PN结二极管工作原理及制备工艺.ppt

PN结二极管制备工艺 在物理学中 根据材料的导电能力 可以将他们划分为导体 绝缘体和半导体 典型的半导体是硅Si和锗Ge 它们都是4价元素 硅原子 锗原子 硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子 本征半导体的共价键结构 束缚电子 在绝对温度T 0K时 所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中 不会成为自由电子 因此本征半导体的导电能力很弱 接近绝缘体 本征半导体 IntrinsicSemiconductor 完全纯净的 结构完整的半导体晶体 这一现象称为本征激发 也称热激发 当温度升高或受到光的照射时 束缚电子能量增高 有的电子可以挣脱原子核的束缚 而参与导电 成为自由电子 自由电子 空穴 自由电子产生的同时 在其原来的共价键中就出现了一个空位 称为空穴 杂质半导体 N型半导体 杂质元素 磷 砷 正离子 多数载流子 少数载流子 在本征Si和Ge中掺入微量五价元素后形成的杂质半导体 多子 自由电子 少子 空穴 P型半导体 杂质元素 硼 铟 负离子 多数载流子 少数载流子 在本征Si和Ge中掺入微量三价元素后形成的杂质半导体 多子 空穴 少子 自由电子 杂质半导体 说明 杂质半导体呈电中性 任一空间的正负电荷数相等N型半导体 电子 正离子P型半导体 空穴 负离子 多子主要由掺杂形成 少子本征激发形成 PN结 PN结的形成 载流子的扩散运动 建立内电场 内电场对载流子的作用 扩散运动和漂移运动达到动态平衡 交界面形成稳定的空间电荷区 即 结 P区 N区 一 PN结正向偏置 在外电场作用下 多子将向 结移动 结果使空间电荷区变窄 内电场被削弱 有利于多子的扩散而不利于少子的漂移 扩散运动起主要作用 结果 区的多子空穴将源源不断的流向 区 而 区的多子自由电子亦不断流向 区 这两股载流子的流动就形成了 结的正向电流 PN结外加正向电压 P区接电源的正极 N区接电源的负极 或P区的电位高于N区电位 称为正向偏置 简称正偏 PN结的单向导电性 二 PN结反向偏置 在外电场作用下 多子将背离 结移动 结果使空间电荷区变宽 内电场被增强 有利于少子的漂移而不利于多子的扩散 漂移运动起主要作用 漂移运动产生的漂移电流的方向与正向电流相反 称为反向电流 因少子浓度很低 反向电流远小于正向电流 当温度一定时 少子浓度一定 反向电流几乎不随外加电压而变化 故称为反向饱和电流 PN结外加反向电压 P区接电源的负极 N区接电源的正极 或P区的电位低于N区电位 称为反向偏置 简称反偏 PN结正偏时呈导通状态 正向电阻很小 正向电流很大 PN结反偏时呈截止状态 反向电阻很大 反向电流很小 PN结的单向导电性 在一个PN结的两端 各引一根电极引线 并用外壳封装起来就构成了半导体二极管 或称晶体二极管 简称二极管 由P区引出的电极称为阳极 正极 由N区引出的电极称为阴极 负极 半导体二极管的结构和类型 1 正向特性 2 反向特性 半导体二极管的伏安特性 工艺流程图 晶片准备 平面工艺 封装测试 0 准备 准备 1 制备单晶硅片 平整 无缺陷 涉及到知识 单晶晶生长 晶圆切 磨 抛 在形成单晶的过程中已经进行了均匀的硼掺杂 2 硅片表面的化学清洗涉及到知识 去除硅片表面杂质的方法及化学原理 有机物 吸附的金属离子和金属原子的化学清洗 p Si 晶体生长 晶圆切 磨 抛 1 氧化 问题 1 二氧化硅薄膜作用及制备的方法有哪些 涉及到知识 薄膜生长2 此处的二氧化硅薄膜的作用是 涉及到知识 薄膜生长3 为什么要双面氧化 为后续的磷扩散做准备 热生长一层氧化层做为扩散的掩蔽膜 4 氧化层的厚度需要大于设计的厚度 为什么 2 涂胶 photoresist 问题 1 涂胶 avi过程2 光刻胶分类 作用 常用的光刻胶 聚乙烯醇肉桂酸酯光刻胶3 涂胶后 曝光前 有一个对光刻胶加固的过程叫做 烘烤 黑色部分都是不透光的 中间的白色部分是做扩散的位置 Mask Mask的剖面图 Mask1 3 曝光 问题 1 光刻的作用 在氧化层上刻出扩散窗口 这个窗口最终将成为pn结二极管的位置 2 图中使用的是正胶 如果用负胶如何修改工艺 4 显影 问题 1 什么是显影工艺 用显影液除去曝光后硅片上应去掉的那部分光致蚀剂的过程2 显影后有一步烘烤的工艺叫什么 作用是 坚膜 除去光刻胶3 显影液选择的注意事项 5 腐蚀 问题 1 腐蚀分为哪两种形式 各有什么特点2 选用腐蚀液要注意什么 3 上面的图片有错误 请指出 6 去胶 1 通常用什么方法去胶 7 杂质扩散 1 硅片要经过适当的清洗后2 应该扩散什么杂质3 杂质扩散源有哪些4 以液态扩散源简要说一下扩散的化学原理5 这只是杂质的预淀积 8 驱入 硅片经过适当的清洗后 进行杂质的再分布 在未被氧化层保护的区域形成了n p结 n 中的 号表示高掺杂 9 金属化 1 金属化的目的 是将器件与外部连接起来 2 淀积金属薄膜有几种方法 溅射或者蒸发Al都可以在整个硅片表面上形成很薄金属膜 3 通常还需要在低温下 低于或等于500oC 退火来改善金属层与硅之间的欧姆接触 10 涂胶 目的 通过光刻去除扩散结区域之外的多余的金属薄膜 黑色部分都是不透光的 四周的白色部分是刻蚀金属的位置 Mask Mask的剖面图 Mask2 问题 可不可以用Mask1 11 曝光mask2板 1 如果采用负胶 如何修改掩膜板Mask2 12 显影 问题 显影液的选择 13 腐蚀 1 此次腐蚀的目的 2 腐蚀液的选择 14 去胶 完成金属化接触之后 对器件进行塑封或者密封在金属管壳内 总体流程 1 学会画流程图2 会解释每一步工艺的作用 3 每步工艺所用的化学品 及化学反应原理