半导体基础知识与晶体管工艺原理
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………………………………………………. .4 1-1-3 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
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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 2-2-6 CVD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
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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。
物质的导电能力一般用电阻率ρ来表示。电阻率是指长1cm ，截面积为1平方厘米的物质的电阻值，单位是欧姆·厘米（符号是Ω-cm）。
电阻率越小，说明物质的导电性能越好；反之，电阻率越大，说明物质的导电性能越差。 物质种类 电阻率 （Ω-cm） 导体 ≤10-4 半导体 10-3~108 绝缘体 ≥109 1-1-2 半导体的基本特性
1 热敏特性——随着温度的升高，半导体的电阻率减小，导电能力明显
的增强。
2 光敏特性——受到光线照射后，半导体的电阻率减小，导电能力大大
增强。
3 杂质导电特性——在纯净的半导体中，加入微量的某些其它元素（通常，称之为“掺杂”），可以使它的导电能力成百万倍的提高。这是半导体的一个最突出的也是最重要的特性。人们正是利用半导体的这些特性，制成了二极管、晶体管、热敏器件、光敏器件等。也正是由于半导体的这种特性，在制造半导体器件的过程中，对工作环境的要求特别严格，以防有害杂质进入半导体而破坏器件的参数。
必须指出，以上特性只有纯净的半导体才具备。所谓纯净的半导体是指纯度在9个“9”以上，即99.9999999%以上。
1-1-3 半导体的分类
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1 按化学成分——元素半导体和化合物半导体 2 按是否含有杂质——本征半导体和杂质半导体 3 按导电类型——N型半导体和P型半导体 4 按原子排列的情况——单晶和多晶 1-1-4 N型半导体和P型半导体
1“载流子”——半导体中的导电粒子（运载电流的粒子）：电子和空穴。 2“杂质”的概念——三、五族元素杂质（元素周期表中，三族：硼、铝、镓；五族：磷、砷、锑）——受主杂质和施主杂质。 3 施主杂质和受主杂质
有一类杂质（比如五族元素磷），它在掺入半导体中后，会产生许多带负电的电子，这种杂质叫“施主杂质”。（施放电子）
又有一类杂质（比如三族元素硼），它在掺入半导体中后，会产生许多带正电的空穴，这种杂质叫“受主杂质”。（接受电子） 4 N型半导体和P型半导体
掺有施主杂质的半导体，其导电作用主要依靠由施主杂质产生的导
电电子，我们称这种半导体为“N型半导体”（也叫“电子型半导体”）。
掺有受主杂质的半导体，其导电作用主要依靠由受主杂质产生的导
电空穴，我们称这种半导体为“P型半导体” （也叫“空穴型半导体”）。 5 多子与少子
1）在本征半导体中，载流子靠本征激发产生，而且电子数=空穴数=本征
载流子浓度。即，no=po=ni
2）在杂质半导体中，载流子主要靠杂质电离而产生，此时，杂质电离产生
的载流子浓度远大于本征激发产生的载流子浓度。因此，在杂质半导体中，电子数≠空穴数。其中，
在N型半导体中：电子是多子，空穴是少子 。而在P型半导体中：空穴是多子，电子是少子。
3）N型半导体和P型半导体的示意图（图1）
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