半导体材料导论1全解
第09章-刻蚀工艺
微观负载效应
• 微观负载效应
– 对于接触窗和金属层间接触孔刻 蚀，较小的窗孔刻蚀速率比较大 窗孔慢 – 由于光刻胶溅镀沉积到侧壁上， 图形隔离区域的刻蚀轮廓比密集 区域宽
微观负载效应刻蚀轮廓
14
过刻蚀效应
主刻蚀和过刻蚀轮廓
过刻蚀中，被刻蚀薄膜和衬底材料之间的选择性要足够高，避免损失过多衬底材料
15
CF4, CHF3 CF4, CHF3 SF6
4835 6156 2535 7037
半导体制造技术导论（第二版）
第九章
刻蚀工艺
白雪飞 中国科学技术大学电子科学与技术系
提纲
• 简介
• 刻蚀工艺基础
• 湿法刻蚀工艺 • 干法刻蚀工艺 • 等离子体刻蚀工艺
• 刻蚀工艺制程趋势
• 刻蚀工艺发展趋势
2
简
介
先进的集成电路工艺流程
先进的集成电路工艺流程
4
刻蚀工艺简介
• 刻蚀工艺
– 移除晶圆表面材料 – 图形化刻蚀：去除指定区域的材料，将图形转移到衬底薄膜上 – 整面全区刻蚀：去除整个表面薄膜达到所需工艺要求
34
离子辅助刻蚀实验
离子辅助刻蚀实验及结果
XeF2：纯化学刻蚀；Ar+：纯物理刻蚀
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刻蚀工艺的比较
纯化学刻蚀 应用 刻蚀速率 湿法刻蚀，剥除， 光刻胶刻蚀 可以从高到低
反应式离子刻蚀 等离子体图形化刻蚀 高，可控
纯物理刻蚀 氩轰击 低
选择性
刻蚀轮廓 工艺终点
非常好
等向性 计时或目测
可以接受，可控
������ =
������1 − ������
2
+ ������2 − ������
半导体测试书籍
半导体测试书籍半导体测试是半导体制造过程中至关重要的环节之一。
通过对半导体芯片进行测试，可以确保其质量和性能达到预期，从而提高产品的可靠性和稳定性。
在半导体测试领域，有许多经典的书籍可以帮助读者深入了解测试技术和方法。
本文将介绍几本值得推荐的半导体测试书籍，并对其内容做简要概述。
《半导体测试技术与方法》是一本由国内知名专家撰写的权威性著作。
该书系统地介绍了半导体测试的基本原理、测试设备和方法，涵盖了静态测试、动态测试、功能测试、可靠性测试等各个方面。
同时，书中还详细讲解了测试过程中的常见问题和解决方法，对读者解决实际测试中的困惑和难题具有很大帮助。
这本书的特点是理论与实践相结合，既有深入的理论分析，也有大量的实例和案例分析，适合从事半导体测试工作的专业人士阅读。
《半导体测试导论》是一本适合初学者阅读的入门级书籍。
该书以通俗易懂的语言介绍了半导体测试的基础知识和常用技术。
作者通过举例和图表的方式，生动地展示了测试过程中的关键步骤和注意事项。
此外，书中还对半导体测试行业的发展趋势进行了简要分析，对读者了解行业动态具有参考价值。
这本书的特点是简明扼要，适合初学者进行入门学习。
《半导体器件可靠性测试与评估》是一本侧重于半导体器件可靠性测试的专业著作。
该书详细介绍了半导体器件可靠性测试的方法、技术和标准。
作者通过对不同类型的器件进行可靠性测试的案例分析，深入探讨了测试过程中的关键问题和挑战。
书中还介绍了一些常用的可靠性评估指标和方法，有助于读者对半导体器件的可靠性进行定量分析和评估。
这本书的特点是深入研究了可靠性测试的理论和实践，适合从事半导体器件可靠性测试工作的专业人士阅读。
除了上述推荐的书籍外，还有许多其他优秀的半导体测试书籍值得一读。
例如，《半导体测试工程师手册》、《半导体测试理论与方法》等。
