半导体物理复习题
1．金刚石结构是每个原子周围都有四个最近邻的原子，组成一个正四面体结构。其结晶学原胞是立方对称的晶胞。这种晶胞是两个面心立方晶胞沿立方体的空间对角线互相位移了四分之一的空间对角线套构而成。原胞含2个原子。
2．电子共有化运动是指：原子相互接近形成晶体时，原子组成晶体产生壳层交叠．电子可以在整个晶体中运动。
因为原子相似壳层上的电子才有相同的能量，电子只能在相同壳层中转移。
6．半导体：半导体的能带结构与绝缘体的能带结构类似, 但是禁带很窄（ E g约0.1～2 eV)。
7．本征激发：当温度一定时，价带电子受到激发而成为导带电子的过程。
8．在半导体中存在两种载流子：（1）电子；（2）空穴；而在本征半导体中，n=p。
11．半导体材料的基本性能：
答：导体：ρ=10-6~10-4Ωcm；半
①导电能力随温度上升而迅速增加
②半导体的导电能力随所含杂质的微量变化而发生显著变化
③半导体的导电能力随光照、电场、磁场的作用而发生显著变化
④半导体材料的电阻率直接影响集成电路的电学性能
12．半导体定义： 答：在绝对零度无任何导电能力，但
其导电性随温度升高呈总体上升趋势，且对光照等外部条件和材料的纯度与结构完整性等内部条件十分敏感的一类材料。
金属： ；
半导体： ()T
T αρρ+=00>α0
<α
1．理想的半导体晶体是十分纯净的，不含任何杂质的，晶格中的原子严格按周期排列的晶体。
2．实际应用中的半导体材料，其晶体材料中原子不是静止在具有严格周期性晶格的格点位置上，而是在其平衡位置附近振动；半导体材料不纯净，而是含有若干杂质，在半导体晶格中存在着与组成半导体元素不同的其他化学元素
原子。实际半导体的晶格结构并不是完整无缺的，而存在着各种形式的缺陷3．由于杂质和缺陷的存在，会使严格按周期排列的原子所产生的周期性势场受到破坏，有可能在禁带中引入允许电子存在的能量状态（即能级），从而对半导体的性质产生决定性的影响。4．半导体中杂质来源：1）制备半导
体的原材料纯度不够高；2）半导体单
晶制备过程中及器件制造过程中的沾污；
3）为了半导体的性质而人为地掺入某
种化学元素的原子。
5．半导体中杂质的填充方式：①杂质原子位于晶格原子间的间隙位置，间隙式杂质/填充；②杂质原子取代晶格原
子而位于晶格格点处，替位式杂质/填充。
6．半导体中两种杂质的特点：
间隙式杂质：原子半径一般比较小，如锂离子（Li+）的半径为0.68 ?，所
以锂离子进入硅、锗、砷化镓后以间隙式杂质形式存在。
替位式杂质：原子的半径与被取代的晶格原子的半径大小比较相近，且它们的价电子壳层结构也比较相近。如硅、锗是Ⅳ族元素，与Ⅲ、Ⅴ族元素的情况比较相近，所以Ⅲ、Ⅴ族元素在硅、锗晶体中都是替位式杂质。
12．用类氢原子模型估算浅能级杂质
的电离能
?Ge：△E D～0.0064 eV；
Si: △E D ～ 0.025 eV
第三章，半导体中载流子的统计分布
4．电子遵循费米-狄拉克分布规律。
能量为E 的一个独立的电子态被一个电子占据的几率为
5．处于热平衡状态的电子系统有统一的费米能级
)exp(11)(0T
k E E E f F -+=
6．费米能级E F 的意义 ：是量子态基
本上被电子占据或基本上是空的一个标志。
7．当量子态的能量等于E F 时，则该
量子态被电子占据的概率是50%
8. 当半导体中存在着若干种施主杂质
和若干种受主杂质时，电中性条件显然是:
9. 平衡时半导体中电子和空穴的浓度
为:
∑∑-++=+Ai
Dj p n n p 00
???? ?
?--=T k E E N n F C C 00exp ???? ?
?--=T k E E N p F v V 00exp C N 为导带的有效状态密度，2/3T N C ∝是
温度的函数，C E 是导带底能级， F E 是费米能级
V N 为价带的有效状态密度，2/3T N V ∝是温度的函数， V E 是价带顶能级，F E 是费米能级
11．计算能量在E=E c 到2*n 2
C L
8m 100E E h += 之间单位体积中的量子态数。
解：导带底E C 附近单位能量间隔量
子态数：
()()2
132/3)2(4C dn C E E h
m V E g -=π C g 即状态密度。在dE 范围内单
位体积中的量子态数：
()dE V E g V dZ C 1=
()()2
12*23/211008233
3/2223*21(2)422410038C n C E E h E dn m L C E dn n Z dZ
V m E E dE h m h h m L ππ??+ ? ???∴==-??=?? ???
??
故：
331000L Z π=
12．掺磷的n 型硅，已知磷的电离能为
0.044eV ，求室温下杂质一半电离
时费米能级的位置和磷的浓度。
解: n 型硅，
eV E D 044.0=?， 依题意得：D D N n n 5.00==+
000.512exp()D D D D F N n n N E E k T +∴
===-+-
0012exp 21exp 2D F F E E k T E E k T ??-∴+-=? ??
???--= ??
?
0001ln ln 22ln 2
D F D C C F
E E k T k T E E E E k T ∴-=-=?-+-=
044.0D C D E E E -=?
00ln 20.044ln 20.0440.062F C F C E E k T E E k T eV
∴=--?
-=--=
()0191832exp 0.0622 2.810exp 5.16100.026C F D C E E N N k T cm -??-=- ??
???=??-≈? ???
