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半导体的学习总结郑斌2016.8目录1.半导体材料2.半导体特性及应用3.半导体及其产业分类4.集成电路工艺流程5.半导体的发展趋势1.半导体材料•定义根据物体导电能力的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。导体：ρ10-4Ω.cm绝缘体：ρ109Ω.cm半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间。•三种导电性不同的材料的比较金属的价带与导带之间没有距离，因此电子（红色实心圆圈）可以自由移动。绝缘体的能隙宽度最大，电子难以从价带跃迁到导带。半导体的能隙在两者之间，电子较容易跃迁至导带中。半导体材料生产总值很大，应用领域非常广泛。半导体材料的发展使国民经济和科技等领域出现了巨大的进步，改变了我们的生活。计算机,35.20%通信,38.10%政府/军用,0.70%工业/医疗,5.90%汽车电子,7.90%消费电子,12.20%2015年世界IC的应用（3105亿元）资料来源：ICInsights计算机通信政府/军用工业/医疗汽车电子消费电子•市场规模•半导体材料的分类按纯度可分为半导体本征半导体杂质半导体N型半导体P型半导体本征半导体：纯净的单晶半导体。常温下其电阻率很高，是电的不良导体。杂质半导体:掺入杂质的本征半导体。由于杂质原子提供导电载流子，使材料的电阻率大为降低。杂质半导体靠导带电子导电的称N型半导体，靠价带空穴导电的称P型半导体。•半导体材料的分类按化学成分可分为半导体无机半导体材料元素半导体SiGeSe化合物半导体GaAsInSbSiCInGaAs有机半导体材料有机物聚合物给体-受体络合物•主要的半导体材料（部分）半导体材料半导体硅材料单晶硅多晶硅硅外延片其他GaAs和InP单晶材料宽带隙半导体材料金刚石碳化硅立方氮化硼其他低维半导体材料半导体超晶格、量子阱材料2.半导体特性及应用•掺杂特性掺入微量的杂质能显著地改变半导体的导电能力。杂质含量改变能引起载流子浓度变化，实现半导体导电性能的可控性。制成P型或N型半导体•温度特性半导体的导电能力随温度升高而迅速增加，不同于金属的正的电阻温度系数。热敏电阻。用途：电子线路元件的温度补偿或专用检测元件•光电导特性光电导现象：半导体导电能力随光照而发生变化。例如：半导体硒，它的电阻值有随光强的增加而急剧减小的现象。光敏电阻。用途：光控开关、自动控制•光生伏特效应光生伏特：光照在PN结上，产生电子-空穴对，在内建电场作用下，产生光生电势。可用于太阳能电池的制造。太阳能电池及原理•整流特性整流：半导体电阻率与所加电场方向有关。硅单晶材料和晶体管的发明，硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命。晶体二极管三极管大规模集成电路信息时代3.半导体及其产业分类•半导体的分类按制造技术分•集成电路器件•分立器件•光电半导体•逻辑IC•模拟IC按规模分•IC•LSI•VLSI（超大LSI）按所处理信号分•模拟•数字•模拟数字混成及功能•半导体产业分类半导体产业集成电路集成电路业设计制造封装测试材料分立器件光伏半导体LED外延片芯片封装应用•半导体产业特点技术密集资金密集、规模经济高风险高回报知识密集4.集成电路工艺流程•集成电路产业流程图设计制造封装测试成品市场•集成电路制造流程制程前段晶圆处理制程晶圆针测制程后端构装制程测试制程晶圆处理制程：主要工作为在矽晶圆上制作电路与电子元件。晶圆处理基本步骤：晶圆清洗氧化及沉积微影蚀刻离子植入构装制程：利用塑料和陶瓷包装晶粒以成积体电路目的：是为了制造出所生产的电路的保护层，避免电路受到机械性刮伤或是高温破坏。晶圆针测制程：使用针测仪器测试晶圆处理制程后晶圆上形成的一格格的晶粒的电气特性，将不合格的的晶粒标上记号的过程。脱氧后的沙子（包含25%的硅元素）硅熔炼制硅锭单晶体硅硅锭切割未处理的晶圆•晶圆前处理流程旋转浇注光刻胶UV曝光50-200纳米尺寸的晶体管溶解光刻胶蚀刻清除光刻胶再次浇上光刻胶离子注入清除光刻胶晶体管就绪电镀铜离子沉积形成铜层抛光去除多余铜层处理结束的多个晶体管组合•集成电路制造工艺分类MOS型PMOS型NMOS型CMOS型BiMOS双极型饱和型非饱和型ECL/CMLI2TTTL•芯片封装方式介绍（部分）DIP（双列插件）SIP（单列插件）MELF（金属电极表面连接）QFP/FQFP(扁平组件）PGA（插针网格阵列式）5.半导体的发展趋势•半导体的发展历程第一代半导体•元素半导体，以硅基半导体为代表，是微型计算机和计算机产业发展壮大的关键。第二代半导体•化合物半导体，以砷化镓和磷化铟为代表，砷化镓和磷化铟半导体激光器成为光通信系统中的关键元器件.，第三代半导体•化合物半导体，以氮化镓为代表的第三代半导体材料，由此类物质制成的半导体激光器将在光显示、光存储、光照明等领域有广阔的应用前景硅质圆晶GaAs半导体激光器汽车防撞雷达系统•半导体的发展方向半导体材料体系：硅基材料作为微电子器件的基础在21世纪中叶之前不会改变；化合物半导体在光电子器件，光电集成等领域作用会越来越大。半导体材料结构：三维材料—薄膜—量子线、量子点基于量子力学原理的新一代半导体微电子器件，将彻底改变人类经济生活方式。谢谢！