这些书籍涵盖了半导体测试的各个方面，从不同的角度对测试技术和方法进行了深入探讨，对提高读者的测试能力和水平具有积极的促进作用。
材料导论重点及归纳
1、材料的定义与分类材料是人类用来制造有用的构件、器件或物品的物质。
材料与物质的区别：①对材料而言，可采用“好”或“不好”等字眼加以评价，对物质则不能这样；②材料总是和一定的用途相联系的；③材料可由一种物质或若干种物质构成；④同一种物质，由于制备方法或加工方法的不同，可成为用途各异的不同类型的材料。
按化学组成和结构特点：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料按材料性能：结构材料、功能材料按使用领域：建筑材料、电子材料、耐火材料、医用材料...2、材料的地位和作用材料是人类社会发展的基础和先导，是人类社会进步的里程碑和划时代的标志。
材料、能源、信息被称为人类社会的“三大支柱” 。
纵观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，每一种重要新材料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提高到一个新的水平。
材料科学技术的每一次重大突破都会引起生产技术的重大变革，甚至引起一次世界性的技术革命，大大地加速社会发展的进程，从而把人类物质文明推向前进。
人类文明的发展史就是材料的发展史材料的发展史就是人类文明的发展史石器时代、青铜器时代、铁器时代、? ? ?、半导体时代新材料是高技术发展的基础，是工业革命和产业发展的先导3、材料的性质材料性质：是材料的功能特性和效应的描述，是材料对电.磁.光.热.机械载荷的反应。
材料性质描述：力学性质：强度、硬度、刚度、塑性、韧性材料在力的作用下所表现出的特性即为材料的力学性质。
（1）弹性模量弹性模量是指材料在弹性极限范围内，应力与应变（即与应力相对应的单位变形量）的比值，用E 表示，即：（2）强度在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。
（有多种强度类型）材料在外力作用下发生塑性变形的最小应力叫屈服强度，用 d S表示。
工程上规定，试样产生0.2%塑性变形时的应力值为该材料的条件屈服强度，记为 d 0.2。
抗拉强度是将试样在拉力机上施以静态拉伸负荷，使其破坏（断裂）时的载荷。
纳米材料导论
第4页，共165页。
单质碳纳米材料的分类
富勒烯，或巴基球（C50 、 C60 、C70、C76、 C80、C82、C84、C90、C94等）
• 原子可按链型、环形、网状等互相形成各类结构碳材料
第7页，共165页。
石墨及其结构
o石墨的结构早在1917年就已经被 Debye, Scherrer, Grimm, Otto, 和Bernal等 人标定证明了。
o石墨的基本组成单元为石墨烯
（graphene）
o在石墨烯中，每个碳原子都占据 一个六边形的顶角。由于sp2 杂化，
万吨，现保有储量万吨。
世界：著名产地：纽约Ticonderoga，马达加斯加和Ceylon，我 国以黑龙江鸡西市柳毛为最大的产地。
人造石墨，也就是特种石墨。按其成型的方式可分为以下几种。
❖ 等静压石墨。
❖ 模压石墨
❖ 挤压石墨，多为电极材料。
第9页，共165页。
石墨的物理性质
1) 耐高温型：石墨的熔点为3850±50℃，沸点为4250℃，石墨强度随温度提高而 加强。热膨胀系数也很小。
碳纳米管（单壁，多壁）
洋葱碳及其相关结构
纳米金刚石
金刚石薄膜
第5页，共165页。
碳的同素异性体
碳的同素异形体“相”图
