半導(dǎo)體論文格式

　　半導(dǎo)體材料的特性參數(shù)對半導(dǎo)體的應(yīng)用甚為重要，因為不用的性質(zhì)決定著不同的用途。接下來是小編帶來的半導(dǎo)體論文，希望對你有所幫助~

　　半導(dǎo)體論文格式

　　摘要：本文主要介紹半導(dǎo)體材料的分類、特征、制備工藝、應(yīng)用、半導(dǎo)體的特性參數(shù)、發(fā)展現(xiàn)狀戰(zhàn)略地位等。半導(dǎo)體的發(fā)展與器件緊密相關(guān)。1941年用多晶硅材料制成檢波器，是半導(dǎo)體材料應(yīng)用的開始，1948~1950年用切克勞斯基法成功的拉出了鍺單晶，并用它制成了世界上第一個具有放大性能的鍺晶體三極管。1951年用四氯化硅鋅還原法制出了多硅晶，1952年用直拉法成功拉出世界上第一根硅單晶，同年制出了硅結(jié)型晶體管，從而大大推進了半導(dǎo)體材料的廣泛應(yīng)用和半導(dǎo)體器件的飛速發(fā)展。

　　關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體材料 導(dǎo)電能力 單晶片 電阻率 電子

　　一、半導(dǎo)體材料的分類；

　　半導(dǎo)體材料是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)。半導(dǎo)體材料是一類具有半導(dǎo)體性能、可用來制作半導(dǎo)體器件和集成電的電子材料，其電導(dǎo)率在10（U-3）～10（U-9）Ω/cm范圍內(nèi)。

　　半導(dǎo)體材料可按化學(xué)組成來分，再將結(jié)構(gòu)與性能比較特殊的非晶態(tài)與液態(tài)半導(dǎo)體單獨列為一類。按照這樣分類方法可將半導(dǎo)體材料分為元素半導(dǎo)體、化合物半導(dǎo)體、有機半導(dǎo)體、固溶體半導(dǎo)體和非晶態(tài)與液態(tài)半導(dǎo)體。元素半導(dǎo)體大約有十幾種，處于ⅢA族—ⅦA族的金屬元素與非金屬元素交界處，如Ge，Si，Se，Te等；化合物半導(dǎo)體分為二元化合物半導(dǎo)體和多元化合物半導(dǎo)體；有機半導(dǎo)體分為有機分子晶體、有機分子絡(luò)合物、和高分子聚合物，一般指具有半導(dǎo)體性質(zhì)的碳-碳雙鍵有機化合物，電導(dǎo)率為10-10~102Ω·cm。固溶體半導(dǎo)體是由兩個或多個晶格結(jié)構(gòu)類似的元素化合物相融合而成，有二元系和三元系之分，如ⅣA-ⅣA組成的Ge-Si固溶體，ⅤA-ⅤA組成的Bi-Sb固溶體。原子排列短程有序、長程無序的半導(dǎo)體成為非晶態(tài)半導(dǎo)體，主要有非晶硅、非晶鍺等。

　　二、半導(dǎo)體材料的制備工藝；

　　不同的半導(dǎo)體器件對半導(dǎo)體材料有不同的形態(tài)要求，包括單晶的切片、磨片、拋光片、薄膜等。半導(dǎo)體材料的不同形態(tài)要求對應(yīng)不同的加工工藝。常用的半導(dǎo)體材料制備工藝有提純、單晶的制備和薄膜外延生長。

　　所有的半導(dǎo)體材料都需要對原料進行提純，要求的純度在6個“9”以上，最高達11個“9”以上。提純的方法分兩大類，一類是不改變材料的化學(xué)組成進行提純，稱為物理提純；另一類是把元素先變成化合物進行提純，再將提純后的化合物還原成元素，稱為化學(xué)提純。物理提純的方法有真空蒸發(fā)、區(qū)域精制、拉晶提純等，使用最多的是區(qū)域精制�；瘜W(xué)提純的主要方法有電解、絡(luò)合、萃取、精餾等，使用最多的是精餾。由于每一種方法都有一定的局限性，因此常使用幾種提純方法相結(jié)合的工藝流程以獲得合格的材料。

　　絕大多數(shù)半導(dǎo)體器件是在單晶片或以單晶片為襯底的外延片上作出的。成批量的半導(dǎo)體單晶都是用熔體生長法制成的。直拉法應(yīng)用最廣，80%的硅單晶、大部分鍺單晶和銻化銦單晶是用此法生產(chǎn)的，其中硅單晶的最大直徑已達300毫米。在熔體中通入磁場的直拉法稱為磁控拉晶法，用此法已生產(chǎn)出高均勻性硅單晶。在坩堝熔體表面加入液體覆蓋劑稱液封直拉法，用此法拉制砷化鎵、磷化鎵、磷化銦等分解壓較大的單晶。懸浮區(qū)熔法的熔體不與容器接觸，用此法生長高純硅單晶。水平區(qū)熔法用以生產(chǎn)鍺單晶。水平定向結(jié)晶法主要用于制備砷化鎵單晶，而垂直定向結(jié)晶法用于制備碲化鎘、砷化鎵。用各種方法生產(chǎn)的體單晶再經(jīng)過晶體定向、滾磨、作參考面、切片、磨片、倒角、拋光、腐蝕、清洗、檢測、封裝等全部或部分工序以提供相應(yīng)的晶片。

