半导体集成电路原理与设计—第一章答辩
半导体物理复习与总结1答辩
no p0 Nc NV e
Ec EF kT
e
E E F v kT
Nc NV e
Eg kT
非简并半导体的统计分布规律
本征半导体
f ( E) f B ( E ) Ae
E k0T
杂质半导体
1 f D (E) 1 ED EF 1 exp( ) 2 k 0T 1 f A (E) 1 EF E A 1 exp( ) 2 k 0T
NA
1
pA N A pA
NA 1 2e
EF E A kT
非简并半导体中载流子浓度
2kTmdn 导带中电子浓度： no N / V 2 e 2 h
3/ 2 Ec EF kT 价带中空穴浓度po NV e
EF Ev kT
2kTmdp NV 2 h2
3/ 2
电子和空穴的乘积
nD N D f ( E D )
1 e 2
ED EF kT
ND
1
— 未电离的施主浓度
电离的施主浓度nD+为：
n N D nD 2e
D
ED EF kT
ND
1
没有电离的受主浓度pA为：
pA N A f p (EA )
电离的受主浓度pA-为：
1 e 2
E A EF kT
非简并半导体
服从费米统计规律 电子：
1 f (E) E EF 1 exp( ) k0T 1 f p (E) 1 f (E) EF E 1 exp( ) k0T
注：只有重掺杂的半导体才有可能是简并半导 体
半导体器件与工艺(1)答辩
哈尔滨工程大学
微电子学
半导体基础
电阻率的结构与组分敏感性
用电阻率的高低来区分导体、半导体和绝缘体是不 够严密的 : 某些结构完整且不含杂质的半导体也会有跟 绝缘体不相上下的高电阻率，而当它们含有足够浓度的 某些特殊杂质时，其电阻率又会降到金属电阻率的范围， 甚至比某些导电性欠佳的金属导体的电阻率还低。 半导体是导电能力明显依赖于材料的内外状态的一 类特殊物质。
半导体基础
半导体导电的热敏性
载流子密度是器件特性的决定性因素。从器件工作 特性的稳定性考虑，保持载流子密度的稳定是最基本的 要求。非本征材料在一定的温度范围内主要靠杂质原子 提供载流子，而一个杂质原子最多只能提供一个电子或 空穴。当每个杂质原子都已“尽责”之后，载流子密度 即保持不变，器件即可望保持相应的稳定工作状态。因 此，实际半体器件大多采用掺杂材料。 非本征材料有本征激发和杂质电离两种载流子来源， 其载流子的总密度为二者之和。当本征激发的如状较小 时，靠杂质的完全电离保持载流子的恒定密度。当本征 载流子密度随着温度的升高而接近或超过掺杂浓度时， 非本征半导体即开始向本征半导体转变。
半导体中空穴的导电本质上还是电子的定向运动， 只不过这些电子不是自由电子而是被原子核束缚着的价 电子。半导体电导率表达式
q(nn p p )
则本征半导体电导率表达式
i qni (n p )
常用半导体的载流子迁移率也往往比金属良导体中 的自由电子的迁移率高，但是其电导率却非常小，这是 因为本征载流子浓度与金属中的载流子密度相比很小。
半导体基础
电子在金属和半导体中的能量分布
当温度 T 大于 0K 时，由于电子的平均动能为 3kT/2 ，满带 电子中会有一些能量偏高者越过禁带进入高能量的空带。任 何一个能带能够容纳的电子数很大，而在低温和常温下能够 越过一个宽度只有1eV的禁带的电子也都很少，因而这两个未 满带的特征大不一样，其能量较高者接近全空，能量较低者 接近全满。通常把非零温度下只有少许电子的近空带称为导 带，而把只有少许空状态的近满带称为价带。
半导体物理学 Ch2 半导体及其基本特性答辩92页PPT
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
半导体物理学 Ch2 半导体及其基本特 性答辩
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
谢谢！
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
半导体复习提纲答辩