第6页，共165页。
碳纳米材料的结构和化学键
存在各种形态的原因——化学
键
• 碳原子的核外电子层结构: 1s22s22p2 • 可能的三种杂化形式：sp、sp2和sp3（spn杂化） • 以共价键方式结合：单键, 双键和叁键
电子科技大学半导体物理学课件——半导体中的电子状态
先修课程：
《统计物理》，《固体物理》；
后续课程：
《晶体管原理》, 《功率半导体器件》,《半导体器件物理》
1
半导体中电子 的状态，能带
半导体中杂质 和缺陷能级
载流子的 统计分布
MIS结构
半导体性能
金属/半导 体的接触
非平衡 载流子
半导体的 导电性
目录
第一章 半导体中电子状态 第二章 半导体中杂质和缺陷能级 第三章 半导体中载流子的统计分布 第四章 半导体的导电性 第五章 非平衡载流子 第七章 金属和半导体的接触 第八章 半导体表面与MIS结构
半导体物理
电子科技大学微电子与固体电子学院
罗小蓉
课程任务
阐述半导体的主要性质和半导体物理的 基础理论，掌握半导体的基本测量技术和 基本原理，以适应后续专业课程的学习。
《半导体物理》是专业基础课和学位课，三大核心课程之一
课程任务
《半导体物理学》: 揭示半导体主要性质，探讨半导体 在热平衡态和非平衡态下所发生的物理过程、规律 以及相关应用，通过实验加深对半导体物理理论的理解， 掌握半导体的测量技术和基本原理， 以适应后续专业课程的学习和将来工作的需要。
教学计划和要求
1、理论教学(60学时) 每章完成课后作业，平时成绩评判标准之一
2、实验教学(8学时) 认真完成实验，写出实验报告，获得实验分。 3、 课程设计(4学时)
教材：
《半导体物理学》(第7版)刘恩科等 国防工业出版社
参考资料：
《半导体物理学》上册 叶良修编； 《半导体物理学》 顾祖毅编； 《Physics of Semiconductor Devices》施敏.
3、能带中电子的导电作用
2、绝缘体、半导体、导体能带示意图
材料导论试题及答案
材料导论试题及答案一、选择题（每题2分，共10分）1. 下列哪种材料属于复合材料？A. 钢铁B. 塑料C. 陶瓷D. 碳纤维增强塑料答案：D2. 材料的硬度通常是指材料的：A. 弹性B. 韧性C. 强度D. 塑性答案：C3. 下列哪种材料是半导体材料？A. 铜B. 铝C. 硅D. 铁答案：C4. 金属材料的导电性能通常与以下哪个因素无关？A. 金属的纯度B. 金属的晶体结构C. 金属的密度D. 金属的晶格缺陷答案：C5. 陶瓷材料的主要优点是：A. 良好的导电性B. 良好的导热性C. 良好的绝缘性D. 良好的延展性答案：C二、填空题（每题2分，共10分）1. 材料的________是指材料在受到外力作用时抵抗变形的能力。
答案：弹性2. 材料的________是指材料在受到外力作用时抵抗断裂的能力。
答案：韧性3. 材料的________是指材料在受到外力作用时抵抗永久变形的能力。
答案：强度4. 材料的________是指材料在受到外力作用时抵抗塑性变形的能力。
答案：硬度5. 材料的________是指材料在受到外力作用时抵抗压缩变形的能力。
答案：抗压强度三、简答题（每题5分，共20分）1. 简述金属材料的热处理过程。
答案：金属材料的热处理过程通常包括加热、保温和冷却三个阶段。
加热阶段使材料达到一定温度，保温阶段使材料内部结构发生变化，冷却阶段则使材料获得所需的组织和性能。
2. 什么是材料的疲劳强度？其影响因素有哪些？答案：材料的疲劳强度是指材料在重复或循环载荷作用下，经过一定次数的应力循环后发生断裂的最大应力值。