　　在單晶襯底上生長單晶薄膜稱為外延。外延的方法有氣相、液相、固相、分子束外延等。工業(yè)生產(chǎn)使用的主要是化學(xué)氣相外延，其次是液相外延。金屬有機化合物氣相外延和分子束外延則用于制備量子阱及超晶格等微結(jié)構(gòu)。非晶、微晶、多晶薄膜多在玻璃、陶瓷、金屬等襯底上用不同類型的化學(xué)氣相沉積、磁控濺射等方法制成。

　　三、半導(dǎo)體材料的特性參數(shù)；

　　半導(dǎo)體材料的特性參數(shù)對半導(dǎo)體的應(yīng)用甚為重要，因為不用的性質(zhì)決定著不同的用途。下面介紹晶體管、光電器件和溫差電器件對半導(dǎo)體材料特性的要求。

　　1.晶體管對半導(dǎo)體材料特性的要求：根據(jù)晶體管的'工作原理，要求材料有較大的非平衡載流子壽命和載流子遷移率。用載流子遷移率大的材料制成的晶體管可以工作于更高的頻率（有較好的頻率響應(yīng)）。晶體缺陷會影響晶體管的特性甚至使其失效。晶體管的工作溫度高溫限決定于禁帶寬度的大小。禁帶寬度越大，晶體管正常工作的高溫限也越高。

　　2.光電器件對材料特性的要求：利用半導(dǎo)體的光電導(dǎo)（光照后增加的電導(dǎo)）性能的輻射探測器所適用的輻射頻率范圍與材料的禁帶寬度有關(guān)。材料的非平衡載流子壽命越大，則探測器的靈敏度越高，而從光作用于探測器到產(chǎn)生響應(yīng)所需的時間(即探測器的弛豫時間)也越長。因此，高的靈敏度和短的弛豫時間二者難于兼顧。對于太陽電池來說，為了得到高的轉(zhuǎn)換效率，要求材料有大的非平衡載流子壽命和適中的禁帶寬度(禁帶寬度于1.1至1.6電子伏之間最合適)。晶體缺陷會使半導(dǎo)體發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光二極管的發(fā)光效率大為降低。

　　3.溫差電器件對材料特性的要求：為提高溫差電器件的轉(zhuǎn)換效率首先要使器件兩端的溫差大。當(dāng)?shù)蜏靥幍臏囟龋ㄒ话銥榄h(huán)境溫度）固定時，溫差決定于高溫處的溫度，即溫差電器件的工作溫度。為了適應(yīng)足夠高的工作溫度就要求材料的禁帶寬度不能太小，其次材料要有大的溫差電動勢率、小的電阻率和小的熱導(dǎo)率。

　　四、半導(dǎo)體材料的應(yīng)用舉例；

　　1.元素半導(dǎo)體材料：硅在當(dāng)前的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，他不僅是半導(dǎo)體集成電路、半導(dǎo)體器件和硅太陽能電池的基礎(chǔ)材料，而且用半導(dǎo)體制作的器件和產(chǎn)品已經(jīng)大范圍進入我們的日常生活，人們的家用電器80%以上都離不開硅材料。鍺是稀有元素，地殼中含量較少，由于鍺有特殊的性質(zhì)使得它的應(yīng)用主要集中在制作各種二極管和三極管等。

　　2.有機半導(dǎo)體材料：有機物半導(dǎo)體具有熱激活電導(dǎo)率，如聚丙烯和聚二乙烯苯以及堿金屬和蒽的絡(luò)合物，有機半導(dǎo)體材料可分為有機物，聚合物和給體受體絡(luò)合物三類。有機半導(dǎo)體芯片等產(chǎn)品生產(chǎn)能力差，但是擁有加工處理方便，結(jié)實耐用，成本低廉等特性。

　　3.非晶半導(dǎo)體材料：非晶半導(dǎo)體按鍵的合力性質(zhì)分為共價鍵非晶半導(dǎo)體和離子鍵非晶半導(dǎo)體兩類，可以用液相快冷方法和真空蒸汽或濺射的方法制備。在工業(yè)上，非晶半導(dǎo)體材料主要用于制備像傳感器，太陽能電池薄膜晶體管等非晶體半導(dǎo)體器件。

　　4.化合物半導(dǎo)體材料：化合物半導(dǎo)體材料的種類繁多，按元素在周期表族來分類，分為三五族、二六族、四四族等。如今化合物半導(dǎo)體材料已經(jīng)在太陽能電池、光電器件、超高速器件、微波等領(lǐng)域占據(jù)有重要位置。