第四章,半导体的导电性
1. 同一电场作用在半导体材料，半导体材料中电子、空穴平均漂移速度不会相
同，导带电子平均漂移速度要大些，导带电子迁移率大于价带空穴迁移率。2．半导体中电子在电场力作用下的定向运动称为漂移运动，
3．半导体的主要散射机构：电离杂质散射；晶格振动的散射；等同的能谷间散射；中性杂质散射；位错散射载流子之间的散射；合金散射
4，半导体中载流子在运动过程中为什么会遭到散射？
答：根本原因是周期性势场被破坏。引入附加势场V?，从而使周期性势场发生变化，由于附加势场V?的作用，就会使能带中的电子发生在不同k状态间的
跃迁。导致电子运动过程中状态不断发生改变，即电子遭到散射。
5．浓度为Ni的电离杂质对载流子散射概率P i与温度的关系为
P i∝N i T-
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本公开涉及半导体裸片以及电子系统。半导体裸片包括：MEMS设备，包括具有通孔腔体的结构本体、在结构本体的第一侧处悬置在腔体之上的膜；以及过滤模块，在与第一侧相对的第二侧处直接耦合至结构本体，过滤模块的第一部分在腔体之上延伸，并且过滤模块的第二部分无缝地延伸为结构本体的延长部，其中过滤模块的第一部分包括多个通孔开口，多个通孔开口被配置为使腔体与半导体裸片的外部环境进行流体连通，并且同时阻挡污染颗粒从外部环境传到声室。 权利要求书 1.一种半导体裸片，其特征在于，包括： MEMS设备，包括具有通孔腔体的结构本体、在所述结构本体的第一侧处悬置在所述腔体之上的膜；以及 过滤模块，在与所述第一侧相对的第二侧处直接耦合至所述结构本体，所述过滤模块的第一部分在所述腔体之上延伸，并且所述过滤模块的第二部分无缝地延伸为所述结构本体的延长部，
其中所述过滤模块的第一部分包括多个通孔开口，所述多个通孔开口被配置为使所述腔体与所述半导体裸片的外部环境进行流体连通，并且同时阻挡污染颗粒从所述外部环境传到声室。 2.根据权利要求1所述的半导体裸片，其特征在于，所述多个通孔开口中的每一个均具有阻挡至少一个尺寸大于5μm的污染颗粒通过的形状和尺寸。 3.根据权利要求1所述的半导体裸片，其特征在于，所述过滤模块直接耦合至所述结构本体，而在所述结构本体和所述过滤模块之间没有中间层。 4.根据权利要求1所述的半导体裸片，其特征在于，所述过滤模块通过位于所述结构本体和所述过滤模块之间的一个或多个中间氧化硅层直接耦合至所述结构本体。 5.根据权利要求1所述的半导体裸片，其特征在于，所述过滤模块由半导体材料制成，并且具有在声波的传播方向上测量的1μm和100μm之间的厚度。 6.根据权利要求1所述的半导体裸片，其特征在于，所述过滤模块在远离所述腔体的一侧上包括疏水材料层。 7.根据权利要求1所述的半导体裸片，其特征在于，所述MEMS设备是声换能器设备，并且所述腔体是所述声换能器设备的声室。 8.一种电子系统，其特征在于，包括： 半导体封装件，包括： 基底，具有与所述封装件的外部环境进行声连通的声端口； 覆盖元件，与所述基底一起限定所述封装件的内部空间；以及 半导体裸片，位于所述封装件的内部空间中，所述半导体裸片包括直接耦合至过滤模块的
半导体技术期末复习集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
1.20世纪上半叶对半导体产业发展做出贡献的4种不同产业。P2 答：真空管电子学、无线电通信、机械制表机、固体物理 2.列出5个集成时代，指出每个时代的时间段，并给出每个时代每个芯片上的元件数。P4 小规模集成电路 20世纪60年代前期 2-50个芯片 中规模集成电路 20世纪60年代到70年代前期 20-5000个芯片 大规模集成电路 20世纪70年代前期到70年代后期 5000-100000个芯片 超大规模集成电路20世纪70年代后期到80年代后期个芯片 甚大规模集成电路 20世纪90年代后期至今大于1000000个芯片 3.列出提高微芯片制造技术相关的三个重要趋势，简要描述每个趋势。P8 1、提高芯片性能:提高速度和降低功耗。1）、器件做的越小，芯片上的器件就越多，芯片的速度就提高；2）、使用材料，通过芯片表面的电路和器件来提高电信号的传输。 2、提高芯片可靠性 3、降低芯片成本 原因：根本原因是得益于CD尺存的减小；半导体产品市场的大幅度增长。 4.什么是芯片的关键尺寸？这种尺寸为何重要？P9 芯片的物理尺寸特征被称为特征尺寸，最小的特征尺寸称为关键尺寸。
将CD作为定义制造复杂性水平的标准，也就是如果你拥有在硅片上制造某种CD的能力，那你就能加工其他所有特征尺寸，由于这些尺寸更大，因此更容易生产。例如，如果芯片上的最小尺寸是0.18um，那么这个尺寸就是CD。半导体产业使用“技术节点”这一术语描述在硅片制造中使用的可应用CD . 5.什么是摩尔定律？它预测了什么？这个定律正确吗？P10 1964年摩尔预言在一块芯片上的晶体管数大约每隔一年翻一番（后来在1975年被修正为预计每18个月翻一番）。摩尔定律惊人的准确！ 6.以B掺入Si中为例，说明什么是受主杂质、受主杂质电离过程和P型半导体。 在硅晶体中掺入硼，硼是Ⅲ族元素，硼替代原有硅原子位置，由于Ⅲ族元素最外层只有3个价电子，与周围硅原子产生共价键时，产生一个空穴，而本身接受一个电子称为带负电的离子，通常我们称这种杂质为受主杂质。这种半导体主要依靠受主提供的空穴导电，这种依靠空穴导电的半导体称为p型半导体。 7.以As掺入Ge中为例，说明什么是施主杂质、施主杂质电离过程和N 型半导体。 在As中掺入Ge ， Ge 是V族元素杂质， Ge杂质会替代原来硅原子的位置，与周围的硅原子形成共价键，多余的一个电子便成了能够导电的自由电子，本身变成带正电的离子，通常我们称这种杂质为施主杂质。这种半导体依靠施主提供的电子导电，这种依靠电子导电的半导体称为n型半导体。
