相同，故不能利用“质厚衬度”
来获得满意的图像反差。
更重要的是，若让散射电子与透射电子在像平面上复合成像的亮点，则图像除能显示样品形貌特征外，所有其他的如晶体学的信息将完全丢失。
为此，须寻找新的成像方法，即“衍射衬度成像”，简称“衍衬成像”。
“衍射衬度成像”原理
“衍射衬度成像”主要取决于入射束与试样内各晶面相对位向不同所导致的衍射强度差异。
若只让透射束通过物镜光阑成像，那就会因试样各晶面产生衍射与否、衍射强弱、使透射束强度不一，而在荧光屏上形成衬度。当电子束穿过金属薄膜时，
◆严格满足布拉格条件的晶面，产生强衍射束；
◆不严格满足布拉格条件的晶面，产生弱衍射束；◆不满足布拉格条件的晶面，不产生衍射束。
当电压一定时，入射束强度一定为I 0，衍射束强度为I hkl ，则透射束强度为（I 0-I hkl ）（吸收不计）。
以单相的多晶体薄膜样品为例说明。设薄膜内两晶粒A 和B ，其唯一差别在于晶体学位向不同。
衍衬成像原理
衍射束透射束A 区域B 区域
而其余晶面均与衍射束存在较大
的偏差，不产生衍射。即B 晶粒
的位向满足“双光束条件”。
在入射束照射下，B 晶粒的某(hkl)
晶面组恰好与入射束满足精确的
布拉格角θB ，产生强烈衍射；
则在B 晶粒的选区衍射花样中，hkl 斑点特别亮，也即其(hkl)晶面的衍射束最强。若样品足够薄，入射电子受到的吸收效应可不计，且在“双光束条件”下忽略其它较弱的衍射束。
衍衬成像原理－明场像hkl
B I I I ?≈0透射束
衍射束 入射电子束I 0 在B 晶粒区域内经
过散射之后，将成为衍射束I hkl 和
透射束(I 0－I hkl ) 两部分。即
衍衬成像原理－明场像
I I A ≈衍射束透射束
A 晶粒所有晶面组与
B 晶粒位向不同，
均与布拉格条件存在较大的偏差。即
在A 晶粒的选区衍射花样中将不出现
任何强衍射斑点，而只有中心透射斑
点，或者说其所有衍射束的强度均为
零。于是，A 晶粒区域的透射束强度
仍近似等于入射束强度I 0。
半導體薄膜材料分析 李文鴻 化學工程系 黎明技術學院 摘要 使用電子迴旋共振電漿化學氣相沉積法(electron cyclotron resonance plasma chemical vapor deposition, ECRCVD)以CH4/SiH4/Ar混合氣體於低溫下成長碳化矽薄膜為例，藉由穿透式電子顯微鏡(TEM)、X光繞射儀(XRD)、掃描式電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、傅立葉轉換紅外線光譜儀(FTIR)、X射線光電子能譜儀(XPS; ESCA)、歐傑電子能譜儀(AES)、拉塞福背向散射儀(RBS)、低能量電子繞射（LEED）、反射式高能量電子繞射(RHEED)、拉曼光譜儀（Raman）來研究碳化矽薄膜的微結構、表面型態及化學組成與沉積參數之間的關係，藉由二次離子質譜儀(SIMS)來研究沉積膜的雜質濃度分佈，利用光子激發光(PL)來量測發光波長範圍。 關鍵字：材料分析、電子迴旋共振電漿化學氣相沉積法、碳化矽薄膜 一、前言光電半導體產業的發展非常迅速，其中
積體電路製程技術的發展朝向尺寸微小化，目前已邁入0.13μm以下製程及邁向奈米的範疇，並朝多層薄膜的趨勢。然而新材料和製程的開發及其分析更是必須掌握的。本文將以跨世紀的接班材料-碳化矽(silicon carbide)為例，介紹材料之薄膜成長及其分析。 碳化矽為具有許多優異特性的電子材料，如寬能隙、高電子遷移率、高飽和飄移速度、高崩潰電壓、高操作溫度、高熱傳導度、化學惰性、高融點及高硬度【1】，並具耐熱震(thermal shock resistance)、抗高溫氧化、比矽低的介電常數等優點。由Johnson 之優值指標(評估元件在高功率及高頻下運作的指標)碳化矽(β-SiC)為矽之1137.8倍，及Keyes 之優值指標(評估元件在高速下運作的指標) 碳化矽(β-SiC)為矽之5.8倍【2】，故碳化矽元件能在高功率、高頻及高速下操作的特性，在光電元件的製造上，具極大之應用價值，且可用於微機電系統(microelectromechanical system；MEMS)元件之薄膜【3】、封裝材料及濾材之分離膜等【4】。在商業應用發展方面，Cree Research、日本三洋公司及信越半導體等的碳化矽藍光LED已商品化，Motorola將碳化矽應用於RF 及微波的高頻高功率元件，General Electric 應用於高功率及高溫元件之感測器，Westinghouse 應用於高頻MESFET元件等。可見碳化矽具多用途且具發展潛力，因此被諭為跨世紀的接班材料。 由於材料之製程會影響材料結構及性質進而影響其應用，因此本文將介紹碳化矽材
清洗机超音波清洗机是现代工厂工业零件表面清洗的新技术,目前已广泛应用于半导体硅 片的清洗。超声波清洗机“声音也可以清洗污垢”——超声波清洗机又名超声波清洗器，以其洁净的清洗效果给清洗界带来了一股强劲的清洗风暴。超声波清洗机（超声波清洗器）利用空化效应，短时间内将传统清洗方式难以洗到的狭缝、空隙、盲孔彻底清洗干净，超声波清洗机对清洗器件的养护，提高寿命起到了重要作用。CSQ 系列超声波清洗机采用内置式加热系统、温控系统，有效提高了清洗效率；设置时间控制装置，清洗方便；具有频率自动跟踪功能，清洗效果稳定；多种机型、结构设计，适应不同清洗要求。CSQ 系列超声波清洗机适用于珠宝首饰、眼镜、钟表零部件、汽车零部件，医疗设备、精密偶件、化纤行业（喷丝板过滤芯）等的清洗；对除油、除锈、除研磨膏、除焊渣、除蜡，涂装前、电镀前的清洗有传统清洗方式难以达到的效果。恒威公司生产CSQ 系列超声波清洗机具有以下特点：不锈钢加强结构，耐酸耐碱；特种胶工艺连接，运行安全；使用IGBT 模块，性能稳定；专业电源设计，性价比高。