　　五、半導(dǎo)體材料中雜質(zhì)和缺陷的控制；

　　雜質(zhì)控制的方法大多數(shù)是在晶體生長過程中同時摻入一定類型一定數(shù)量的雜質(zhì)原子。這些雜質(zhì)原子最終在晶體中的分布，除了決定于生長方 法本身以外，還決定于生長條件的選擇。例如用提拉法生長時雜質(zhì)分布除了受雜質(zhì)分凝規(guī)律的影響外，還受到熔體中不規(guī)則對流的影響而產(chǎn)生雜質(zhì)分布的起伏。此外,無論采用哪種晶體生長方法,生長過程中容器、加熱器、環(huán)境氣氛甚至襯底等都會引入雜質(zhì)，這種情況稱自摻雜。晶體缺陷控制也是通過控制晶體生長條件（例如晶體周圍熱場對稱性、溫度起伏、環(huán)境壓力、生長速率等）來實現(xiàn)的。隨著器件尺寸的日益縮小，對晶體中雜質(zhì)分布的微區(qū)不均勻和尺寸為原子數(shù)量級的微小缺陷也要有所限制。因此如何精心設(shè)計，嚴格控制生長條件以滿足對半導(dǎo)體材料中雜質(zhì)、缺陷的各種要求是半導(dǎo)體材料工藝中的一個中心問題。

　　六、半導(dǎo)體材料早期的應(yīng)用；

　　半導(dǎo)體的第一個應(yīng)用就是利用它的整流效應(yīng)作為檢波器，就是點接 觸二極管（也俗稱貓胡子檢波器，即將一個金屬探針接觸在一塊半導(dǎo)體上以檢測電磁波）。除了檢波器之外，在早期，半導(dǎo)體還用來做整流器、光伏電池、紅外探測器等，半導(dǎo)體的四個效應(yīng)都用到了從1907年到1927年，美國的物理學(xué)家研制成功晶體整流器、硒整流器和氧化亞銅整流器。1931年，蘭治和伯格曼研制成功硒光伏電池。1932年，德國先后研制成功硫化鉛、硒化鉛和碲化鉛等半導(dǎo)體紅外探測器，在二戰(zhàn)中用于偵探飛機和船艦。二戰(zhàn)時盟軍在半導(dǎo)體方面的研究也取

　　得了很大成效，英國就利用紅外探測器多次偵探到了德國的飛機。

　　七、半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀；

　　相對于半導(dǎo)體設(shè)備市場，半導(dǎo)體材料市場長期處于配角的位置，但隨著芯片出貨量增長，材料市場將保持持續(xù)增長，并開始擺脫浮華的設(shè)備市場所帶來的陰影。按銷售收入計算，日本保持最大半導(dǎo)體材料市場的地位。然而臺灣、ROW、韓國也開始崛起成為重要的市場，材料市場的崛起體現(xiàn)了器件制造業(yè)在這些地區(qū)的發(fā)展。晶圓制造材料市場和封裝材料市場雙雙獲得增長，未來增長將趨于緩和，但增長勢頭仍將保持。

　　美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(SIA)預(yù)測，2008年半導(dǎo)體市場收入將接近2670億美元，連續(xù)第五年實現(xiàn)增長。無獨有偶，半導(dǎo)體材料市場也在相同時間內(nèi)連續(xù)改寫銷售收入和出貨量的記錄。晶圓制造材料和封裝材料均獲得了增長，預(yù)計今年這兩部分市場收入分別為268億美元和199億美元。

　　日本繼續(xù)保持在半導(dǎo)體材料市場中的領(lǐng)先地位，消耗量占總市場的22%。2004年臺灣地區(qū)超過了北美地區(qū)成為第二大半導(dǎo)體材料市場。北美地區(qū)落后于ROW(RestofWorld)和韓國排名第五。ROW包括新加坡、馬來西亞、泰國等東南亞國家和地區(qū)。許多新的晶圓廠在這些地區(qū)投資建設(shè)，而且每個地區(qū)都具有比北美更堅實的封裝基礎(chǔ)。

　　芯片制造材料占半導(dǎo)體材料市場的60%，其中大部分來自硅晶圓。硅晶圓和光掩膜總和占晶圓制造材料的62%。2007年所有晶圓制造材料，除了濕化學(xué)試劑、光掩模和濺射靶，都獲得了強勁增長，使晶圓制造材料市場總體增長16%。2008年晶圓制造材料市場增長相對平緩，增幅為7%。預(yù)計2009年和2010年，增幅分別為9%和6%。

　　半導(dǎo)體材料市場發(fā)生的最重大的變化之一是封裝材料市場的崛起。1998年封裝材料市場占半導(dǎo)體材料市場的33%，而2008年該份額預(yù)計可增至43%。這種變化是由于球柵陣列、芯片級封裝和倒裝芯片封裝中越來越多地使用碾壓基底和先進聚合材料。隨著產(chǎn)品便攜性和功能性對封裝提出了更高的要求，預(yù)計這些材料將在未來幾年內(nèi)獲得更為強勁的增長。此外，金價大幅上漲使引線鍵合部分在2007年獲得36%的增長。與晶圓制造材料相似，半導(dǎo)體封裝材料在未來三年增速也將放緩，2009年和2010年增幅均為5%，分別達到209億美元和220億美元。除去金價因素，且碾壓襯底不計入統(tǒng)計，實際增長率為2%至3%。

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