图解半导体制程概论.pdf

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1、图解半导体制程概论【半导体】具有处于如铜或铁等容易导电的【导体】、与如橡胶或玻璃等不导电的【绝缘体】中间的电阻系数、该电阻比会受到下列的因素而变化。如：杂质的添加·温度光的照射·原子结合的缺陷█半导体的材料硅(Si)与锗(Ge)为众所周知的半导体材料.这些无素属于元素周期素中的第IV族,其最外壳(最外层的轨道)具有四个电子.半导体除以硅与锗的单一元素构成之处,也广泛使用两种以上之元素的化合物半导体.●硅、锗半导体（Si、GeSemiconductor)单结晶的硅、其各个原子与所邻接的原子共价电子（共有结

2、合、共有化）且排列得井井有条。利用如此的单结晶，就可产生微观性的量子力学效果，而构成半导体器件。●化合物半导体(CompoundSemiconductor)除硅（Si)之外，第III族与第V族的元素化合物，或者与第IV族元素组成的化合物也可用于半导体材料。例如，GaAs（砷化镓）、Gap（磷化砷）、AlGaAs（砷化镓铝）、GaN（氮化镓）SiC（碳化硅）SiGe（锗化硅）等均是由2个以上元素所构成的半导体。█本征半导体与自由电子及空穴我们将第IV族（最外层轨道有四个电子）的元素（Si、Ge等），以及和

3、第IV族等价的化合物（GaAs、GaN等），且掺杂极少杂质的半导体的结晶，称之为本征半导体（intrinsicsemiconductor）。●本征半导体（intrinsicsemiconductor）当温度十分低的时候，在其原子的最外侧的轨道上的电子（束缚电子（boundelectrons）用于结合所邻接的原子，因此在本征半导体内几乎没有自由载子，所以本征半导体具有高电阻比。●自由电子（freeelectrons）束缚电子若以热或光加以激发时就成为自由电子，其可在结晶内自由移动。●空穴（hole）在束缚

4、电子成为自由电子后而缺少电子的地方，就有电子从邻接的Si原子移动过来，同时在邻接的Si原子新发生缺少电子的地方，就会有电子从其所邻接的Si原子移动过来。在这种情况下，其与自由电子相异，即以逐次移动在一个邻接原子间。缺少电子地方的移动，刚好同肯有正电荷的粒子以反方向作移动的动作，并且产生具有正电荷载子（空穴）的效力。█添加掺杂物质的逆流地导体与电子及空穴将第V族的元素（最外层的轨道有五个电子）添加在第IV族的元素的结晶，即会形成1个自由电子且成为N型半导体。将第Ⅲ族的元素（最外层的轨道有三个电子）添加在第

5、IV族的元素的结晶，即会产生缺少一个电子的地方且成为P型半导体。●N型半导体（NtypeSemiconductor）N型半导体中，自由电子电成为电流的主流（多数载了），并将产生自由电子的原子，称为“施体（donor）”。施体将带正电而成为固定电荷。不过也会存在极少的空穴（少数载子）。作为N型掺杂物质使用的元素有：P磷；As砷；sb锑●P型半导体（PtypeSemiconductor）在P型半导体中，空穴成为电流的主流（多数载子），并将产生空穴的原子，称为“受体（acceptor）”。受体将带负电而成为固

6、定电荷。不过也会存在极少的自由电子（少数载子）。作为P型掺杂物质使用的元素有：B硼；Zn锌█漂移电流及扩散电流流动于半导体体中的电流有两种：漂移电流与扩散电流。MOS型半导体中漂移电流起着很重要的作用，而双极型半导体中扩散电流的作用很重要。●漂移电流（driftcurrent）与电阻体（哭）相同，由于外加电压所产生的电场，因电子和空穴的电性相吸引而流动所产生的电流。场效应管（FET）内流动的电流称为漂移电流。●扩散电流（diffusioncurrent）将P型半导体与N型半导体接合且加电压。如电子从N型

7、半导体注入到P型半导体，而空穴从P型半导体注入到N型半导体，即电子和空穴因热运动而平均地从密度浓密的注入处移动到密度稀薄的地方。以这样的结构所流动的电流称为扩散电流。在双极性（双载子）晶体管或PN接合二极管，扩散电流为主体。█PN接合和势垒在接合前，由于P型半导体存在与受体（负离子化原子）同数的空穴，而N型半导体存在与施体（正离子化原子）同数的电子，并在电性上成为电中性。将这样的P型半导体和N型半导体接合就会产生势垒。●接合前为中性状态接合前，在P型半导体存在着与受体（负离子化原子）同数的空穴，而N型半

8、导体即存在着与施体（正离子化原子）同数的电子，并在电性上成为电中性。●空乏层与势垒（depletionlayer＆potentialbarrier）将P型与N型半导体接合时，由于P型与N型范围的空穴及电子就相互开始向对方散。因此在接合处附近，电子和空穴再接合后就仅剩下不能移动的受体与施体。该层称为“空乏层”。由于该空乏层会在PN接合部会产生能差，故将该能差称为“势垒”。█PN接合面的电压及电流特性如外加电压到PN接合处，使电流按照外加电压的