反渗透纯水机去离子水生产设备之一，通过反渗透原理来实现净水。 纯水机清洗半导体硅片用的去离子水生产设备，去离子水有毒，不可食用。 净化设备主要产品：水处理设备、灌装设备、空气净化设备、净化工程、反渗透、超滤、电渗析设备、EDI 装置、离子交换设备、机械过滤器、精密过滤器、UV 紫外线杀菌器、臭氧发生器、装配式洁净室、空气吹淋室、传递窗、工作台、高校送风口、空气自净室、亚高、高效过滤器等及各种配件。 风淋室：运用国外先进技术和进口电器控制系统, 组装成的一种使用新型的自动吹淋室.它广 泛用于微电子医院制药生化制品食品卫生精细化工精密机械和航空航天等生产和科研单位,用于吹除进入洁净室的人体和携带物品的表面附着的尘埃,同时风淋室也起气的作用 防止未净化的空气进入洁净区域,是进行人体净化和防止室外空气污染洁净的有效设备. 抛光机整个系统是由一个旋转的硅片夹持器、承载抛光垫的工作台和抛光浆料供给装置三大部分组成。化学机械抛光时，旋转的工件以一定的压力压在旋转的抛光垫上，而由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的抛光液在工件与抛光垫之间流动，并产生化学反应，工件表面形成的化学反应物由磨粒的机械作用去除，即在化学成膜和机械去膜的交替过程中实现超精密表面加工，人们称这种CMP 为游离磨料CMP 。 电解抛光电化学抛光是利用金属电化学阳极溶解原理进行修磨抛光。将电化学预抛光和机械精抛光有机的结合在一起，发挥了电化学和机构两类抛光特长。它不受材料硬度和韧性的限制，可抛光各种复杂形状的工件。其方法与电解磨削类似。导电抛光工具使用金钢石导电锉或石墨油石，接到电源的阴极，被抛光的工件（如模具）接到电源的阳极。 光刻胶又称光致抗蚀剂，由感光树脂、增感剂（见光谱增感染料）和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。感光树脂经光照后，在曝光区能很快地发生光固化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。经适当的溶剂处理，溶去可溶性部分，得到所需图像（见图光致抗蚀剂成像制版过程）。光刻胶广泛用于印刷电路和集成电路的制造以及印刷制版等过程。光刻胶的技术复杂，品种较多。根据其化学反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶。利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形。基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型。①光聚合型，采用烯类单体，在光作用下生成自由基，自由基再进一步引发 单体聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特点。②光分解型，采用含有叠氮醌类化合
第一章半导体器件基础测试题（高三） 姓名班次分数 一、选择题 1、N型半导体是在本征半导体中加入下列物质而形成的。 A、电子； B、空穴； C、三价元素； D、五价元素。 2、在掺杂后的半导体中，其导电能力的大小的说法正确的是。 A、掺杂的工艺； B、杂质的浓度： C、温度； D、晶体的缺陷。 3、晶体三极管用于放大的条件，下列说法正确的是。 A、发射结正偏、集电结反偏； B、发射结正偏、集电结正偏； C、发射结反偏、集电结正偏； D、发射结反偏、集电结反偏； 4、晶体三极管的截止条件，下列说法正确的是。 A、发射结正偏、集电结反偏； B、发射结正偏、集电结正偏； C、发射结反偏、集电结正偏； D、发射结反偏、集电结反偏； 5、晶体三极管的饱和条件，下列说法正确的是。 A、发射结正偏、集电结反偏； B、发射结正偏、集电结正偏； C、发射结反偏、集电结正偏； D、发射结反偏、集电结反偏； 6、理想二极管组成的电路如下图所示，其AB两端的电压是。 A、—12V； B、—6V； C、+6V； D、+12V。 7、要使普通二极管导通，下列说法正确的是。 A、运用它的反向特性； B、锗管使用在反向击穿区； C、硅管使用反向区域，而锗管使用正向区域； D、都使用正向区域。 8、对于用万用表测量二极管时，下列做法正确的是。 A、用万用表的R×100或R×1000的欧姆，黑棒接正极，红棒接负极，指针偏转； B、用万用表的R×10K的欧姆，黑棒接正极，红棒接负极，指针偏转； C、用万用表的R×100或R×1000的欧姆，红棒接正极，黑棒接负极，指针偏转； D、用万用表的R×10，黑棒接正极，红棒接负极，指针偏转； 9、电路如下图所示，则A、B两点的电压正确的是。 A、U A=3.5V，U B=3.5V，D截止；
半导体基础知识和半导体器件工艺 第一章半导体基础知识 通常物质根据其导电性能不同可分成三类。第一类为导体，它可以很好的传导电流，如：金属类，铜、银、铝、金等；电解液类：NaCl水溶液，血液，普通水等以及其它一些物体。第二类为绝缘体，电流不能通过，如橡胶、玻璃、陶瓷、木板等。第三类为半导体，其导电能力介于导体和绝缘体之间，如四族元素Ge锗、Si硅等，三、五族元素的化合物GaAs砷化镓等，二、六族元素的化合物氧化物、硫化物等。 物体的导电能力可以用电阻率来表示。电阻率定义为长1厘米、截面积为1平方厘米的物质的电阻值，单位为欧姆*厘米。电阻率越小说明该物质的导电性能越好。通常导体的电阻率在10-4欧姆*厘米以下，绝缘体的电阻率在109欧姆*厘米以上。 半导体的性质既不象一般的导体，也不同于普通的绝缘体，同时也不仅仅由于它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是由于半导体具有以下的特殊性质： (1) 温度的变化能显著的改变半导体的导电能力。