中国电子报/2012年/10月/19日/第003版 十强半导体企业暨IC CHINA 十周年特刊 中国半导体产业在创新中跃升 中国半导体行业协会执行副理事长徐小田 集成电路产业作为国民经济和社会发展的战略性、基础性产业，在推动经济发展、社会进步和保障国家安全等方面日益发挥重要的核心基础作用，拥有强大的集成电路产业和技术，是迈向创新型国家的重要标志。 中国半导体行业协会主办的中国国际半导体博览会暨高峰论坛(IC China)自2003年起已经10年了，10年来中国半导体产业得到了快速发展。 产业迅猛增长 1.产业规模持续扩大 我国半导体产业规模从2002年的561.6亿元猛增到2011年的2814.31亿元，扩大4倍多，年均增长率达19.61%，远高于同期年均增长8.75%的世界水平；在全球半导体产业中的比重也从2002年的4.81%上升到2011年的14.5%；占国内半导体市场份额从2002年的27%上升到2011年的30.2%；半导体产业的产量从2002年的689.7亿只猛增到2011年的4303.9亿只，产量扩大5.24倍，年均增长率达22.56%。其中：分立器件产量规模从2002年的593.39亿只猛增到2011年的3584.3亿只，产量扩大5.04倍，年均增长率达22.12%。 集成电路产业规模从2002年的268.4亿元猛增到2011年的1572.2亿元，产业规模扩大4.86倍，年均增长率达21.70%，占国内集成电路市场份额从2002年的14.60%上升到2011年的19.49%。 集成电路产量从2002年的96.3亿只猛增到2011年的719.6亿只，产量扩大6.47倍，年均增长率达25.04%。 2.集成电路产业结构更加均衡合理 从2002年到2011年，我国集成电路产业结构不断进行调整，设计、制造、封装测试三业协调均衡合理发展。 设计业销售额从2002年的21.6亿元猛增到2011年的473.74亿元，扩大20.93倍，年均增长率达40.93%，占全行业份额也由8.05%上升为27.5%。我国集成电路设计业占全球集成电路设计业的比重提升至13.89%，已居世界第三位。 制造业销售额从2002年的33.5亿元猛增到2011年的486.9亿元，扩大13.51倍，年均增长率达34.61%，占全行业份额也由12.5%上升为30.97%。 封装测试业销售额从2002年的213.25亿元增长到2011年的611.56亿元，扩大1.87倍，年均增长率达12.42%，占全行业份额也由79.5%的一头独大状态调整为38.9%。 3.已成为世界最大半导体市场 2011年我国半导体市场规模达9238.8亿元，是2002年的4倍多，占国际市场份额从2002年的17.80%上升为47.75%，成为世界最大的半导体市场。集成电路市场规模从2002年的1840.5亿元猛增到2011年的8065.6亿元，扩大3.38倍，年均增长率为17.84%，占国际集成电路市场份额从2002年的18.4%上升到2011年的50.5%。 4.国际贸易迅速扩大 我国半导体进出口总额从2002年的357.40亿美元猛增到2011年的2537.7亿美元，贸易规模扩大6.10倍，年均增长率24.33%；进出口数量从2002年的357.40亿只猛增到2011年的9345.7亿只。 5.产业链各环节技术水平有很大提升
半导体制冷片工作原理 致冷器件是由半导体所组成的一种冷却装置，随着近代的半导体发展才有实际的应用，也就是致冷器的发明。其工作原理是由直流电源提供电子流所需的能量，通上电源后，电子负极(-)出发，首先经过P型半导体，于此吸热量，到了N型半导体，又将热量放出，每经过一个NP模块，就有热量由一边被送到令外一边造成温差而形成冷热端。冷热端分别由两片陶瓷片所构成，冷端要接热源，也就是欲冷却之。在以往致冷器是运用在CPU的，是利用冷端面来冷却CPU，而热端面散出的热量则必需靠风扇来排出。致冷器也应用于做成车用冷/热保温箱，冷的方面可以冷饮机，热的方面可以保温热的东西。 半导体致冷器的历史 致冷片是由半导体所组成的一种冷却装置，于1960左右才出现，然而其理论基础Peltier effect可追溯到19世纪。下图(1)是由X及Y两种不同的金属导线所组成的封闭线路，通上电源之后，A点的热量被移到B点，导致A点温度降低，B点温度升高，这就是着名的Peltier effect。这现象最早是在1821年，由一位德国科学家Thomas Seeback首先发现，不过他当时做了错误的推论，并没有领悟到背后真正的科学原理。到了1834年，一位法国表匠，同时也是兼职研究这现象的物理学家JeaNPeltier，才发现背后真正的原因，这个现象直到近代随着半导体的发展才有了实际的应用，也就是「致冷器」的发明。 一、因半导体致冷片薄而轻巧，体积很小，不占空间，并可以携带，做成车用电冷/热保温箱，放置车上，不占空间，并可变成冰箱及保温箱，夏天可以摆上几瓶饮料，就可以便冰饮，在冬天就可以变成保温箱。 图(1) 致冷器件的作用原理致冷器的名称相当多，如 Peltier cooler、thermoelectric、thermoelectric cooler (简称或、thermoelectric module，另外又称为热帮浦 (heat pump)。 二、致冷器件的结构与原理
半导体战略信息产业的未来发展趋势 未来中国半导体产业将处于重大战略机遇期。全球半导体产业正在进行产业转移，发达国家在向高端产业链转移的同时，开始将芯片制造业向新兴国家转移。目前，中国半导体产业已经基本具备了迎接全球半导体产业转移的客观条件，总体看来我国半导体产业未来的发展趋势和主要创新板块依然集中在太阳能光伏产业、节能LED照明产业、半导体集成电路产业和光通信芯片产业等几大行业，具体分析如下。 一、太阳能光伏产业 中国太阳能电池产业近年来高速发展，承担了全球近一半的产能，产品主要销往欧洲国家。2009年世界太阳电池总产量为9340MW，中国太阳能电池产量为4382MW，占全球产量的46.92%，居世界第一，但95%以上产品出口国外。太阳能光伏整体产业链各个环节表现都较为突出。2009年，全国的多晶硅产量已达到1.8万～2万吨，2009年，中国太阳能光伏组件产量为2500MW左右，占全球的3成左右。2009年，太阳能光伏发电安装量为160MW，超过过去几十年累计安装量的总和。2008年之前，太阳能上游的多晶硅产业的提纯核心技术主要掌握在国外七大厂商手中。美国的Hemlock、挪威的REC、美国的MEMC、德国的Wacker，以及日本的Tokuyama、Mitsubishi鄄Material和SumitomoTitanium，他们垄断了全球的多晶硅料供应，获得了太阳能产业链中最丰厚的利润。 中国《新兴能源产业发展规划》2011～2020年指出，中国将对能源产业累计直接增加投资5万亿元。根据其具体细分，除核电和水电之外，可再生能源投资将达到2万~3万亿元，其中风电将占约1.5万亿元，太阳能投资则达到2000亿~3000亿元。《新兴能源产业发展规划》初步计划到2020年中国的水电装机容量达到3.8亿千瓦，风电装机1.5亿千瓦，核电装机大约7000~8000万千瓦，生物质发电3000万千瓦，太阳能发电装机容量达到约2000万千瓦。相比2007年颁布
