先进半导体材料及其制备工艺

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1、先进半导体材料及其制备工艺汇报人：第一课题小组授课老师：张兆春教授目录第一部分前言第二部分先进半导体简介第三部分半导体的光、电学性质第四部分MOCVD第五部分BET第一部分前言半导体简介半导体：电阻率介于金属和绝缘体之间并有负的电阻温度系数的物质。半导体室温时电阻率约在10-5～107欧·米之间，温度升高时电阻率指数则减小。半导体材料半导体材料很多，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。锗和硅是最常用的元素半导体；化合物半导体包括Ⅲ-Ⅴ族化合物（砷化镓、磷化镓等）、Ⅱ-Ⅵ族化合物(硫化镉、硫化锌

2、等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。半导体历史半导体的发现实际上可以追溯到很久以前，1833年，英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，一般情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。不久，1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压，这就是后来人们

3、熟知的光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特征。在1874年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导电，这就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第三种特性。同年，舒斯特又发现了铜与氧化铜的整流效应。1873年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特有的性质。半导体的这四个效应，(霍尔效应的余绩──四个伴生效应的发现)虽在1880年以前就先后被发现了，但半导体这个

4、名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。而总结出半导体的这四个特性一直到1947年12月才由贝尔实验室完成。半导体材料的制造为了满足量产上的需求，半导体的电性必须是可预测并且稳定的，因此包括掺杂物的纯度以及半导体晶格结构的品质都必须严格要求。常见的品质问题包括晶格的错位（dislocation）、双晶面（twins），或是堆栈错误（stackingfault）都会影响半导体材料的特性。对于一个半导体元件而言，材料晶格的缺陷通常是影响元件性能的主因。目前用来成长高纯度单晶半导体材料最常见的方法称为裘

5、可拉斯基制程（Czochralskiprocess）。这种制程将一个单晶的晶种（seed）放入溶解的同材质液体中，再以旋转的方式缓缓向上拉起。在晶种被拉起时，溶质将会沿着固体和液体的接口固化，而旋转则可让溶质的温度均匀。多晶硅生产设备2009年排名2010年排名公司2009收入2010收入2009-2010增长率2010市场份额11英特尔332534143024.6%13.8%22三星电子176862825659.8%9.4%33东芝96041237628.9%4.1%44德州电器91421235635.

6、2%4.1%115瑞萨电子454210368128.3%3.5%76Hynix半导体60351035071.5%3.4%57意法半导体85101029020.9%3.4%138美光科技41708884113.0%3.0%69高通6409716711.8%2.4%1010英飞凌4682668042.7%2.2%其他12433815215622.4%50.7%总计22837130031331.5%100.0%2010全球十大半导体公司排名课题背景第二部分半导体的发展趋势全球半导体发展现状十亿美元中国半导体市场

7、发展趋势2008-2014年中国半导体市场规模增长情况先进半导体材料主要发展趋势目前，硅片主流产品是200mm，逐渐向300mm过渡，研制水平达到400mm～450mm。据统计，200mm硅片的全球用量占60%左右，150mm占20%左右，其余占20%左右。根据最新的《国际半导体技术指南ITRS）》，300mm硅片之后下一代产品的直径为450mm；450mm硅片是未来22纳米线宽64G集成电路的衬底材料，将直接影响计算机的速度、成本，并决定计算机中央处理单元的集成度。1、晶片尺寸更大先进半导体材料主要发展

8、趋势2、线宽更小1989年推出的英特尔486处理器采用1微米工艺技术，当前，国际主流生产技术为0.25～0.35μm，先进生产技术为0.13～0.10μm，90nm技术已开始投入小批量生产，并研究成功65nm技术。2010年采用45nm技术，按照国际半导体产业发展路线图（ITRS）预测2016年和2018年将分别发展到22nm和18nm,预计在2020年有望达到0.016μm。先进半导体材料主要发展趋势3、新材料传统半导体材料