当温度升高时，电阻率会降低。比如Si在200℃时电阻率比室温时的电阻率低几千倍。可以利用半导体的这个特性制成自动控制用的热敏组件（如热敏电阻等），但是由于半导体的这一特性，容易引起热不稳定性，在制作半导体器件时需要考虑器件自身产生的热量，需要考虑器件使用环境的温度等，考虑如何散热，否则将导致器件失效、报废。 (2) 半导体在受到外界光照的作用是导电能力大大提高。如硫化镉受到光照后导电能力可提高几十到几百倍，利用这一特点，可制成光敏三极管、光敏电阻等。 (3) 在纯净的半导体中加入微量（千万分之一）的其它元素（这个过程我们称为掺杂），可使他的导电能力提高百万倍。这是半导体的最初的特征。例如在原子密度为5*1022/cm3的硅中掺进大约5X1015/cm3磷原子，比例为10-7（即千万分之一），硅的导电能力提高了几十万倍。 物质是由原子构成的，而原子是由原子核和围绕它运动的电子组成的。电子很轻、很小，带负电，在一定的轨道上运转；原子核带正电，电荷量与电子的总电荷量相同，两者相互吸引。当原子的外层电子缺少后，整个原子呈现正电，缺少电子的地方产生一个空位，带正电，成为电洞。物体导电通常是由电子和电洞导电。前面提到掺杂其它元素能改变半导体的导电能力，而参与导电的又分为电子和电洞，这样掺杂的元素（即杂质）可分为两种：施主杂质与受主杂质。将施主杂质加到硅半导体中后，他与邻近的4个硅原子作用，产生许多自由电子参与导电，而杂质本身失去电子形成正离子，但不是电洞，不能接受电子。这时的半导体叫N型半导体。施主杂质主要为五族元素：锑、磷、砷等。 将施主杂质加到半导体中后，他与邻近的4个硅原子作用，产生许多电洞参与导电，这时的半导体叫p型半导体。受主杂质主要为三族元素：铝、镓、铟、硼等。电洞和电子都是载子，在相同大小的电场作用下，电子导电的速度比电洞快。电洞和电子运动速度的大小用迁移率来表示，迁移率愈大，截流子运动速度愈快。假如把一些电洞注入到一块N型半导体中，N型就多出一部分少数载子――电洞，但由于N型半导体中有大量的电子存在，当电洞和电子碰在一起时，会发
?平时成绩30% + 考试成绩70% ?名词解释（2x5=10）+ 简答与画图（8x10=80）+ 计算（1x10=10） 名词解释 p型和n型半导体 漂移和扩散 简并半导体 异质结 量子隧穿 耗尽区 阈值电压 CMOS 欧姆接触 肖特基势垒接触 简答与画图 1.从能带的角度分析金属、半导体和绝缘体之间的区别。 2.分析pn结电流及耗尽区宽度与偏压的关系。 3.什么是pn结的整流（单向导电）特性？画出理想pn结电流-电压曲线示意图。 4.BJT各区的结构有何特点？为什么？ 5.BJT有哪几种工作模式，各模式的偏置情况怎样？ 6.画出p-n-p BJT工作在放大模式下的空穴电流分布。 7.MOS二极管的金属偏压对半导体的影响有哪些？ 8.MOSFET中的沟道是多子积累、弱反型还是强反型？强反型的判据是什么？ 9.当VG大于VT且保持不变时，画出MOSFET的I-V曲线，并画出在线性区、非线 性区和饱和区时的沟道形状。 10.MOSFET的阈值电压与哪些因素有关？ 11.半导体存储器的详细分类是怎样的？日常使用的U盘属于哪种类型的存储器，画出 其基本单元的结构示意图，并简要说明其工作原理。 12.画出不同偏压下，金属与n型半导体接触的能带图。 13.金属与半导体可以形成哪两种类型的接触？MESFET中的三个金属-半导体接触分 别是哪种类型？ 14.对于一耗尽型MESFET，画出VG=0, -0.5, -1V（均大于阈值电压）时的I-V曲线示 意图。 15.画出隧道二极管的I-V曲线，并画出电流为谷值时对应的能带图。 16.两能级间的基本跃迁过程有哪些，发光二极管及激光器的主要跃迁机制分别是哪 种？ 计算 Pn结的内建电势及耗尽区宽度
小编为您解读半导体生产过程中的主要设备概况。 1、单晶炉 设备名称：单晶炉。
设备功能：熔融半导体材料，拉单晶，为后续半导体器件制造，提供单晶体的半导体晶坯。 主要企业（品牌）： 国际：德国 PVA TePla AG 公司、日本 Ferrotec 公司、美国 QUANTUM DESIGN公司、德国 Gero 公司、美国KAYEX公司。 国内：北京京运通、七星华创、北京京仪世纪、河北晶龙阳光、西安理工晶科、常州华盛天龙、上海汉虹、 西安华德、中国电子科技集团第四十八所、上海申和热磁、上虞晶盛、晋江耐特克、宁夏晶阳、常州江南、 合肥科晶材料技术有限公司、沈阳科仪公司。 2、气相外延炉 设备名称：气相外延炉。 设备功能：为气相外延生长提供特定的工艺环境，实现在单晶上，生长与单晶晶相具有对应关系的薄层晶 体，为单晶沉底实现功能化做基础准备。气相外延即化学气相沉积的一种特殊工艺，其生长薄层的晶体结 构是单晶衬底的延续，而且与衬底的晶向保持对应的关系。 主要企业（品牌）： ProtoFlex公司、国际：美国 CVD Equipment 公司、美国GT公司、法国Soitec公司、法国AS公司、美 国 美国科特·莱思科（Kurt J.Lesker）公司、美国Applied Materials公司。 国内：中国电子科技集团第四十八所、青岛赛瑞达、合肥科晶材料技术有限公司、北京金盛微纳、济南 力冠电子科技有限公司。
3、分子束外延系统（MBE，Molecular Beam Epitaxy System） 设备名称：分子束外延系统。 设备功能：分子束外延系统，提供在沉底表面按特定生长薄膜的工艺设备；分子束外延工艺，是一种制备 单晶薄膜的技术，它是在适当的衬底与合适的条件下，沿衬底材料晶轴方向逐层生长薄膜。主要企业（品 牌）： 国际：法国 Riber 公司、美国Veeco 公司、芬兰DCA Instruments公司、美国SVTAssociates公司、美国NBM公司、德国 Omicron 公司、德国 MBE-Komponenten公司、英国 Oxford Applied Research（OAR）公司。 国内：沈阳中科仪器、北京汇德信科技有限公司、绍兴匡泰仪器设备有限公司、沈阳科友真空技术有限 公司。 4、氧化炉（ VDF）