五、已知室温下硅的本征载流子密度n i=1.5?1010 cm-3，试求掺磷浓度为1.5?1013 cm-3，掺硼浓度为1.0?1013 cm-3的硅样品在室温热平衡状态下的电子密度n 0、空穴密度p 0和费米能级的位置。已知此时硅中杂质原子已全部电离，硅的导带底和价带顶有效态密度分别为 2.8?1019cm-3和1.1?1019cm-3。 解：因为N D=1.5?1013 cm-3，N A=1.0?1013 cm-3，ND>NA 且完全电离，所以n 0 = 有效施主浓度=1.5?1013－1.0?1013 =5?1012（cm-3） 由n 0 p 0=n i2=2.25?1020 cm-6，知 p 0=n i2/n 0=4.5?107（cm-3） 本题属轻掺杂非简并情况，因此由 六、对非简并半导体，从利用等效态密度N C 和N V 求热平衡载流子密度n 0和p 0的公式出发，推出利用本征载流子密度n i 和本征费米能级E i 求n 0和p 0的公式。 解：本征载流子密度即E F=E i 时的热平衡电子密度和空穴密度，于是由 由此两式可将有效态密度N C 和N V 分别用n i 和E i 表示为 九、若硅中施主杂质电离能?E D = 0.04eV ，施主杂质浓度分别为1015 cm-3和1018 cm-3。计算这些杂质①99﹪电离；②90﹪电离；③50﹪电离时的温度。 解：这类题也可利用未电离施主的浓度公式（即电子占据施主能级的几率函数与施主浓度之积） 结果： ND=1015/cm3时，电离度为99﹪、90﹪、50﹪的温度分别为124K 、84K 、59K ND=1018/cm3时，电离度为99﹪、90﹪、50﹪的温度分别为1374K 、427K 、180K 需要注意的是：由参考书中的图3-7可见，当T=1000K 时，硅的本征载流子密度已接近1018cm-3：T=1374K 时，硅的本征载流子密度已将近-3，与解题过程中设定的 n0 = 0.99ND 误差很大，说明这个结果不准确。欲求其准确值，须利用迭代法反复修正，直至求出的温度所对应的 n0与代入式(12-1)中的n0接近相等为止。 其他温度所对应的本征载流子密度都比相应的电离杂质密度低很多数量级，n 0 =(1－D －)ND 的算法是合理的。 11exp()2D D D F N n E E kT =-+0011111exp()1146422exp()2exp()D C F D C C D D n E E E N N N E kT n n T kT ===--?+++?0.04463.54640.026300D E k ?==≈)464exp(2110_T n N D C +=333*21522 32(2)() 5.410n C m k N T T T h π==???? ??--=kT E E N n F C C exp 0)()105 8.2ln(026.0ln 70eV n N kT E E C F C ??==-??? ??--=kT E E N n F C C exp 0??? ??--=kT E E N p V F V exp 0??? ??--=kT E E N n i C C i exp ??? ? ?--=kT E E N n V i V i exp
原理: 半导体制冷片的工作运转是用直流电流 , 它既可制冷又可加热, 通过改变直流电流的极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加热,这个效果的产生就是通过热电的原理。 优点 半导体制冷片作为特种冷源,在技术应用上具有以下的优点和特点: 1、不需要任何制冷剂 ,可连续工作,没有污染源没有旋转部件,不会产生回转效应,没有滑动部件是一种固体片件,工作时没有震动、噪音、寿命长,安装容易。 2、半导体制冷片具有两种功能,既能制冷,又能加热,制冷效率一般不高,但制热效率很高,永远大于 1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。 3、半导体制冷片是电流换能型片件,通过输入电流的控制,可实现高精度的温度控制,再加上温度检测和控制手段,很容易实现遥控、程控、计算机控制,便于组成自动控制系统。 4、半导体制冷片的温差范围,从正温 90℃到负温度 130℃都可以实现。 缺点: 1、半导体制冷片热惯性非常小,制冷制热时间很快,在热端散热良好冷端空载的情况下, 通电不到一分钟,制冷片就能达到最大温差。 2、半导体制冷片的反向使用就是温差发电,半导体制冷片一般适用于中低温区发电。 3、半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小,但组合成电堆,用同类型的电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话, 功率就可以做的很大, 因此制冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。
4、半导体制冷的热面温度不应超过 60℃ ,否则就有损坏的可能。若在额定的工作电压(12V 下,一般的散热风扇根本无法为制冷片提供足够的散热能力,容易造成制冷片过热损坏。同时千万不要在无散热器的情况下为致冷器长时间通电, 否则会造成致冷器内部过热而烧毁。半导体制冷片具有两种功能, 既能制冷, 又能加热,制冷效率一般不高,但制热效率很高,永远大于 1。要是这样的话安 全问题有代考虑! 其次散热片由于间距太小, 很容易被灰尘堵住, 而且清洗不了, 这样就很容易因为温度过高而烧毁,从而影响整车的安全。 使用说明: 一、正确的安装、组装方法:1、制冷片一面安装散热片,一面安装导冷系统,安装表面平面度不大于 0.03mm ,要除去毛刺、污物。 2、制冷片与散热片和导冷块接触良好,接触面须涂有一薄层导热硅脂。 3、固定制冷片时既要使制冷片受力均匀,又要注意切勿过度,以防止瓷片压裂。 二、正确的使用条件:1、使用直流电源电压不得超过额定电压 ,电源波纹系数小于 10%。 2、电流不得超过组件的额定电流。 3、制冷片正在工作时不得瞬间通反向电压 (须在 5分钟之后。 4、制冷片内部不得进水。 5、制冷片周围湿度不得超过 80%。