解释利用pn结形成变容器的原理，通过测量pn结电容能否获得半导体杂质的分布信 息？ 变容器原理：应用p-n结在反向偏压时电容随电压变化的特性，来设计用达到此目的的 p-n结被称为变容器，即可变电容器。 通过测量其电容、电压特性可用来计算任意杂质分布。 解释pn结击穿的机制。 隧道效应：当一反向强电场加在p-n结时，价电子可以由价带移动到导带，这种电子穿 过禁带的过程称为隧穿．隧穿只发生在电场很高的时候．。 雪崩倍增：电场足够大，电子可以获得足够的动能，以致于当和原子产生撞击时，可 以破坏键而产生电子-空穴对，新产生的电子和空穴，可由电场获得动能，并产生额外 的电子-空穴对生生不息，连续产生新的电子-空穴对．这种过程称为雪崩倍增。 BJT各区的结构有何特点？为什么？ 发射区：掺杂浓度最高； 基区：掺杂浓度中等，基区的宽度需远小于少数载流子的扩散长度； 集电区：掺杂浓度最低； BJT工作在放大模式下的偏置情况是怎样的？画出p-n-p BJT工作在放大模式下的空 穴电流分布。 射基结为正向偏压，集基结为反向偏压
画出p-n-p BJT在放大模式下各区的少数载流子浓度分布。
为什么HBT的发射效率较高？ 发射区与基区间的能带差在异质结界面上造成能带偏移，ΔEv增加了射基异质结处价 带势垒的高度，从而维持极高的效率与电流增益。 MOS二极管的金属偏压对半导体的影响有哪些？ 会改变能带弯曲情况，改变半导体表面电荷分布。 画出理想MOS二极管（p型半导体）金属端加正偏及反偏电压时的能带图示意图。
略不计时，则可被定义为欧姆接触。
⑧ 肖特基势垒接触：具有大的势垒高度，以及掺杂浓度比导带或价带上态密度低的
金属-半导体接触。
⑨ 阈值电压：形成强反型层时沟道所对应的 VG 称为阈值电压 ⑩ CMOS：由成对的互补p沟道与n沟道MOSFET所组成
半导体工艺及芯片制造复习资料简答题与答案
半导体工艺及芯片制造复习资料简答题与答案第一章、半导体产业介绍1 .什么叫集成电路？写出集成电路发展的五个时代及晶体管的数量？（15分）集成电路：将多个电子元件集成在一块衬底上，完成一定的电路或系统功能。
集成电路芯片/元件数 无集成1 小规模（SSI ）2到50 中规模（MSI ）50到5000 大规模（LSI ）5000到10万 超大规模（VLSI ） 10万至U100万 甚大规模（ULSI ） 大于100万 产业周期1960年前 20世纪60年代前期 20世纪60年代到70年代前期 20世纪70年代前期到后期 20世纪70年代后期到80年代后期 20世纪90年代后期到现在2 .写出IC 制造的5个步骤？（15分）Wafer preparation （硅片准备）Wafer fabrication （硅片制造）Wafer test/sort （硅片测试和拣选）Assembly and packaging （装配和封装）Final test （终测）3 .写出半导体产业发展方向？什么是摩尔定律？（15分）发展方向：提高芯片性能一提升速度（关键尺寸降低，集成度提高，研发采用新材料），降低功耗。
提高芯片可靠性一严格控制污染。
降低成本——线宽降低、晶片直径增加。
摩尔定律指：IC 的集成度将每隔一年翻一番。
1975年被修改为：IC 的集成度将每隔一年半翻一番。
4 .什么是特征尺寸CD ？ （10分）最小特征尺寸，称为关键尺寸（Critical Dimension, CD ） CD 常用于衡量工艺难易的标志。
5.什么是 More moore 定律和 More than Moore 定律？（10 分）“More Moore”指的是芯片特征尺寸的不断缩小。
从几何学角度指的是为了提高密度、性能和可靠性在晶圆水平和垂直方向上的特征尺寸的继续缩小。
与此关联的3D结构改善等非几何学工艺技术和新材料的运用来影响晶圆的电性能。
半导体基础知识答辩50页PPT
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之属， 阡是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
半导体物理学 第一章 半导体中的电子状态答辩
2n E (k ) E (k ) l
2 ~ 0~ l l l
2 ~ ~0 l l l
E（k）
自 由 电 子
-π/1 0 π/1
}允带
}允带
k
} 允带
称第一布里渊区为简约布里渊区
3.允许带和禁带
晶体中的电子能量并不是可以取 任意值,有些能量是禁止的,而只是 在某一范围才可以.
禁带 允许带
电子填充允许带时,可能出现: 电子刚好填满最后一个带 →绝缘体和半导体
最后一个带仅仅是部分被电子占有
→导体.