半导体期末复习补充材料 一、名词解释 １、准费米能级 费米能级和统计分布函数都是指的热平衡状态，而当半导体的平衡态遭到破坏而存在非平衡载流子时，可以认为分就导带和价带中的电子来讲，它们各自处于平衡态，而导带和价带之间处于不平衡态，因而费米能级和统计分布函数对导带和价带各自仍然是适用的，可以分别引入导带费米能级和价带费米能级，它们都是局部的能级，称为“准费米能级”，分别用E F n、E F p表示。 ２、直接复合、间接复合 直接复合—电子在导带和价带之间直接跃迁而引起电子和空穴的直接复合。 间接复合—电子和空穴通过禁带中的能级（复合中心）进行复合。 ３、扩散电容 PN结正向偏压时，有空穴从P区注入N区。当正向偏压增加时，由P区注入到N区的空穴增加，注入的空穴一部分扩散走了，一部分则增加了N区的空穴积累，增加了载流子的浓度梯度。在外加电压变化时，N扩散区内积累的非平衡空穴也增加，与它保持电中性的电子也相应增加。这种由于扩散区积累的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应，称为P-N结的扩散电容。用CD表示。 4、雪崩击穿 随着PN外加反向电压不断增大，空间电荷区的电场不断增强，当超过某临界值时，载流子受电场加速获得很高的动能，与晶格点阵原子发生碰撞使之电离，产生新的电子—空穴对，再被电场加速，再产生更多的电子—空穴对，载流子数目在空间电荷区发生倍增，犹如雪崩一般，反向电流迅速增大，这种现象称之为雪崩击穿。 1、PN结电容可分为扩散电容和过渡区电容两种，它们之间的主要区别在于 扩散电容产生于过渡区外的一个扩散长度范围内，其机理为少子的充放 电，而过渡区电容产生于空间电荷区，其机理为多子的注入和耗尽。 2、当MOSFET器件尺寸缩小时会对其阈值电压V T产生影响，具体地，对 于短沟道器件对V T的影响为下降，对于窄沟道器件对V T的影响为上升。 3、在NPN型BJT中其集电极电流I C受V BE电压控制，其基极电流I B受V BE 电压控制。 4、硅-绝缘体SOI器件可用标准的MOS工艺制备，该类器件显著的优点是 寄生参数小，响应速度快等。 5、PN结击穿的机制主要有雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿等等几种，其中发
半导体器件物理复习题 第二章： 1） 带隙：导带的最低点和价带的最高点的能量之差，也称能隙。 物理意义：带隙越大，电子由价带被激发到导带越难，本征载流子浓度就越低，电导率也就越低 2）什么是半导体的直接带隙和间接带隙？ 其价带顶部与导带最低处发生在相同动量处(p ＝0)。因此，当电子从价带转换到导带时，不需要动量转换。这类半导体称为直接带隙半导体。 3）能态密度：能量介于E ～E+△E 之间的量子态数目△Z 与能量差△E 之比 4）热平衡状态：即在恒温下的稳定状态.(且无任何外来干扰,如照光、压力或电场). 在恒温下,连续的热扰动造成电子从价带激发到导带，同时在价带留下等量的空穴.半导体的电子系统有统一的费米能级,电子和空穴的激发与复合达到了动态平衡，其浓度是恒定的，载流子的数量与能量都是平衡。即热平衡状态下的载流子浓度不变。 5）费米分布函数表达式？ 物理意义：它描述了在热平衡状态下,在一个费米粒子系统（如电子系统）中属于能量E 的一个量子态被一个电子占据的概率。 6 本征半导体价带中的空穴浓度： 7）本征费米能级Ei ：本征半导体的费米能级。在什么条件下，本征Fermi 能级靠近禁带的中央：在室温下可以近似认为费米能级处于带隙中央 8）本征载流子浓度n i : 对本征半导体而言，导带中每单位体积的电子数与价带每单位体积的空穴数相同, 即浓度相同，称为本征载流子浓度，可表示为n ＝p ＝n i . 或：np=n i 2 9) 简并半导体：当杂质浓度超过一定数量后，费米能级进入了价带或导带的半导体。 10) 非简并半导体载流子浓度: 且有: n p=n i 2 其中: n 型半导体多子和少子的浓度分别为: p 型半导体多子和少子的浓度分别为:
下一代新型半导体器件及工艺基础研究 微电子技术无论是从其发展速度和对人类社会生产、生活的影响，都可以说是科学技术史上空前的，微电子技术已经成为整个信息产业的基础和核心。 自1958年集成电路发明以来，为了提高电子集成系统的性能，降低成本，集成电路的特征尺寸不断缩小，制作工艺的加工精度不断提高，同时硅片的面积不断增大。40多年来，集成电路芯片的发展基本上遵循了摩尔定律，即每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸缩小√2倍。集成电路芯片的特征尺寸已经从1978年的10／xm发展到现在的0．13-0．10txm；硅片的直径也逐渐由2英寸、3英寸、4英寸、6英寸、8英寸发展到12英寸。在这期间，虽然有很多人预测这种发展趋势将减缓，但微电子产业发展的事实证实了Moore的预言，而且根据预测，微电子技术的这种发展趋势至少在今后10多年内还将继续下去，这是其它任何产业都无法与之比拟的。 现在，0．13lam的CMOS工艺技术已进人大生产，0．04微米乃至0．01微米的器件已在实验室中制备成功，研究工作已进入亚0．1lam技术阶段，相应的栅氧化层厚度只有2．0-1．0nm。预计到2014年，特征尺寸为0．035lam的电路将投入批量生产。 