国际半导体技术发展路线图 为了回答如何保持半导体产业按照摩尔定律继续发展的问题，国际上主要的半导体协会共同组织制定了国际半导体技术发展路线图 ITRS《International technology roadmap for semiconductors》它为半导体产业界提供了被工业界广泛认同的；对未来十年内研发需求的最佳预测以及可能的解决方案，它对整个半导体茶叶需要开发什么样的技术起到了一个导向作用。 国际半导体技术发展路线图 一、半导体产业生态环境 半导体产业诞生于上世纪70年代，当时主要受两大因素驱动：一是为计算机行业提供更符合成本效益的存储器；二是为满足企业开发具备特定功能的新产品而快速生产的专用集成电路。 到了80年代，系统规范牢牢地掌握在系统集成商手中。存储器件每3年更新一次半导体技术，并随即被逻辑器件制造商采用。 在90年代，逻辑器件集成电路制造商加速引进新技术，以每2年一代的速度更新，紧跟在内存厂商之后。技术进步和产品性能增强之间不寻常的强相关性，使得相当一部分系统性能和利润的控制权转至集成
电路（IC）制造商中。他们利用这种力量的新平衡，使整个半导体行业收入在此期间年均增速达到17%。 21世纪的前十年，半导体行业全新的生态环境已经形成： 一是每2年更新一代的半导体技术，导致集成电路和数以百万计的晶体管得以高效率、低成本地生产，从而在一个芯片上或同一封装中，可以以较低的成本整合极为复杂的系统。此外，封装技术的进步使得我们可以在同一封装中放置多个芯片。这类器件被定义为系统级芯片（system on chip，SOC）和系统级封装（system in package， SIP）。 二是集成电路晶圆代工商能够重新以非常有吸引力的成本提供“新一代专用集成电路”，这催生出一个非常有利可图的行业——集成电路设计。 三是集成电路高端设备的进步带动了相邻技术领域的发展，大大降低了平板显示器、微机电系统传感器、无线电设备和无源器件等设备的成本。在此条件下，系统集成商再次控制了系统设计和产品集成。 四是互联网应用和移动智能终端的崛起，带动了光纤电缆的广泛部署和多种无线技术的发展，实现前所未有的全球移动互联。这个生态系统创造了“物联网”这一新兴的市场，而创新的产品制造商、电信公司、数据和信息分销商以及内容提供商正在争夺该市场的主导权。
芯片制造-半导体工艺教程 Microchip Fabrication ----A Practical Guide to Semicondutor Processing 目录: 第一章:半导体工业[1][2][3] 第二章:半导体材料和工艺化学品[1][2][3][4][5]第三章:晶圆制备[1][2][3] 第四章:芯片制造概述[1][2][3] 第五章:污染控制[1][2][3][4][5][6] 第六章:工艺良品率[1][2] 第七章:氧化 第八章:基本光刻工艺流程-从表面准备到曝光 第九章:基本光刻工艺流程-从曝光到最终检验 第十章:高级光刻工艺 第十一章:掺杂 第十二章:淀积 第十三章:金属淀积 第十四章:工艺和器件评估 第十五章:晶圆加工中的商务因素 第十六章:半导体器件和集成电路的形成 第十七章:集成电路的类型 第十八章:封装 附录:术语表
#1 第一章半导体工业--1 芯片制造-半导体工艺教程点击查看章节目录 by r53858 概述 本章通过历史简介，在世界经济中的重要性以及纵览重大技术的发展和其成为世界领导工业的发展趋势来介绍半导体工业。并将按照产品类型介绍主要生产阶段和解释晶体管结构与集成度水平。 目的 完成本章后您将能够： 1. 描述分立器件和集成电路的区别。 2. 说明术语“固态，” “平面工艺”，““N””型和“P”型半导体材料。 3. 列举出四个主要半导体工艺步骤。 4. 解释集成度和不同集成水平电路的工艺的含义。 5. 列举出半导体制造的主要工艺和器件发展趋势。 一个工业的诞生 电信号处理工业始于由Lee Deforest 在1906年发现的真空三极管。1真空三极管使得收音机, 电视和其它消费电子产品成为可能。它也是世界上第一台电子计算机的大脑，这台被称为电子数字集成器和计算器（ENIAC）的计算机于1947年在宾西法尼亚的摩尔工程学院进行首次演示。 这台电子计算机和现代的计算机大相径庭。它占据约1500平方英尺，重30吨，工作时产生大量的热，并需要一个小型发电站来供电，花费了1940年时的400, 000美元。ENIAC的制造用了19000个真空管和数千个电阻及电容器。 真空管有三个元件，由一个栅极和两个被其栅极分开的电极在玻璃密封的空间中构成(图1.2)。密封空间内部为真空，以防止元件烧毁并易于电子的====移动。 真空管有两个重要的电子功能，开关和放大。开关是指电子器件可接通和切断电流；放大则较为复杂，它是指电子器件可把接收到的信号放大，并保持信号原有特征的功能。 真空管有一系列的缺点。体积大，连接处易于变松导致真空泄漏、易碎、要求相对较多的电能来运行，并且元件老化很快。ENIAC 和其它基于真空管的计算机的主要缺点是由于真空管的烧毁而导致运行时间有限。 这些问题成为许多实验室寻找真空管替代品的动力，这个努力在1947年12月23曰得以实现。贝尔实验室的三位科学家演示了由半导体材料锗制成的电子放大器。
先进半导体设备制造技术及趋势 张云王志越 中国电子科技集团公司第四十五研究所 摘要：本文首先介绍了国内外半导体设备市场，认为市场虽有起伏，但前景良好。从晶圆处理和封装的典型设备入手介绍了当前最先进半导体设备技术，之后总结出半导体设备技术发展的四大趋势
。 １国内外半导体设备市场 根据ＳＥＭＩ的研究，２００６年全球半导体设备市场为３８８．１亿美元，较２００５年增长１８％，主要原因是各地区投资皆有一定程度的成长，少则２０％（日本），多则２２９％（中国大陆），整体设备订单成长率则较２００５年成长５１％，比２００５年底预测值多出２８．４亿美元。 ＳＥＭＩ在ＳＥＭＩＣＯＮＪａｐａｎ展会上发布了年终版半导体资本设备共识预测（ＳＥＭＩＣａｐｉｔａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＣｏｎ－ｓｅｎｓｕｓＦｏｒｅｃａｓｔ），预计２００７年全球半导体制造设备市场销售增长减缓为３％，达到４１６．８亿美元；２００８年全球半导体设备市场将出现衰退，下滑１．５％；而到２００９年及２０１０年恢 长６％达到３０６．１亿美元，封装设备领域增长１１％至２７．２亿美元，而测试设备领域预计将出现１５％下滑 了１２．４％。表二为按地区划分的市场销售额，包括往年的实际销售额和未来的预测。
