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第01章半导体器件的基础知识1.1 半导体物理学概述1.1.1 半导体的定义半导体是指在温度为室温时，其导电性介于金属和非金属之间的材料。
室温下，半导体的导电性比金属低很多，但比非金属高很多。
1.1.2 能带模型能带模型是用来解释半导体电学性质的重要物理模型之一。
在能带模型中，半导体的能量带分为导带和价带。
导带的电子能量高，而价带的电子能量低，两个带之间有一条禁带（也称带隙），禁带内无可利用的电子。
1.1.3 杂质的作用在半导体中加入适量的杂质后，可以改变半导体的电学性质，如电导率、电子迁移率和载流子浓度等。
常用的杂质有掺杂剂和杂质氧化物等。
1.2 半导体器件的分类根据半导体器件的功能、工作原理和结构等不同属性，可以将其分为多种类型，其中常用的半导体器件有二极管、晶体管、场效应管、集成电路、发光二极管等。
1.2.1 二极管二极管是一种最简单的半导体器件，主要由P型半导体和N型半导体组成。
二极管的主要特点是只允许电流单向通过，具有整流、波形削减和电压稳定等特性，广泛应用于扫描电视机、颜色电视机、发光二极管等电子产品中。
1.2.2 晶体管晶体管是一种三层结构的半导体器件，由三种掺杂纯度不同的半导体材料组成：P型、N型和净掺杂型半导体。
晶体管主要有三种工作方式：放大、开关和振荡。
1.2.3 场效应管场效应管也称为MOS晶体管，是一种用于放大和开关的半导体器件。
场效应管是一种具有电容储能功能的半导体器件，由源、栅、漏三个电极组成，它的主要特点是具有高输入阻抗和良好的线性增益。
1.2.4 集成电路集成电路是一种将多个电子元件整合在单片半导体上的器件，其中包含大量的晶体管、二极管、电阻和电容等。
集成电路广泛应用于计算机、通信、汽车和家电等领域，对提高电路的性能、简化电路结构和减小体积有重要作用。
1.2.5 发光二极管发光二极管是一种具有半导体特性的器件，它能够在一定的外加电压下，将电能转换为光能，并向外辐射光线。
第一章半导体器件失效分析概论1*失效分析的产生与发展随着微电子学的飞速发展，半导体器件已广泛应用于宇航/军事/工业和民用产品中。
所以对半导体器件的可靠性研究也更加重要。
半导体器件的可靠性的研究主要包括两方面：一是评价可靠性水平（如可靠性数学/可靠性试验/可靠性评估等）；二是如何提高可靠性（如失效分析/失效物理/工艺监控/可靠性设计等）。
虽然器件可靠性研究首先是从评价可靠性水平开始的，但研究重点逐渐在转向如何提高可靠性方面。
因为可靠性研究不仅是为了评价器件可靠性，更重要的是为了提高可靠性，所以失效分析的失效物理研究越来越受到广大可靠性工作者的重视。
失效分析和失效物理研究的迅速发展并不单是为了学术研究的需要，更重要的是为了满足可靠性工程迅速发展的需要。
特别是60年代以后，随着可靠性研究的发展和高可靠半导体器件及大规模集成电路的出现，可靠性研究遇到了难以克服的困难（例如失效率10-7意味着10000个器件作1000小时试验之后才能得出这一结果）。
第二，半导体器件和集成电路的品种及工艺更新速度很快，使得过去取得的可靠性数据常常变得不适用。
第三。
当代电子设备和系统的日益复杂化/综合化，并对器件提出了高可靠的要求。
为了解决以上的问题，迫切需要一种既省时间，又省费用的可靠性研究方法。
失效分析和失效物理研究就是为了达到这一目的而迅速发展起来的，发展的情况如表1-1所示。
路两项发明，开辟了利用集成电路的新时期，使集成电路的可靠性得到了很大提高，并成功地用于“民兵”洲际弹道导弹，成为美国宇航局在阿波罗计划中广泛使用集成电路的典范。
集成电路用于“民兵”导弹在可靠性方面的意义可定量说明如下：在1958年，要求微型电路的平均失效率为7*10-9。
然而，那时侯晶体管的失效率大约是1*10-5。
“民兵”计划的改进措施（主要是以失效分析为中心的元器件质量保证计划）致使集成电路的失效率降低到3*10-9。
其中失效分析对半导体器件可靠性的提高发挥了很大的推动作用。
半导体器件物理(1)第1章pn结大多数半导体器件（包括集成电路）, 都包含一个或者多个pn结（pn Junction）。
这些器件的特性均与pn结密切相关，因此深入理解并熟练掌握pn结原理是学习其他半导体器件理论的关键。
半导体器件物理(I)p 区与n 区的交界面称为冶金结。
1. pn 结的结构组成半导体材料一个区域为p 型，相邻区域为n 型，则组成pn 结。
1-1 平衡pn 结定性分析一、pn 结的形成和杂质分布（Doping Profile ）半导体器件物理(I)第1章pn结为便于分析，采用剖面图并且旋转90度，采用一维方式显示杂质分布。
1-1 平衡pn 结定性分析一、pn 结的形成和杂质分布（Doping Profile ）2. 平面工艺与缓变结半导体器件物理(I)第1章pn结平面工艺中的“选择性掺杂”：2. 平面工艺与缓变结1-1 平衡pn 结定性分析一、pn 结的形成和杂质分布（Doping Profile ）只要p 区与/或n 区为非均匀掺杂，则称为缓变结（Graded Junction ）。
X j 为冶金结面与半导体表面之间的距离，称为结深（Junction Depth）。
半导体器件物理(I)第1章pn结3. 合金工艺与突变结早期pn 结采用“合金”工艺制备，其特点是掺杂为均匀分布。
若p 区与n 区均为均匀掺杂，则称为突变结（Step Junction ）。
1-1 平衡pn 结定性分析一、pn 结的形成和杂质分布（Doping Profile ）半导体器件物理(I)第1章pn结3. 合金工艺与突变结为了突出物理过程，本章以突变结为对象介绍pn 结基本工作原理。
1-1 平衡pn 结定性分析一、pn 结的形成和杂质分布（Doping Profile ）半导体器件物理(I)第1章pn结第1章pn结1-1 平衡pn结定性分析一、pn结的形成和杂质分布（Doping Profile）上面简要介绍了pn的构成和杂质分布。