2000年以来，虽然世界微电子产业进入低谷，即使如此，但从微电子技术发展方面来讲，微电子却进入了一个快速发展的阶段。自1999年以来，原来集成电路工艺每3年提升一代的规律在进入21世纪后变为两年提升一代，这说明全球的微电子产业正在借这一轮微电子产业不景气的空隙做技术上的储备，为迎接新一轮微电子产业的快速发展作着积极的准备。 近年来，虽然国际微电子产业处于低谷，但中国的微电子产业却一枝独秀，仍然保持着每年30％以上的递增速度。特别是随着中芯国际、华虹NEC、天津Motorola等一批大规模、高水平集成电路制造企业的建成，国际上先进的半导体工艺正被迅速地直接引入到我国，制造工艺技术达到了0．25、0．18甚至0．13lam工艺水平，因此可以说我国微电子产业已经进入了一个跳跃式发展阶段。 为了加强我国微电子产业的竞争力，北京大学、中国科学院微电子中心、清华大学、中国科学院半导体研究所、中国科学院上海微系统与信息技术研究所等单位共同提出了973项目"系统芯片(SystemOn a Chip)中新器件新工艺基础研究"，致力研究下一代SOC发展过程中遇到的半导体新器件新工艺领域的基础科学问题。本文介绍的主要内容就是我们在该973项目研究中取得的部分新器件、新工艺方面的研究成果。 MILC平面双栅器件 双栅器件独特的优点已被公认为纳米量级器件的优选结构，平面双栅器件由于白对准双栅技术的问题一直处于探索之中，虽然已提出一些方法，如激光退火，选择外延生长，侧向外延生长等，但都非常复杂，成本也很高，而得到的器件的寄生电阻比预期高很多。在平面双栅器件工艺集成技术方面一直是一个研究热点。我们利用MILC和高温退火技术提出了一种新的简单的自对准双栅MOS晶体管制备技术，为平面双栅器件的实现提供了新的思路。 图1为我们得到的单晶自对准双栅MOS晶体管的电流电压特性曲线。为比较起见，我们在同一工艺过程中，制作了常规单栅SOl MOS晶体管。双栅器件的沟道长度、沟道宽度、栅氧化层厚度以及沟道区硅膜的厚度分别为0．36μm、0．72μm、lOnm和40nm，测量得到的有效电子迁
深圳大学考试答题纸 (以论文、报告等形式考核专用) 二○～二○学年度第学期 课程编号课程名称主讲教师评分学号姓名专业年级 教师评语： 题目：
目录 摘要 (4) 1.ZnO的发展历史与基本性质 (5) 1.1 ZnO的发展历史 (5) 1.2 ZnO的基本性质 (5) 1.2.1 ZnO的晶体结构 (5) 1.2.2 ZnO的物理化学性质 (6) 1.2.3 ZnO的其他性质 (7) 1.2.3.1 紫外受激发射特性 (7) 1.2.3.2透明导体特性 (8) 1.2.3.3 气敏性 (8) 1.2.3.4 压敏特性 (8) 1.2.3.5 P-N结特性 (9) 1.2.3.6压电特性 (9) 2.ZnO的原料的获取与提纯 (10) 2.1原料的获取 (10) 2.2原料的提纯 (11) 2.2.1直接法（美国法） (11) 2.2.2间接法（法国法） (11) 2.2.3化学湿法 (12) 3.ZnO的单晶的制备 (13) 3.1水热法 (13) 3.2 化学气相输运法 (14) 4.ZnO的薄膜的制备 (16) 4.1 脉冲激光沉积法PLD (16) 4.2 金属有机物气相外延法MOCVD (17) 4.3 喷雾热解法 (17) 4.4磁控溅射法 (18)
4.5溶胶-凝胶法Sol-gel (19) 5.ZnO的应用与前景 (21) 5.1ZnO的应用方向 (21) 5.1.1短波长发光材料 (21) 5.1.2氮化镓薄膜的缓冲层 (22) 5.1.3集成光学 (22) 5.1.4电声器件与声光器件 (22) 5.1.5 传感器和高效率器件 (22) 5.2 ZnO的问题与挑战 (23) 5.3 ZnO的前景 (24) 谢辞 (25) 参考文献 (26)
半导体基础知识和半导体器件工艺 第一章半導體基礎知識 通常物質根據其導電性能不同可分成三類。第一類爲導體，它可以很好的傳導電流，如：金屬類，銅、銀、鋁、金等；電解液類：NaCl 水溶液，血液，普通水等以及其他一些物體。第二類爲絕緣體，電流不能通過，如橡膠、玻璃、陶瓷、木板等。第三類爲半導體，其導電能力介於導體和絕緣體之間，如四族元素Ge鍺、Si矽等，三、五族元素的化合物GaAs砷化鎵等，二、六族元素的化合物氧化物、硫化物等。 物體的導電能力可以用電阻率來表示。電阻率定義爲長1 釐米、截面積爲1 平方釐米的物質的電阻值，單位爲歐姆*釐米。電阻率越小說明該物質的導電性能越好。通常導體的電阻率在10-4 歐姆*釐米以下，絕緣體的電阻率在109 歐姆*釐米以上。 半導體的性質既不象一般的導體，也不同于普通的絕緣體，同時也不僅僅由於它的導電能力介於導體和絕緣體之間，而是由於半導體具有以下的特殊性質： (1) 溫度的變化能顯著的改變半導體的導電能力。當溫度升高時，電阻率會降低。 比如Si在200C時電阻率比室溫時的電阻率低幾千倍。可以利用半導體的這個特性製成自動控制用的熱敏元件 (如熱敏電阻等)，但是由於半導體的這一特性，容易引起熱不穩定性，在製作半導體器件時需要考慮器件自身産生的熱量，需要考慮器件使用環境的溫度等，考慮如何散熱，否則將導致器件失效、報廢。 （2）半導體在受到外界光照的作用是導電能力大大提高。如硫化鎘受到光照後導電能力可提高幾十到幾百倍，利用這一特點，可製成光敏三極管、光敏電阻等。
