半导体的原理及应用（详细了解半导体的本质）

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2024-03-10 11:33:19

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本文目录

半导体设备说明
半导体的导电原理是什么
半导体电路原理
半导体封装原理介绍
半导体的原理

半导体设备说明

1、单晶炉

单晶炉是一种在惰性气体（氮气、氦气为主）环境中，用石墨加热器将多晶硅等多晶材料熔化，用直拉法生长无错位单晶硅的设备。在实际生产单晶硅过程中，它扮演着控制硅晶体的温度和质量的关键作用。

由于单晶直径在生长过程中可受到温度、提拉速度与转速、坩埚跟踪速度、保护气体流速等因素影响，其中生产的温度主要决定能否成晶，而速度将直接影响到晶体的内在质量，而这种影响却只能在单晶拉出后通过检测才能获知，单晶炉主要控制的方面包括晶体直径、硅功率控制、泄漏率和氩气质量等。

2、气相外延炉

气相外延炉主要是为硅的气相外延生长提供特定的工艺环境，实现在单晶上生长与单晶晶相具有对应关系的薄层晶体。外延生长是指在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段，为了制造高频大功率器件，需要减小集电极串联电阻，又要求材料能耐高压和大电流，因此需要在低阻值衬底上生长一层薄的高阻外延层。

气相外延炉能够为单晶沉底实现功能化做基础准备，气相外延即化学气相沉积的一种特殊工艺，其生长薄层的晶体结构是单晶衬底的延续，而且与衬底的晶向保持对应的关系。

3、氧化炉

硅与含有氧化物质的气体，例如水汽和氧气在高温下进行化学反应，而在硅片表面产生一层致密的二氧化硅薄膜，这是硅平面技术中一项重要的工艺。氧化炉的主要功能是为硅等半导体材料进行氧化处理，提供要求的氧化氛围，实现半导体预期设计的氧化处理过程，是半导体加工过程的不可缺少的一个环节。

4、磁控溅射台

磁控溅射是物理气相沉积的一种，一般的溅射法可被用于制备半导体等材料，且具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点。在硅晶圆生产过程中，通过二极溅射中一个平行于靶表面的封闭磁场，和靶表面上形成的正交电磁场，把二次电子束缚在靶表面特定区域，实现高离子密度和高能量的电离，把靶原子或分子高速率溅射沉积在基片上形成薄膜。

5、化学机械抛光机

一种进行化学机械研磨的机器，在硅晶圆制造中，随着制程技术的升级、导线与栅极尺寸的缩小，光刻技术对晶圆表面的平坦程度的要求越来越高，IBM公司于1985年发展CMOS产品引入，并在1990年成功应用于64MB的DRAM生产中，1995年以后，CMP技术得到了快速发展，大量应用于半导体产业。

化学机械研磨亦称为化学机械抛光，其原理是化学腐蚀作用和机械去除作用相结合的加工技术，是目前机械加工中唯一可以实现表面全局平坦化的技术。在实际制造中，它主要的作用是通过机械研磨和化学液体溶解“腐蚀”的综合作用，对被研磨体（半导体）进行研磨抛光。

6、光刻机

又名掩模对准曝光机、曝光系统、光刻系统等，常用的光刻机是掩膜对准光刻，一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀等工序。在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移光刻胶上的过程将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。

7、离子注入机

它是高压小型加速器中的一种，应用数量最多。它是由离子源得到所需要的离子，经过加速得到几百千电子伏能量的离子束流，用做半导体材料、大规模集成电路和器件的离子注入，还用于金属材料表面改性和制膜等。

在进行硅生产工艺里面，需要用到离子注入机对半导体表面附近区域进行掺杂，离子注入机是集成电路制造前工序中的关键设备，离子注入是对半导体表面附近区域进行掺杂的技术目的是改变半导体的载流子浓度和导电类型，离子注入与常规热掺杂工艺相比可对注入剂量角度和深度等方面进行精确的控制，克服了常规工艺的限制，降低了成本和功耗。

8、引线键合机

它的主要作用是把半导体芯片上的Pad与管脚上的Pad，用导电金属线（金丝）链接起来。引线键合是一种使用细金属线，利用热、压力、超声波能量为使金属引线与基板焊盘紧密焊合，实现芯片与基板间的电气互连和芯片间的信息互通。在理想控制条件下，引线和基板间会发生电子共享或原子的相互扩散，从而使两种金属间实现原子量级上的键合。

9、晶圆划片机

因为在制造硅晶圆的时候，往往是一整大片的晶圆，需要对它进行划片和处理，这时候晶圆划片机的价值就体现出了。之所以晶圆需要变换尺寸，是为了制作更复杂的集成电路。

10、晶圆减薄机

在硅晶圆制造中，对晶片的尺寸精度、几何精度、表面洁净度以及表面微晶格结构提出很高要求，因此在几百道工艺流程中，不可采用较薄的晶片，只能采用一定厚度的晶片在工艺过程中传递、流片。晶圆减薄，是在制作集成电路中的晶圆体减小尺寸，为了制作更复杂的集成电路。在集成电路封装前，需要对晶片背面多余的基体材料去除一定的厚度，这一工艺需要的装备就是晶片减薄机。

当然了，在实际的生产过程中，硅晶圆制造需要的设备远远不止这些。之所以光刻机的关注度超越了其它半导体设备，这是由于它的技术难度是最高的，目前仅有荷兰和美国等少数国家拥有核心技术。近年来，国内的企业不断取得突破，在光刻机技术上也取得了不错的成绩，前不久，国产首台超分辨光刻机被研制出来，一时间振奋了国人，随着中国自主研发的技术不断取得进步，未来中国自己生产的晶圆也将不断问世。

半导体的导电原理是什么

半导体导电原理：

半导体中有两种载流子：导带中的电子和价带中的空穴。如果某一类型半导体的导电性主要依靠价带中的空穴，则该类型的半导体就称为P型半导体。“P”表示正电的意思，取自英文Positive的第一个字母。在这类半导体中，参与导电的（即电荷载体）主要是带正电的空穴，这些空穴来自半导体中的受主。因此凡掺有受主杂质或受主

数量多于施主的半导体都是p型半导体。例如，含有适量三价元素硼、铟、镓等的锗或硅等半导体就是P型半导体。

由于P型半导体中正电荷量与负电荷量相等，故P型半导体呈电中性。空穴主要由杂质原子提供，自由电子由热激发形成。掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能就越强。

半导体电路原理

半导体电路原理是在极低温度下，半导体的价带是满带，受到热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带，价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，称为空穴。空穴导电并不是实际运动，而是一种等效。

半导体电路原理是电子导电时等电量的空穴会沿其反方向运动。它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子，空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴，电子空穴对消失，称为复合。

半导体封装原理介绍

半导体封装是指将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程。封装过程为：来自晶圆前道工艺的晶圆通过划片工艺后被切割为小的晶片（Die），然后将切割好的晶片用胶水贴装到相应的基板（引线框架）架的小岛上，再利用超细的金属（金锡铜铝）导线或者导电性树脂将晶片的接合焊盘（BondPad）连接到基板的相应引脚（Lead）,并构成所要求的电路；然后再对独立的晶片用塑料外壳加以封装保护，塑封之后还要进行一系列操作，封装完成后进行成品测试，通常经过入检Incoming、测试Test和包装Packing等工序，最后入库出货