三、 导体、绝缘体和半导体的能带
1.导体的能带
3s
2p 2s 1s
11#Na,它的电子在组态是:1s22s22p63s1
2.绝缘体和半导体的能带 能带图可简化成:
电 子 能 量
半导体材料的类型： 元素半导体：硅(Si)、锗(Ge) 化合物半导体：砷化镓（GaAs）、磷化铟（InAs）等
元素(elements)半导体
硅、锗都是由单一原 子所组成的元素半导 体，均为周期表第IV 族元素。 20世纪50年代初期， 锗曾是最主要的半导体 材料； 60年代初期以后，硅 已取代锗成为半导体制 造的主要材料。
半导体材料简述
导电性
固态材料可分为三类，即绝缘体、半导体及导体。
绝缘体: 电导率很低，约介于20-18S/cm～10-8S/cm,如熔融石英及玻璃； 导 体：电导率较高，介于104S/cm～106/cm，如铝、银等金属。 半导体：电导率则介于绝缘体及导体之间。
半导体的特点： 易受温度、照光、磁场及微量杂质原子的影响。 正是半导体的这种对电导率的高灵敏度特性使半导体成 为各种电子应用中最重要的材料之一。
半导体基础知识与晶体管工艺原理答辩
/jiangdong01半导体基础知识与晶体管工艺原理（生产线基础培训教程）半导体技术编著2002．8目录第一章半导体的基础知识1-1半导体的一些基本概念1-1-1什么是半导体？ (4)1-1-2半导体的基本特性………………………………………………. .41-1-3半导体的分类 (4)1-1-4 N型半导体和P型半导体 (5)1-1-5 半导体的导电机构 (6)1-2 P-N结 (9)1-2-1 P-N结的构成 (9)1-2-2 P-N结内的载流子运动和平衡 (10)1-2-3 P-N结的基本特性 (10)1-3 二极管 (12)1-3-1二极管的基本构成 (12)1-3-2 二极管的特性曲线（伏安特性） (12)1-3-3 二极管的分类 (13)1-4 晶体管（仅讲双极型） (13)1-4-1 晶体管的构成 (13)1-4-2 晶体管的放大原理 (15)1-4-3 晶体管的特性曲线 (18)1-4-4 晶体管的分类 (21)1-4-5 晶体管的主要电参数 (21)第二章晶体管制造工艺与原理2-1典型产品工艺流程 (24)2-1-1晶体管的基本工艺流程 (24)2-1-2典型产品的工艺流程 (24)2-2晶体管制造主要工艺的作用与原理 (25)2-2-1氧化工艺 (25)2-2-2扩散工艺 (26)2-2-3离子注入工艺 (30)2-2-4光刻工艺 (31)2-2-5蒸发（真空镀膜）工艺 (32)2-2-6CVD工艺 (33)2-2-7台面工艺 (34)2-2-8三扩、磨抛工艺 (35)2-2-9清洗工艺 (36)2-2-10中测、划片工艺 (36)2-3 常见的工艺质量问题以及对产品质量的影响 (37)2-3-1工艺质量问题分类 (37)2-3-2常见的工艺质量问题举例 (37)2-4 工艺纪律和工艺卫生的重要性 (41)2-4-1半导体生产对空气洁净度的要求 (41)2-4-2 工艺卫生的内涵 (42)2-4-3 工艺卫生好坏对半导体生产的影响 (42)2-4-4 工艺纪律的内涵 (43)2-4-5 工艺纪律的重要性 (43)第一章半导体基础知识1-1半导体的一些基本概念1-1-1什么是半导体？导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，叫做半导体。
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1、第一次光刻——N+隐埋层扩散孔光刻
SiO2 N+-BL
高：结电容小、BVCBO高、后续处 理时下推小；
1、电阻率： （ρ epi）
低：集电极串联电阻rCS小、VCES 小
2工、艺掩水模平版所设决计定：的典线型宽T及TL每电个路元制件作的需2、参要厚数6度次设T光e计pi 刻相，应所的以掩需模要图6形块。掩模版，根据
•TTL电路：BVCBO低，要求rCS小、VCES小，所以
N+隐埋层 一个完整的NPN晶体管
典型三结四层结构NPN晶体管剖面图
P+
N-
N-
•典型PN结隔离的掺金TTL电路工序
衬底制备 隔离扩散 再氧化 再分布及氧化 接触孔光刻
裂片 压焊
一次 氧化 隔离光刻 基区光刻 发射区扩散 铝淀积
中测 封装
隐埋层光刻 热氧化 基区扩散背面 掺金 反刻铝 Nhomakorabea压焊块光刻
隐埋层扩散 外延淀积 再分布及氧化 发射区光刻
P-SUB
N+-BL
• 外延层淀积（利用外延炉，生长N型外延层）
SiO2
SiO2 N-epi
N+-BL
N+-BL
P-SUB
2、第二次光刻——P+隔离扩散孔光刻
SiO2
P+
N+-BL
P-SUB
N-epi N+-BL
• 隔离井
P+扩散
基区扩散电阻
基区
3、第三次光刻——P型基区扩散孔光刻
电阻衬底高电位端 e c
第一章 集成电路基本制造工艺
•双极器件和MOS器件
§1 .1 双极集成电路的基本制造工艺
按隔离工艺分类
制作电隔离区
PN节隔离 全介质隔离
PN结-介质混合隔离
元器件自然隔离
I2L电路
线性/ECL、 TTL/DTL、 STTL电路等
•典型数字集成电路中NPN晶体管结构
N+层 P型层 N-外延层
NPN晶体管符号 N-外延层
铝合金 淀积钝化层
•设计内容：
1、材料及参数选择
1、PN结隔离电路一般选用P型硅
2、电阻率ρ ≈10Ω •cm
衬底
3、选1用、（杂1质11固）溶晶度向大，，稍降偏低离集2º电到极5º串联电阻
2、高温时在硅中的扩散系数小，减小外
隐埋层杂质 延时上推
3、与硅衬底晶格匹配好，减小应力
外延层
（理想的埋层杂质是As）
R引出线
be c
4、 第四次光刻——N+发射区和引线接触区光刻 4、 第五次光刻——引线接触孔光刻
6、第六次光刻——金属化内连线光刻
•读复合版图 学习IC设计，必须学会读IC的复合版图