（3）在純淨的半導體中加入微量（千萬分之一）的其他元素（這個過程我們稱爲摻雜），可使他的導電能力提高百萬倍。這是半導體的最初的特徵。例如在原子密度爲 5*1022/cm3 的矽中摻進大約5X1015/cm3 磷原子，比例爲10-7（即千萬分之一），矽的導電能力提高了幾十萬倍。 物質是由原子構成的，而原子是由原子核和圍繞它運動的電子組成的。電子很輕、很小，帶負電，在一定的軌道上運轉；原子核帶正電，電荷量與電子的總電荷量相同，兩者相互吸引。當原子的外層電子缺少後，整個原子呈現正電，缺少電子的地方産生一個空位，帶正電，成爲電洞。物體導電通常是由電子和電洞導電。 前面提到摻雜其他元素能改變半導體的導電能力，而參與導電的又分爲電子和電洞，這樣摻雜的元素（即雜質）可分爲兩種：施主雜質與受主雜質。 將施主雜質加到矽半導體中後，他與鄰近的4個矽原子作用，産生許多自由電子參與導電，而雜質本身失去電子形成正離子，但不是電洞，不能接受電子。這時的半導體叫N 型半導體。施主雜質主要爲五族元素：銻、磷、砷等。將施主雜質加到半導體中後，他與鄰近的4 個矽原子作用，産生許多電洞參與導電，這時的半導體叫p 型半導體。受主雜質主要爲三族元素：鋁、鎵、銦、硼等。電洞和電子都是載子，在相同大小的電場作用下，電子導電的速度比電洞快。電洞和電子運動速度的大小用遷移率來表示，遷移率愈大，截流子運動速度愈快。\ 假如把一些電洞注入到一塊N型半導體中，N型就多出一部分少數載子一一電洞， 但由於N型半導體中有大量的電子存在，當電洞和電子碰在一起時，會發生作用, 正負電中和，這種現象稱爲複合 單個N型半導體或P型半導體是沒有什麽用途的。但使一塊完整的半導體的一部分是N 型，另一部分爲P型，並在兩端加上電壓，我們會發現有很奇怪的現象。如果將P型半導體接電源的正極，N型半導體接電源的負極，然後緩慢地加電壓。當電壓很小時，一般小
半导体基础知识和半导 体器件工艺 Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
半导体基础知识和半导体器件工艺 第一章半导体基础知识 通常物质根据其导电性能不同可分成三类。第一类爲导体，它可以很好的传导电流，如：金属类，铜、银、铝、金等；电解液类：NaCl水溶液，血液，普通水等以及其他一些物体。第二类爲绝缘体，电流不能通过，如橡胶、玻璃、陶瓷、木板等。第三类爲半导体，其导电能力介於导体和绝缘体之间，如四族元素Ge锗、Si矽等，三、五族元素的化合物GaAs砷化镓等，二、六族元素的化合物氧化物、硫化物等。 物体的导电能力可以用电阻率来表示。电阻率定义爲长1厘米、截面积爲1平方厘米的物质的电阻值，单位爲欧姆*厘米。电阻率越小说明该物质的导电性能越好。通常导体的电阻率在10-4欧姆*厘米以下，绝缘体的电阻率在109欧姆*厘米以上。 半导体的性质既不象一般的导体，也不同于普通的绝缘体，同时也不仅仅由於它的导电能力介於导体和绝缘体之间，而是由於半导体具有以下的特殊性质： (1) 温度的变化能显着的改变半导体的导电能力。当温度升高时，电阻率会降低。比如Si在200℃时电阻率比室温时的电阻率低几千倍。可以利用半导体的这个特性制成自动控制用的热敏元件（如热敏电阻等），但是由於半导体的这一特性，容易引起热不稳定性，在制作半导体器件时需要考虑器件自身産生的
热量，需要考虑器件使用环境的温度等，考虑如何散热，否则将导致器件失效、报废。 (2) 半导体在受到外界光照的作用是导电能力大大提高。如硫化镉受到光照後导电能力可提高几十到几百倍，利用这一特点，可制成光敏三极管、光敏电阻等。 (3) 在纯净的半导体中加入微量（千万分之一）的其他元素（这个过程我们称爲掺杂），可使他的导电能力提高百万倍。这是半导体的最初的特徵。例如在原子密度爲5*1022/cm3的矽中掺进大约5X1015/cm3磷原子，比例爲10-7（即千万分之一），矽的导电能力提高了几十万倍。 物质是由原子构成的，而原子是由原子核和围绕它运动的电子组成的。电子很轻、很小，带负电，在一定的轨道上运转；原子核带正电，电荷量与电子的总电荷量相同，两者相互吸引。当原子的外层电子缺少後，整个原子呈现正电，缺少电子的地方産生一个空位，带正电，成爲电洞。物体导电通常是由电子和电洞导电。 前面提到掺杂其他元素能改变半导体的导电能力，而参与导电的又分爲电子和电洞，这样掺杂的元素（即杂质）可分爲两种：施主杂质与受主杂质。 将施主杂质加到矽半导体中後，他与邻近的4个矽原子作用，産生许多自由电子参与导电，而杂质本身失去电子形成正离子，但不是电洞，不能接受电子。这时的半导体叫N型半导体。施主杂质主要爲五族元素：锑、磷、砷等。 将施主杂质加到半导体中後，他与邻近的4个矽原子作用，産生许多电洞参与导电，这时的半导体叫p型半导体。受主杂质主要爲三族元素：铝、镓、铟、硼等。
第六章
新型半导体薄膜材料
本章主要介绍硅基非晶半导体薄膜材料的结 构特点、制备方法、光学和电学特性以及这 些材料的研究现状。同时还将介绍微晶Si薄 膜和多晶Si薄膜的结构特点、制备方法及其 应用。在应用方面，将重点介绍高效率、长 寿命、低价格、大面积非晶硅（a-Si:H）太 阳能电池的工作原理及发展现状。
概 述
? 新型半导体薄膜材料的研究与发展，主要 是以研究和发展非晶态半导体薄膜材料制 备与器件应用最为活跃，已成为材料学科 的一个重要组成部分 ? 随着非晶态半导体在科学和技术上的飞速 发展，它已在高新技术领域中得到广泛应 用，并正在形成一类新兴产业。
例如，用高效、大面积非晶硅（a-Si:H）薄 膜太阳电池制作的发电站已并网发电（它是 无任何污染的绿色电源）；用a-Si薄膜晶体 管制成的大屏幕液晶显示器和平面显像电视 机已作为商品出售；非晶硅电致发光器件和 高记录速度大容量光盘等。也正在向实际应 用和商业化方向发展。 大量事实说明，研究非晶态半导体薄膜材料 的意义不仅在于技术上能够产生新材料、新 器件和新工艺，而且对于认识固体理论中的 许多基本问题也会产生深远的影响。
硅基非晶态半导体薄膜
“非晶”固体或“无定形”（Amorphous）固 体是一种不具有晶体结构的固体。通常“非晶” 或“无定形”是同义词。但是，严格说来，所 谓“非晶”就是指那些不结晶的物质。液体等 也包括在内。所谓“无定形”是指“玻璃态”的 物质。“玻璃”这一术语多半是指将熔化状态 的物质通过冷急法冻结成的固体。
