1、半導體基礎知識It was last revised on January 2, 2021一名詞解釋：I. .什么是半導體半導體具有那些特性導電性介于導體與絕緣體之間的物質稱為半導體熱敏性：導電能力受溫度影響大，當環境溫度升高時，其導電能力增強。可 制作熱敬元件。光敬性：導電能力受光照影響大，當光照增強時候，導電能力增強。可制作 光敬元件。摻雜性：導電能力受雜質影響極大，稱為摻雜性。2典型的半導體是SI和Ge ,它們都是四價元素。Si是一種化學元素，在 地殼中含量僅次于氧，其核外電子排布是。3半導體材料中有兩種載流子，電子和空穴。電子帶負電，空穴帶正電，在 純凈半導體中摻入不同雜質可得到P型和

2、X型半導體，常見P型半導體的摻雜 元素為硼，N型半導體的摻雜元素為磷。P型半導體主要空穴導電，N型半導 體主要黑電子導電。4.導體：導電性能良好，其外層電子在外電場作用下很容易產生定向移 動，形成電流，常見的導體有鐵，鋁，銅等低價金屬元素。5絕緣體：一般情況下不導電，其原子的最外層電子受原子核束縛很強，只 有當外電場達到一定程度才可導電。惰性氣體，橡膠等。6半導體：一般情況下不導電，但在外界因素刺激下可以導電，例如強電場 或強光照射。其原子的最外層電子受原子核的束縛力介于導體和絕緣體之間。Si, Ge等四 價元素。7.本征半導體：無雜質的具有穩定結構的半導體。8晶體：山完全相同的原子，分子或原

3、子團在空間有規律的周期性排列構成 的有一定兒何形狀的固體材料，構成晶體的完全相同的原子，分子，原子團稱 為基元。9晶體結構：簡單立方，體心立方，面心立方，六角密積.NACL結構. CSCL結構，金剛石結構。10七大晶系：三斜，單斜，【I交，四角，六角，三角，立方。II. 酸腐蝕和堿腐蝕的化學反應方程式：SI+4HN08+HF=SIF1+4N02+4H=0SI +2Na0H+H:0=Xa：S i 03+2H：12. 自然界的物質，可分為晶體和非品體兩大類。常見的晶體有硅，錯， 銅，鉛等。常見的非晶體有玻璃，塑料，松香等。晶體和非晶體可以從三個方 面來區分：1，體有規則的外形2晶體具有-定的熔山3

4、品體各向異性o13晶胞：晶體中有無限在空間按一定規律分布的格點，叫空間點陣。組成 空間點陣最基本的單元叫晶胞。晶胞具有很多晶體的性質，很多晶胞在空間重 復排列起來就得到整個晶體。不同的晶體，晶胞的形狀不同。14.根據缺陷相對晶體尺寸或影響范圍大小，可分為以下兒類：A:點缺陷B:線缺陷C:面缺陷D:體缺陷15位錯：一種晶體缺陷。晶體的位錯是圉繞著一條很長的線，在一定范圍 內原子都發生規律的錯動，離開它原來的平衡位置，叫位錯。16. CZ法生長單晶工藝過程：裝爐-融化-引晶-縮細頸-轉肩-放肩-等徑生長-收尾-停爐A裝爐：將腐蝕好的籽晶裝入籽晶夾頭，裝正，裝好，裝牢。將清理干 凈的石墨器件裝入單晶

5、爐，調整石墨器件位置，使加熱器，保溫罩，石 墨托碗保持同心。B融化：開啟加熱功率按鈕，使加熱功率分2-3次升到熔硅的最高溫度 （約1500度）,使硅料融化。C引晶：通過電阻加熱，將裝在石英圮禍中的多晶硅熔化，并保持咯高 于硅熔點的溫度，將籽晶浸入熔體，然后以一定速度向上提拉籽晶并同 時旋轉引出晶體。其間發生SI02+SI二2SI0化學反應。D縮細徑：為了防止籽晶中的位錯延伸到晶體中，生長一定長度的縮小 的細長徑的晶體。直徑一般為2-5mm,生長速度一般為2-6mm/minE放肩-轉肩：細頸達到規定長度后，如果晶棱不斷，立刻降溫，降低拉,彳吏細頸逐漸長大到規定的直徑，叫放肩。放肩有慢放肩和放平間

6、。F等直徑生長和收尾：根據熔體和單晶爐悄況，控制晶體等徑生長到所 需長度。G停爐：17. 光生伏效應：指光照使不均勻半導體或半導體與金屬組合的不同部位之間產 生電位差的現象。產生這種電位差的機理有好多種，主要是由于阻擋層的存 在。它首先是光子轉換為電子，光能量轉換為電能量的過程，其次是形成電壓 過程，就會形成電流的回路。18. P-N結：如果把一塊F型半導體和?（型半導體結合在一起，在兩者的交界面 處就會產q： p_N結。20.固體材料按阻率可以分為超導體材料，導體材料，半導體材料，絕緣材 料。半導體材料的電阻率一般介于導體與絕緣體之間，約10-1-10-8 Q - cm 21 半導體材料具有