虽然半导体设备市场有一定的起伏，但是很明显，市场的前景非常好，总体一直是稳中有升。中国大陆２００６年半导体设备销售额超过２３亿美元，比２００５年增长了７４．４％，中国大陆的市场销售额一直呈上升趋势，国内半导体设备具有非常诱人的市场前景。这和中国半导体产业的快速发展有着直接关系，中国的市场也越来越引起国际半导体设备厂商的重视，投资的力度会越来越大，对我们国内半 复增长，预计实现高个位数增速，至５４．７亿美元。表一为按设备类型２０１０年销售额达到４７９．９亿美元。 ＳＥＭＩ总裁兼ＣＥＯＳｔａｎｌｅｙＴ．Ｍｙｅｒｓ表示，２００７年半导体制造、封 划分的市场销售额，包括往年的实际销售额和未来的预测。 从区域市场分析，北美、日本及 下降装及测试设备销售情况略高于去年，欧洲半导体设备市场出现下滑，成为业界历史上销售额第二高的一年。ＳＥＭＩ成员将继续推进半导体制造设备的强势增长，预计到２０１０年市场销售额达到４８０亿美元。 从设备类型分析，占有最大份额的晶圆处理设备领域２００７年将增 幅度分别为８．９％、３．１％及１１．７％；而台湾和中国大陆销售增长幅度最大，分别为２８．９％和２３．８％，台湾地区销售额达到９４．２亿美元，有史以来第二次超过日本；南韩市场略微增长５．２％，其余地区市场也下降 ４０半导体行业
安森美半导体创新PFC控制方案 如今，电源设计人员面临着诸多挑战，既要达到更高的能效目标，又 要满足加快产品上市的要求。就实现更高能效目标而言，电源设计不仅要顾及 满载能效，而且需要评估10%、20%、50%及75%负载等条件下的能效。电源 设计人员还要面对其它不少挑战如新电源可能更易于滋生可听噪声、须增强可 靠性及安全性及加快上市进程并缩短安全认证时间等。 应对高能效挑战的安森美半导体创新PFC 方案 安森美半导体身为全球领先的高性能、高能效硅方案供应商，持续开发 创新技术及产品，为市场提供丰富的电源半导体方案，其中就包括强大的PFC 产品阵容及后续产品(图1)，使电源设计人员能够不断地开发高能效的电源方案。 其中，安森美半导体最新推出的NCP1611 PFC 控制器采用创新的电流控制频 率反走(Current Controlled Frequency Foldback，CCFF)方法驱动PFC 升压级，功率因数接近1，高驱动能力为-500 mA / +800 mA，Vcc 范围从9.5 V 到35 V， 具有非闭锁和过压保护、电压检测、软起动和过流限制等功能。 图1：安森美半导体的PFC 产品阵容。NCP1611 有源功率因数校正(PFC)控制器适用于AC-DC 适配器、平板电视及照明镇流器及其它中功率离线应用的 升压预转换器。该控制器采用正待批专利的CCFF 架构。在这种模式下，当电 感电流超过可编程值时，电路运行在CrM 模式下。当电流低于这个预设水平， 电流为零(null)时，NCP1611 可线性降低频率至大约20 kHz。CCFF 可最大限度 提高额定负载和轻负载效率。特别是，可将待机损耗减少到最低限度。该控制 器具有一系列强大的保护功能，可妥善处理各种电源工作和故障条件。 NCP1611 拓展了传统CrM PFC 控制器的优势。图2 是NCP1611 典型应用电路图。
常用术语翻译 active region 有源区 2.active ponent有源器件 3.Anneal退火 4.atmospheric pressure CVD (APCVD) 常压化学气相淀积 5.BEOL（生产线）后端工序 6.BiCMOS双极CMOS 7.bonding wire 焊线，引线 8.BPSG 硼磷硅玻璃 9.channel length沟道长度 10.chemical vapor deposition (CVD) 化学气相淀积 11.chemical mechanical planarization (CMP)化学机械平坦化 12.damascene 大马士革工艺 13.deposition淀积 14.diffusion 扩散 15.dopant concentration掺杂浓度 16.dry oxidation 干法氧化 17.epitaxial layer 外延层 18.etch rate 刻蚀速率 19.fabrication制造 20.gate oxide 栅氧化硅 21.IC reliability 集成电路可靠性 22.interlayer dielectric 层间介质（ILD） 23.ion implanter 离子注入机 24.magnetron sputtering 磁控溅射 25.metalorganic CVD(MOCVD)金属有机化学气相淀积 26.pc board 印刷电路板 27.plasma enhanced CVD(PECVD) 等离子体增强CVD 28.polish 抛光 29.RF sputtering 射频溅射 30.silicon on insulator绝缘体上硅（SOI）
function varargout = one(varargin) % ONE MATLAB code for one.fig % ONE, by itself, creates a new ONE or raises the existing % singleton*. % % H = ONE returns the handle to a new ONE or the handle to % the existing singleton*. % % ONE('CALLBACK',hObject,eventData,handles,...) calls the local % function named CALLBACK in ONE.M with the given input arguments. % % ONE('Property','Value',...) creates a new ONE or raises the % existing