微电子材料复习大纲

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1、实用标准文案一、微电子材料概述1、摩尔定律：集成度每3年乘以4，加工工艺的特征线宽每6年下降一半。摩尔定律中提到的减少成本是集成电路最大的吸引力之一，并且随着技术发展，集成化程度越高，低成本的优点更为明显。2、3、2010年10月5日，瑞典皇家科学院将2010年的诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学的两位教授AndreGeim和KonstantinNovoselov，以表彰他们对石墨烯的研究。石墨烯是至今发现的厚度最薄和的强度最高的材料。4、目前全球最主要的晶圆代工厂包括TSMC、三星、台联电、GlobalFoundries、IBM、SMIC、华虹宏力等。5、特征尺寸继续缩小所面临的挑战包括

2、：1、微细加工——光刻技术；2、互连技术——铜互连；3、新型器件结构&材料体系——高、低K介质、金属栅电极、SOI材料等。6、在半导体中存在着自由电子和空穴两种载流子，而导体中只有自由电子这一种载流子，这是半导体与导体的不同之处。7、在掺入杂质后，载流子的数目都有相当程度的增加。因而对半导体掺杂是改变半导体导电性能的有效方法。二、硅和锗的化学制备1、根据物质的导电性,物质可以分为金属、半导体及绝缘体，人们发现，电子在最高能带的占有率决定此物质的导电性。2、根据材料的重要性和开发成功的先后顺序,半导体材料可以分为三代：第一代半导体材料---硅(Si)；第二代半导体材料---砷化镓(GaAs)

3、；第三代半导体材料---氮化镓(GaN)。3、（物理性质）硅的禁带宽度比锗大，电阻率也比锗大4个数量级，因此硅可制作高压器件且工作温度比锗高。但是锗的迁移率比硅大，可做低压大电流和高频器件4、硅的主要来源是石英砂，另外，在许多的矿物中含有大量的硅酸盐，也是硅的来源之一。通常把95%-99%纯度的硅称为粗硅或工业硅。5、制备高纯硅主要采用两种方法：三氯氢硅氢还原法和硅烷法，两种方法各有利弊。其中三氯硅烷法（SiHCl3)F产量大、质量高、成本低，是目前国内外制取高纯硅的主要方法。F利用了制碱工业中的副产物氯气和氢气，成本低，效率高F三氯硅烷遇水会放出腐蚀性的氯化氢气体，腐蚀设备，造成Fe、N

4、i等重金属污染三氯硅烷而硅烷法（SiH4)F有效去除杂质硼及其他金属杂质，无腐蚀性、不需要还原剂、分解温度低，收率高。F消耗Mg，硅烷本身易燃、易爆精彩文档实用标准文案三、区熔提纯1、区熔提纯是一种物理提纯方法，是为了得到半导体级纯度（9到10个9）的硅，为进一步晶体生长作准备。2、分凝现象（偏析现象）：含量少的杂质在晶体和熔体中的浓度不同分凝系数：用来衡量杂质在固相和液相中浓度的不同3、材料锭条全部熔化后,使其从一端向另一端逐渐凝固,这样的凝固方式叫正常凝固。正常凝固过程中存在分凝现象,所以锭条中杂质分布不均匀。当分凝系数与1相差较大时(小于0.1或大于3)，杂质浓度随锭长变化较快,杂质

5、向锭的一端集中,正常凝固有一定的提纯作用。4、区熔提纯：利用分凝现象将物料局部融化形成狭窄的熔区，并令其沿锭长从一端缓慢地移动到另一端，重复多次使杂质尽量被集中在尾部或头部，进而达到使中部材料被提纯的技术。5、一次区熔后,材料的纯度仍然达不到半导体器件的纯度要求,所以要进行多次区熔,使得各种杂质尽可能的赶到锭条的两头。经过多次区熔提纯后,杂质分布状态达到一个相对稳定且不再改变的状态,这种极限状态叫极限分布，影响杂质浓度极限分布的主要因素是杂质的分凝系数和熔区长度。6、区熔法晶体生长，可以分为水平区熔和悬浮区熔，硅单晶生长采用悬浮区熔的原因是：高温下硅很活泼,易反应；悬浮区熔可使之不与任何材

6、料接触；熔硅表面张力大，而密度小的特点，可使熔区悬浮。四、晶体生长1、晶体生长有三种方法：固相生长，液相生长（溶液中生长，熔体中生长），气相生长2、晶体生长中的成核阶段分为，均匀成核（自发成核）和非均匀成核（非自发成核），其中非均匀成核（非自发成核）是指在体系中存在外来质点(尘埃,固体颗粒,籽晶等),在外来质点上成核，例如硅单晶生长时籽晶的加入。3、单晶硅按晶体生长方法的不同，分为直拉法、区熔法和外延法。其中直拉法、区熔法多用于生长单晶硅棒，外延法生长单晶硅薄膜。4、直拉法生长单晶硅和锗是指在盛有熔硅或锗的坩埚内，引入籽晶作为非均匀晶核，然后控制温度场，将籽晶旋转并缓慢向上提拉，晶体便在籽

7、晶下按籽晶的方向长大。其生长设备示意图如图所示。籽晶与熔体表面接触，并旋转，旋转方向与坩锅的旋转方向相反。直拉法的两个主要参数：拉伸速率，晶体旋转速率。5、直拉法(CZ)的工艺过程：精彩文档实用标准文案1）.籽晶熔接:加大加热功率，使多晶硅完全熔化，并挥发一定时间后，将籽晶下降与液面接近，使籽晶预热几分钟，俗称“烤晶”，以除去表面挥发性杂质同时可减少热冲击2）.引晶和缩颈：当温度稳定时，可将籽晶与熔体接触。此时要控制好温