影响疲劳强度的因素包括材料的微观结构、表面状态、应力集中、温度以及载荷循环的频率等。
3. 请解释什么是材料的热膨胀系数。
答案：热膨胀系数是指材料在温度变化时，单位长度或单位体积的线性或体积变化量与温度变化量的比值。
它是衡量材料热膨胀性能的一个重要参数。
4. 简述塑料材料的加工方法有哪些。
答案：塑料材料的加工方法主要包括挤出成型、注射成型、吹塑成型、压缩成型、热成型等。
半导体制造技术导论-试题
半导体制造技术导论
（考试总分100分，时间100分钟，请将考生姓名和学号写在
答题纸上）
一、名词解释。
（5分每小题）
1. 驻波效应
2. 负性光刻胶
3. 结深
4. 分辨率
二．请描述测量表面方块电阻的方法，并画出原理图。
（15分）
三、简述光刻工艺流程。
（10分）
四、硅片清洗的目的，I号和II号洗液的配方，分别去除掉何种杂质。
（10分）
五、半导体工艺中通常有哪些污染，如何解决？（10分）
六、简述二氧化硅膜的基本作用。
（10分）
七、比较克洛斯基法和悬浮区熔法制备单晶硅棒的差别。
（10分）
八、简述杂质在材料中的扩散机制，和影响扩散系数的几种因素。
（15分）。
课件11-半导体II
eNd
－
+
V(x) V(x) ? -Vd x
电势
半导体内 金－半界面 金属内 EF /-e
V(x) V(x) ? -Vd x
eN d d 2V ( x) 2 dx r 0 r 0 dV x W, 0,V 0 dx x 0,V Vd
V ( x)
• 当金属与半导体接触后，若其I-V曲线呈現所 谓二极管的特点，我們称之为Schottky contact，若其I-V曲线呈現线性变化（及与 电压的正负无关）称之为ohmic contact
Electrical Nature of Ideal MS contact n-type p-type semicondu semicondu ctor ctor Rectifying Ohmic M>s M<s Ohmic Rectifying
• 欧姆接触不产生明显的附加阻抗，即当有电流流过时，欧姆接触上的电压 降应当远小于样品或器件本身的压降，也就是说，电流－电压特性是由样 品的电阻或器件的特性决定的。 • 欧姆接触通过对接触区半导体的重掺杂来实现。理论根据是：通过对半导 体材料重掺杂，使集中于半导体一侧的结（金属中有更大量的自由电子） 变得如此之薄，以至于载流子可以容易地利用量子隧穿效应相对自由地传 输。
肖特基势垒和PN结势垒—样，也具有随外加电压改变的势垒电 容及整流作用。加上正向电压(金属接正)时，耗尽层中电场减小， 势垒降低，结果出现了由硅流向金属的净电子流。外加电压反向时， 耗尽层中的电场及势垒高度和宽度增加，结果出现了由金属流向硅 的很小的电子流。所以，肖特基势垒具有整流作用。
金属中，积累的负电荷集中在 很薄的表面层内（约几个埃的距 离）。而半导体中，正电荷是电离 的施主杂质，其浓度比金属中电子 浓度低几个数量级。半导体同金属 接触时形成的正电荷层要扩展到几 千个埃，在半导体表面形成空间电 荷区。金属同半导体的接触电势差 就降在这个区域中。在空间电荷区 中，电势分布由泊松方程解出。若 半导体是均匀掺杂的，泊松方程和 边界条件为 半导体内 电势 金－半界面 金属内 EF /-e
电子材料导论
第一章1.电子材料在国民经济中有何作用？电子材料处于材料科学与工程最前沿，它的质量与电子工业的经济效益有密切关系。
一个国家的电子材料品种、数量和质量成了衡量该国科技、国民经济水平和国能材料防科力量的主要标志。