7、哪些特點？A雜質對半導體材料的電阻率是非常敏感的，雜質含量的改變，會引起半導體 材料電阻率顯著變化。例如，硅中磷濃度在1021-1012cm-3范圍內變化時，它 的電阻率從10-5變到104。B溫度對半導體材料的影響：在高溫區A與低溫區C ,電阻率有負的溫度系 數，而在中溫區，電阻率有正的溫度系數。C熱敬性：導電能力受溫度影響大，當環境溫度升高時，其導電能力增強。可 制作熱敬元件。D光敬性：導電能力受光照影響大，當光照增強時候，導電能力增強。可制作 光敬元件。E摻雜性：導電能力受雜質影響極大，稱為摻雜性。22用來檢測半導體材料的的方法主要有：熱探針法，整流法，迭加法：23.工業硅的制備方法是石

8、英砂在碳電極的電弧爐內還原成工業硅，化學反應方 程為：SI02+3C二SIC+2C02SIC+SI02二3SI+2C024多晶硅的制備方法很多，常用的有西門子法。其原理為：,SI+3 HCL二SIHCL3+H2 （加熱）SI+ 4HCL二SICL4+2H2 （加熱）-副反應用精憎法將SIHCL3和SICL4分離開，SIHCL3在800-10001下熱分解反應 為：4SIHCL3二SI+3 SICL4+2H2氫還原反應為：SIHCL3+H2二SI+3HCL23.在半導體材料中，最早作成器件并使用的是元素是硒，它是非晶態的或多晶 態的。最早作為一個完整的半導體材料的是元素半導體錯。26單晶硅的生長

9、方法基本上可分為三種，分別是：1 從熔體中的從 溶劑的溶液中生長法3氣相生長法。體單晶硅的制備方法主要有直拉法和區溶 法。27籽晶是生長單晶的種子，用不同晶向的籽晶做晶種，會獲得不同晶向的單 晶。籽晶的兒何尺寸一般為5x5x50mm或8X8X80mm,也有圓籽晶的。28拉制一定型號的電阻率和硅單晶，要選用適當的摻雜劑。五族元素長用做 單晶硅的N型摻雜劑，主要有磷，砒，挪，三族元素常用做單晶硅的P型摻雜 劑，主要有硼，鋁，稼。29請畫出三種晶面示意圖:（111）晶面,（100）晶面,（110）晶面。111 晶向的單晶有三條棱線（互成120度），100晶向的單晶有四條棱線（互成 90度），110晶

10、向的單晶有六條棱線。圖示為：（110）晶面（100）晶面（111）晶面30.掛邊：是指在融化多晶硅的過程中，當絕大部分的多晶硅融化完了，但有 少量硅快粘在熔體上面的圮覽邊上。31 搭橋：熔化多晶硅的過程中，當多晶硅將熔化完時，部分硅快熔體上面形成 一座橋。產生掛邊和搭橋，一是山于珀竭內多晶硅裝的不合要求 二是山于熔硅時塩竭位 置太高或過早的提高了圮竭的位置 三是山于過早的降低了圮竭的位置。32硅跳：是指在熔化多晶硅的過程中，熔硅在坦竭中沸騰并且飛躋出來的現 象。產生硅跳有三種原因：1 多晶硅中有氧化夾層或封閉氣泡2石英堆竭內壁上有 氣泡3熔化多晶硅時溫度過高。33. 晶體生長過程中主要通過三種

11、方式進行熱輸送.窗射,傳導和対淤 高溫 時，界面處的大部分熱量從晶體表面輻射出去，傳導和對流傳熱起次要作用。低溫時，熱量傳輸主要黑熱傳導進行。熔體中，對流傳熱往往起主要作用。34. 直拉硅單晶工藝中，經常釆用以下措施降低單晶中的氧碳含量；一選用含氧，碳較低的多晶硅原料，多晶硅融化時溫度不要太髙，盡量減少 多晶硅和堆覽的反應，減少一氧化碳和一氧化硅的生成。二.在真空下生長的硅單晶，一般氧碳含量較低，在氮氣下拉晶時，氮氣中含 氧，碳和水分的量要低，最好采用流動氮氣方式，使爐內的C0和SI0通過氮 氣帶出爐外，降低單晶爐內C0和SI0的分壓，減少了它們熔入熔硅的量。三塩竭和單晶直徑比例要適當。硅單晶

12、生長過程中，石英堆竭中的熔硅表面 是低氧區，熔硅和堆竭接觸部分是高氧區，中部熔硅為過度區。35硅的元素符號是si,原子序號是14。原子量是28,固態密度為2. 33g/cm3,熔點為1420度，沸點四3145度。36硅單晶常見的摻雜元素有B, AL, GA, P, SB, HS等。37.本征丫導體：完全不含雜質且無晶格缺陷的純凈半導體稱為本征半導 體。導電主要由材料的決定，硅和錯都是四價元素，其原子核最外層有四個 價電子。它們都是山同一種原子構成的“單晶體”,屬于本征半導體。 38¥TTV：也稱為電子型半導體。N型半導體即門山電子濃度遠大于濃 度的。在純凈的硅晶體中摻入五價元素（如磷、神、銃等），使之取代晶格 中硅原子的位置，就形成了N型半導體。這類雜質提供了帶負電（Negative ）的電子，稱他們為n型雜質。在N型半導體中,門山電子為務 子，空穴為，上要靠I山電子導電。自由電子主要由雜質原子提供，空穴由 熱激發形成。摻入的雜質越多，多子（自山電子）的濃度就越高，導電性能 就越強。