singleton*. Starting from the left, property value pairs are % applied to the GUI before one_OpeningFcn gets called. An % unrecognized property name or invalid value makes property application % stop. All inputs are passed to one_OpeningFcn via varargin. % % *See GUI Options on GUIDE's Tools menu. Choose "GUI allows only one % instance to run (singleton)". % % See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES % Edit the above text to modify the response to help one % Last Modified by GUIDE v2.5 21-Nov-2012 04:20:02 % Begin initialization code - DO NOT EDIT gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ... 'gui_Singleton', gui_Singleton, ... 'gui_OpeningFcn', @one_OpeningFcn, ... 'gui_OutputFcn', @one_OutputFcn, ... 'gui_LayoutFcn', [] , ... 'gui_Callback', []); if nargin && ischar(varargin{1}) gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1}); end if nargout
致冷片的性能 在应用致冷片前，要进一步的了解它的性能，实际上致冷片的冷端从周围吸收的热Qπ外，还有两个，一个是焦耳热QJ；另一个是传导热QK。电流从元件内部通过就产生焦耳热，焦耳热的一半传到冷端，另一半传到热端，传导热从 热端传到冷端。 产冷量QC=Qπ-QJ-QK=(2P-2n).Tc.I-1/2j2R-K(Th-Tc) 式中，R表示一对电偶的总电阻，K是总热导。 热端散掉的热Qh=Qπ+Qj-Qk=(2p-2n).Th.I+1/2I2R-K(Th-Tc) 从上面两公式中可以看出，输入的电功率恰好就是热端散掉的热与冷端吸收的热之差，这就是“热泵”的一种： Qh-Qc=I2R=P 由上式得出一个电偶在热端放出的热量Qh等于输入电功率与冷端产冷量之和，相反得出冷端产冷量Qc等于热 端放出的热量与输入电功率之差。 Qh=P+Qc Qc=Qh-P 致冷片的选择过程 半导体致冷应用产品的心脏部分是半导体致冷片，根据半导体温差电堆的特点，弱点及应用范围，选用电堆时首 先应确定以下几个问题： 1、确定电堆的工作状态。根据工作电流的方向和大小，就可以决定电堆的致冷，加热和恒温性能，尽管最常用 的是致冷方式，但也不应忽视它的致热和恒温性能。 2、确定致冷时热端实际温度。因为电堆是温差片件，要达到最佳的致冷效果，电堆必须安装在一个良好的散热片上，根据散热条件的好坏，决定致冷时电堆热端的实际温度，要注意，由于温度梯度的影响，电堆热端实际温度总是要比散热片表面温度高，通常少则零点几度，多则高几度、十几度。同样，除了热端存在散热梯度以外，被冷却的 空间与电堆冷端之间也存在温度梯度。 3、确定电堆的工作环境和气氛。这包括是工作在真空状况还是在普通大气，干燥氮气，静止或流动空气及周围 的环境温度，由此来考虑保温（绝热）措施，并决定漏热的影响。 4、确定电堆工作对象及热负载的大小。除了受热端温度影响以外，电堆所能达到的最低温度或最大温差是在空 载和绝热两个条件下确定的，实际上工作的，电堆既不可能真正绝热，也必须有热负载，否则无意义。 5、确定致冷片的级数。电堆级数的选定必须满足实际温差的要求，即电堆标称的温差必须高于实际要求的温差， 否则达不到要求，但是级数也不能太多，因为电堆的价格随着级数的增加而大大提高。 6、电堆的规格。选定电堆的级数以后，就可以选定电堆的规格，特别是电堆的工作电流。因为同时能满足温差及产冷的电堆有好几种，但是由于工作条件不同，通常选用工作电流最小的电堆，因为这时配套电源费用较小，然而电堆的总功率是决定因素，同样的输入电功率减少工作电流就得增加电压（每对元件0.1v），因而元件对数就得增加。 7、确定电堆的数量。这是根据能满足温差要求的电堆产冷总功率来决定的，它必须保证在工作温度时电堆产冷量的总和大于工作对象热负载的总功率，否则无法达到要求。电堆的热惯性非常小，空载下不大于一分钟，但是由于负载的惯性（主要是由于负载的热容量造成的），因此实际要达到设定温度时的工作速度要远远大于一分钟，多时达几小时。如工作速度要求愈大，电堆的数量也就愈多，热负载的总功率是由总热容量加上漏热量（温度愈低、漏热量 愈大）。 上述七个方面是选用电堆时考虑的一般原则，根据上述原用户首先应根据需要提出要求来选择致冷片件。一般的 要求：
对半导体技术、微电子技术、集成电路技术三者的浅略认识 一、半导体技术、微电子技术、集成电路技术三者的联系与区别 我们首先从三者的概念或定义上来分别了解一下这三种技术。 半导体技术就是以半导体为材料，制作成组件及集成电路的技术。在电子信息方面，绝大多数的电子组件都是以硅为基材做成的，因此电子产业又称为半导体产业。半导体技术最大的应用便是集成电路，它们被用来发挥各式各样的控制功能，犹如人体中的大脑与神经。 微电子技术是随着集成电路，尤其是超大型规模集成电路而发展起来的一门新的技术，是建立在以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术，为微电子学中的各项工艺技术的总和。 集成电路技术，在电子学中是一种把电路小型化的技术。采用一定的工艺，把一个电路中所需的各种电子元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。（以上三者概念均来源于网络）这般看来，三者概念上互相交叉，却也略有区别。