2.什么是结构材料、功能材料和先进材料？a..能承受一定压力和重力，并能保持尺寸和大部分力学性质稳定的一类材料，称为结构（电子）材料。
b.功能（电子）材料指除强度性能外，还有其特殊功能，或能实现光、电、磁、热、力等不同形式的交互作用和转换的非结构材料。
c.先进（电子）材料指具有优异的性能的高科技产品，正在进行商业化或研究之中，并具有一定保密性。
从应用角度把电子材料分为结构电子材料和功能电子材料。
按组成分为无机电子材料和有机电子材料。
按物理性质分为导电材料、超导材料、半导体材料、绝缘材料、压电铁电材料、磁性材料、光电材料和敏感材料。
按所制成元器件和集成电路的应用分微电子材料、电阻器材料、电容器材料、磁性材料、光电子材料、压电材料、电声材料等。
3.晶体有哪些特征？简述晶体与非晶体的异同。
主要特征有：①有规则的外形②均匀性③解离性④固定的熔点⑤各向异性。
这些特性都反应了晶体原子中排列具有对称性和周期性。
异同：非晶体的原子或离子、分子在空间的排列通常不具有周期性和对称性。
按组成晶体时原子间的作用力，将无机晶体分为离子晶体，共价晶体，金属晶体，分子晶体和氢键晶体等五类。
4.什么叫固溶体？它的类型有哪些？形成连续固溶体的条件有哪些？固态条件下，在一种组分内溶解了其它组分而形成的均匀的晶态固体称固溶体。
有替代型固溶体和间隙式固溶体两种。
连续固溶体条件：原子的尺寸和电负性相接近。
5.晶体中的缺陷及类型有哪些？电缺陷：传到电子、空穴、极化子陷阱。
几何缺陷：电缺陷、线缺陷、面缺陷、微缺陷。
6.简述有机材料的分类方法？按碳骨架分类：开链化合物，碳环化合物，杂环化合物按有机分子所含官能团分类：……7.什么是清洁表面与实际表面？自然界中存在的表面称为实际表面；按其清洁程度分为：未清洁表面，清洁表面和真空清洁表面三种类型。
半导体物理与器件
半导体物理与器件
当电场比较强时, 导带中 的电子将被电场加速并获得能量, 使得部分下能谷中的电子被散射 到E-k关系图中态密度有效质量 比较大的上能谷, mn*=0.55m0, 因此这部分电子的迁移率将会出 现下降的情形, 这样就会导致导 带中电子的总迁移率随着电场的 增强而下降, 从而引起负微分迁 移率和负微分电阻特性。
半导体物理与器件
❏ 电导率和电阻率
I
❍ 电流密度：
❍ 对于一段长为l，截面面积为s，电阻率为ρ的均匀导体，若施加以
电压V，则导体内建立均匀电场E，电场强度大小为：
对于这一均匀导体，有电流密度：
将电流密度与该 处的电导率以及 电场强度联系起 来，称为欧姆定 律的微分形式
半导体物理与器件
❍ 半导体的电阻率和电导率
半导体物理与器件
速度饱和
半导体物理与器件Байду номын сангаас
❍ 迁移率和电场的关系
右图所示为 锗、硅及砷 化镓单晶材 料中电子和 空穴的漂移 运动速度随 着外加电场 强度的变化 关系。
半导体物理与器件
从上述载流子漂移速度随外加电场的变化关系曲线中可 以看出, 在弱场条件下, 漂移速度与外加电场成线性变化关 系曲线的斜率就是载流子的迁移率；而在高电场条件下, 漂移 速度与电场之间的变化关系将逐渐偏离低电场条件下的线性变 化关系。以硅单晶材料中的电子为例, 当外加电场增加到 30kV/cm时, 其漂移速度将达到饱和值, 即达到107cm/s；当 载流子的漂移速度出现饱和时, 漂移电流密度也将出现饱和 特性即漂移电流密度不再随着外加电场的进一步升高而增大。 对于砷化镓晶体材料来说, 其载流子的漂移速度随外加电场 的变化关系要比硅和锗单晶材料中的情况复杂得多, 这主要 是由砷化镓材料特殊的能带结构所决定的。