2016年半导体器件与工艺课程设计 设计报告 项目名称 SRAM读写特性设计 参与者姜云飞黄思贤牛永文 所在学院电子科学与应用物理学院 专业年级电子科学与技术13-1班 指导教师宣晓峰 报告人牛永文 时间 2016.6
一、课程设计的内容与题目要求 1、内容 设计一个SRAM与非门，分析其读写特性。 SRAM结构 2、题目要求 的NMOS，在MDRAW下对器件1）MDRAW工具分别设计一个栅长为0.18m 必要的位置进行网格加密； 2）先通过dessis模拟确定NMOS的转移特性，确定器件结构、掺杂及阈值电压等无错误。 3）再根据设计目标，确定SRAM的网表，其负载电容取3e-13F（模拟在位线负载电容等）； 4）编制dessis模拟程序，在模拟程序中设定SRAM中各组件的连接，分析此器件的读写特性； 5）应用INSPECT工具对比输入信号、输出信号和电流信号，查看其性能； 6）调节电路设计以及NMOS的结构（栅宽、栅氧厚度、掺杂等），优化其读写速度。 二、课程设计的工艺流程 1、器件构建
的NMOS管(如图1.1) 运用MDRAW工具设计一个栅长为0.18m 图 1.1 2、器件掺杂 运用MDRAW对设计好的NMOS进行掺杂（如图1.2和图.3） 图 1.2
图1.3 3、网络生成 掺杂完成后，点击Mesh—Build Mesh，构建网络（如图1.4） 图1.4
三、课程设计的仿真结果 1、dessis模拟NMOS管的特性 1）dessis程序的编写 File{ Grid=”Nmos2_mdr.grd” Doping=”Nmos2_mdr.dat” Plot=”nmos_des.dat” Current=”nmos_des.plt” Output=”nmos_des.log” } Electrode{ {Name=”source”Voltage=0.0} {Name=”drain”Voltage=0.1} {Name=”gate”Voltage=0.0 Barrier=-0.55} {Name=”s”Voltage=0.0} } Plot{ eDensityhDensityeCurrenthCurrent Potential SpaceChargeElectricField eMobilityhMobilityeVelocityhVelocity Doping DonorConcebtration AcceptorConcentration } Physics{ Mobility (DopingDepHighFieldSatEnormal) EffectivelntrinsicDensity(BandGapNarrowing (OldSlotboom)) } Math{ Extrapolate RelErrControl } Solve{ Poisson Coupled{Poisson Electron} Quasistatioonary (Maxstep=0.05 Goal{name=”gate” voltage=2.0}) {Coupled{Poisson Electron}}
第一章 常用半导体器件 自 测 题 一、判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果填入空内。 （1）在N 型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P 型半导体。（ ） （2）因为N 型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。（ ） （3）PN 结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（ ） （4）处于放大状态的晶体管，集电极电流是多子漂移运动形成的。 （ ） （5）结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其R G S 大的特点。（ ） （6）若耗尽型N 沟道MOS 管的U G S 大于零，则其输入电阻会明显变小。（ ） 解：（1）√ （2）× （3）√ （4）× （5）√ （6）× 二、选择正确答案填入空内。 （1）PN 结加正向电压时，空间电荷区将 。 A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽 （2）设二极管的端电压为U ，则二极管的电流方程是 。 A. I S e U B. T U U I e S C. )1e (S －T U U I （3）稳压管的稳压区是其工作在 。 A. 正向导通 B.反向截止 C.反向击穿 （4）当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应为 。 A. 前者反偏、后者也反偏 B. 前者正偏、后者反偏 C. 前者正偏、后者也正偏 （5）U G S ＝0V 时，能够工作在恒流区的场效应管有 。 A. 结型管 B. 增强型MOS 管 C. 耗尽型MOS 管 解：（1）A （2）C （3）C （4）B （5）A C
三、写出图T1.3所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压U D＝0.7V。 图T1.3 解：U O1≈1.3V，U O2＝0，U O3≈－1.3V，U O4≈2V，U O5≈1.3V， U O6≈－2V。 四、已知稳压管的稳压值U Z＝6V，稳定电流的最小值I Z mi n＝5mA。求图T1.4所示电路中U O1和U O2各为多少伏。 图T1.4 解：U O1＝6V，U O2＝5V。