依我这个初次接触这三个名词、对电子信息几乎一窍不通的大一新生来看，半导体技术是其他二者技术的基础，因为半导体是承载整个电子信息的基石，不管是微电子还是集成电路，便是以半导体为材料才可以建造、发展。而微电子技术，个人感觉比较广泛，甚至集成电路技术可以包含在微电子技术里。除此之外，诸如小型元件，如纳米级电子元件制造技术，都可以归为微电子技术。而集成电路技术概念上比较狭窄，单单只把电路小型化、集成化技术，上面列举的小型元件制造，便不能归为集成电路技术，但可以归为微电子技术。以上便是鄙人对三者概念上、应用上联系与区别的区区之见，如有错误之处还望谅解。 二、对集成电路技术的详细介绍 首先我们了解一下什么是集成电路。 集成电路是一种微型电子器件或部件。人们采用一定的工艺，把一个电路中所需的各种元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。 而简单来说，集成电路技术便是制造集成电路的技术方法。它涉及半导体器件物理、微电子学、电子学、无线电、光学以及信息学等学科领域的知识。 从产业分工角度，集成电路技术可以分为集成电路加工技术、集成电路测试封装技术以及集成电路设计技术等几方面。 1. 集成电路加工技术 集成电路加工技术主要是通过物理或化学手段在硅材料上生成半导体器件（比如场效应管）以及器件之间的物理互连。这些器件以及器件之间的互连构成的电路功能要符合系统设计要求。集成电路加工技术涉及的知识包括半导体器件物理、精密仪器、光学等领域，具体应用在工艺流程中，包括注入、掺杂、器件模型、工艺偏差模型、成品率分析以及工艺过程设计等。在近十几年的时间里，集成电路加工工艺水平一直按照摩尔（Moore）定律在快速发展。 2.集成电路测试、封装技术 集成电路测试包括完成在硅基上产生符合功能要求的电路后对裸片硅的功能和性能的
应用材料推出8款半导体制造创新产品 近日，在美国旧金山举行的2011年semicon west半导体设备暨材料展上，应用材料公司展示了其用于生产未来几世代微芯片的技术创新成果。在过去的几周内，应用材料公司已经推出八款产品，致力于帮助客户在芯片设计日趋复杂的新世代解决来自芯片制造方面的主要挑战。 应用材料公司推出的八款新产品旨在挖掘这些高性能器件从互连布线到最先进的晶体管栅极结构的所有潜能。这些产品分别是：Reflexion? GT W CMP、Vantage? Vulcan? RTP、Centura? DPN HD、Endura? Versa XLR? W PVD、Endura HAR Cobalt PVD、Centura Integrated Gate Stack?、Producer? Black Diamond? 3和Producer Nanocure? 3。 Applied Centura? Integrated Gate Stack?系统用于制造22纳米技术节点逻辑芯片的关键栅极介质结构，是唯一能够在单一真空环境中处理整个高介电常数多层叠膜的系统，可保护其关键薄膜界面的完整性。对于最先进的微处理器和图形芯片而言，这种能力对于最大限度提高晶体管速度、减少耗电量至关重要。 随着逻辑芯片逐步走向22纳米及以下技术节点，晶体管的核心栅极介 质薄膜叠层正日益变薄，使其必须采用原子级制造技术制造。为了应对这一挑战，Integrated Gate Stack系统采用了应用材料公司先进的原子层沉积(ALD)技术，制造厚度小于2纳米(约为人类头发宽度的十万分之一)的超薄铪基介质层每次沉积单层薄膜的一部分，从而获得整片硅片无与伦比的一致性。 更重要的是，随着这些薄膜日益变薄，相邻介质层之间的界面也变得更加重要。全新的Integrated Gate Stack系统可以完全在真空条件下制造整个栅极介质叠层通常涉及4个工艺步骤。这一独特的方法可防止界面因接触外界空气
半导体加热制冷片 peltier制冷片安装方法2010-3-13 星期六(Saturday) 晴 致冷器的安装方法一般有三种：焊接、粘合、螺栓压缩固定。在生产上具体用哪一种方法安装，要根据产品的要求来定，总的来说对于这三种的安装时，首先都要用无水酒精棉将致冷器件的两端面擦洗干净，储冷板和散热板的安装表面应加工，表面平面度不大于0.03mm，并清洗干净，以下就是三种安装的操作过程。 1、焊接。 焊接的安装方法要求致冷器件外表面必须是金属化，储冷板和散热板也必须能够上焊料（如：铜材的储冷板或散热板）安装时先将储冷板、散热板、致冷器进行加温，（温度和焊料的熔点差不多）在各安装表面都熔上约70℃——110℃之间的低温焊料0.1mm。然后将致冷器件的热面和散热板的安装面，致冷器件的冷面和储冷板的安装面平行接触并且旋转挤压，确保工作面的接触良好后冷却。该安装方法较复杂，不易维修，一般应用在较特殊的场合。 2、粘合。 粘合的安装方法是用一种具有导热性能较好的粘合剂，均匀的涂在致冷器件、储冷板、散热板的安装面上。粘合剂的厚度在0.03mm，将致冷器的冷热面和储冷板、散热板的安装面平行的挤压，并且轻轻的来...... peltier制冷片TE电源2010-3-13 星期六(Saturday) 晴 半导体致冷器是输入直流电源工作的，必须配备专用电源。 1、直流电源。直流电源的优点是可以直接使用，不需要转换，缺点是电压电流必须适用于半导体致冷器，有些可以通过半导体致冷器的串、并联的方式解决。 2、交流电流。这是一个最普通的电源，使用时必须整流为直流才能供致冷器使用。由于致冷器件是低电压大电流器件，应用时先降压、整流、滤波，有些为了方便使用还要加上温度测量，温度控制，电流控制等。 3、由于半导体致冷器是直流电源供应，电源的波纹系数必须小于10%，否则对致冷效果有较大的影响。 4、半导体致冷器的工作电压及电流必须符合所工作器件的需要，例如：型号为TEC112706的器件，则127为致冷器件，PN的电偶对数，致冷器的工作极限电压V=电偶对数×0.11，06为允许通过最大的电流值。 5、致冷器冷热交换时的通电必须待两端面恢复到室温时（一般需要5分钟以上方可进行），否则易造成致冷器的线路损坏和陶瓷片的破裂。...... peltier制冷片散热方式2010-3-13 星期六(Saturday) 晴 半导体致冷器件的散热是一门专业技术，也是半导体致冷器件能否长期运行的基础。良好的散热才能获得最低冷端温度的先决条件。以下就是半导体致冷器的几种散热方式：