半导体的生产工艺流程 微机电制作技术，尤其是最大宗以硅半导体为基础的微细加工技术(silicon-basedmicromachining)，原本就肇源于半导体组件的制程技术，所以必须先介绍清楚这类制程，以免沦于夏虫语冰的窘态。 一、洁净室 一般的机械加工是不需要洁净室(cleanroom)的，因为加工分辨率在数十微米以上，远比日常环境的微尘颗粒为大。但进入半导体组件或微细加工的世界，空间单位都是以微米计算，因此微尘颗粒沾附在制作半导体组件的晶圆上，便有可能影响到其上精密导线布局的样式，造成电性短路或断路的严重后果。 为此，所有半导体制程设备，都必须安置在隔绝粉尘进入的密闭空间中，这就是洁净室的来由。洁净室的洁净等级，有一公认的标准，以class10为例，意谓在单位立方英呎的洁净室空间内，平均只有粒径0.5微米以上的粉尘10粒。所以class后头数字越小，洁净度越佳，当然其造价也越昂贵。 为营造洁净室的环境，有专业的建造厂家，及其相关的技术与使用管理办法如下： 1、内部要保持大于一大气压的环境，以确保粉尘只出不进。所以需要大型鼓风机，将经滤网的空气源源不绝地打入洁净室中。 2、为保持温度与湿度的恒定，大型空调设备须搭配于前述之鼓风加压系统中。换言之，鼓风机加压多久，冷气空调也开多久。 3、所有气流方向均由上往下为主，尽量减少突兀之室内空间设计或机台摆放调配，使粉尘在洁净室内回旋停滞的机会与时间减至最低程度。 4、所有建材均以不易产生静电吸附的材质为主。 5、所有人事物进出，都必须经过空气吹浴(airshower)的程序，将表面粉尘先行去除。 6、人体及衣物的毛屑是一项主要粉尘来源，为此务必严格要求进出使用人员穿戴无尘衣，除了眼睛部位外，均需与外界隔绝接触(在次微米制程技术的工厂内，工作人员几乎穿戴得像航天员一样。)当然，化妆是在禁绝之内，铅笔等也禁止使用。 7、除了空气外，水的使用也只能限用去离子水(DIwater,de-ionizedwater)。一则防止水中粉粒污染晶圆，二则防止水中重金属离子，如钾、钠离子污染金氧半(MOS)晶体管结构之带电载子信道(carrierchannel)，影响半导体组件的工作特性。去离子水以电阻率(resistivity)来定义好坏，一般要求至17.5MΩ-cm以上才算合格；为此需动用多重离子交换树脂、RO逆渗透、与UV紫外线杀菌等重重关卡，才能放行使用。由于去离子水是最佳的溶剂与清洁剂，其在半导体工业之使用量极为惊人！ 8、洁净室所有用得到的气源，包括吹干晶圆及机台空压所需要的，都得使用氮气(98%)，吹干晶圆的氮气甚至要求99.8%以上的高纯氮！以上八点说明是最基本的要求，另还有污水处理、废气排放的环保问题，再再需要大笔大笔的建造与维护费用! 二、晶圆制作 硅晶圆(siliconwafer)是一切集成电路芯片的制作母材。既然说到晶体，显然是经过纯炼与结晶的程序。目前晶体化的制程，大多是采「柴可拉斯基」(Czycrasky)拉晶法(CZ法)。拉晶时，将特定晶向(orientation)的晶种(seed)，浸入过饱和的纯硅熔汤(Melt)中，并同时旋转拉出，硅原子便依照晶种晶向，乖乖地一层层成长上去，而得出所谓的晶棒(ingot)。晶棒的阻值如果太低，代表其中导电杂质(impuritydopant)太多，还需经过FZ法(floating-zone)的再结晶(re-crystallization)，将杂质逐出，提高纯度与阻值。 三、半导体制程设备 半导体制程概分为三类：(1)薄膜成长，(2)微影罩幕，(3)蚀刻成型。设备也跟着分为四类：(a)高温炉管，(b)微影机台，(c)化学清洗蚀刻台，(d)电浆真空腔室。其中(a)~(c)机台依序对应
半导体工艺讲解(1)--掩模和光刻（上） 概述 光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一。主要作用是将掩膜板上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或者离子注入工序做好准备。光刻的成本约为整个硅片制造工艺的1/3，耗费时间约占整个硅片工艺的40～60%。 光刻机是生产线上最贵的机台，5～15百万美元/台。主要是贵在成像系统（由15～20个直径为200～300mm的透镜组成）和定位系统（定位精度小于10nm）。其折旧速度非常快，大约3～9万人民币/天，所以也称之为印钞机。光刻部分的主要机台包括两部分：轨道机（Tracker），用于涂胶显影；扫描曝光机（Scanning ) 光刻工艺的要求：光刻工具具有高的分辨率；光刻胶具有高的光学敏感性；准确地对准；大尺寸硅片的制造；低的缺陷密度。 光刻工艺过程 一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。 1、硅片清洗烘干（Cleaning and Pre-Baking） 方法：湿法清洗＋去离子水冲洗＋脱水烘焙（热板150～2500C,1～2分钟，氮气保护） 目的：a、除去表面的污染物（颗粒、有机物、工艺残余、可动离子）；b、除去水蒸气，是基底表面由亲水性变为憎水性，增强表面的黏附性（对光刻胶或者是HMDS-〉六甲基二硅胺烷）。 2、涂底（Priming) 方法：a、气相成底膜的热板涂底。HMDS蒸气淀积，200～2500C,30秒钟；优点：涂底均匀、避免颗粒污染； b、旋转涂底。缺点：颗粒污染、涂底不均匀、HMDS用量大。 目的：使表面具有疏水性，增强基底表面与光刻胶的黏附性。 3、旋转涂胶（Spin-on PR Coating） 方法：a、静态涂胶（Static）。硅片静止时，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂（原光刻胶的溶剂约占65～85%,旋涂后约占10～20%）；