PN結(jié)原理及制備工藝PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/261PN結(jié)原理及制備工藝PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021

在物理學(xué)中，根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。典型的半導(dǎo)體是硅Si和鍺Ge，它們都是4價元素。硅原子鍺原子硅和鍺最外層軌道上的四個電子稱為價電子。PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/262在物理學(xué)中，根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分為導(dǎo)體、【n型半導(dǎo)體】“n”表示負(fù)電的意思，在這類半導(dǎo)體中，參與導(dǎo)電的主要是帶負(fù)電的電子，這些電子來自半導(dǎo)體中的“施主”雜質(zhì)。所謂施主雜質(zhì)就是摻入雜質(zhì)能夠提供導(dǎo)電電子而改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。例如，半導(dǎo)體鍺和硅中的五價元素砷、銻、磷等原子都是施主雜質(zhì)。如果在某一半導(dǎo)體的雜質(zhì)總量中，施主雜質(zhì)的數(shù)量占多數(shù)，則這種半導(dǎo)體就是n型半導(dǎo)體。如果在硅單晶中摻入五價元素砷、磷。則在硅原子和砷、磷原子組成共價鍵之后，磷外層的五個電子中，四個電子組成共價鍵，多出的一個電子受原子核束縛很小，因此很容易成為自由電子。所以這種半導(dǎo)體中，電子載流子的數(shù)目很多，主要kao電子導(dǎo)電，叫做電子半導(dǎo)體，簡稱n型半導(dǎo)體。

【p型半導(dǎo)體】“p”表示正電的意思。在這種半導(dǎo)體中，參與導(dǎo)電的主要是帶正電的空穴，這些空穴來自于半導(dǎo)體中的“受主”雜質(zhì)。所謂受主雜質(zhì)就是摻入雜質(zhì)能夠接受半導(dǎo)體中的價電子，產(chǎn)生同數(shù)量的空穴，從而改變了半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。例如，半導(dǎo)體鍺和硅中的三價元素硼、銦、鎵等原子都是受主。如果某一半導(dǎo)體的雜質(zhì)總量中，受主雜質(zhì)的數(shù)量占多數(shù)，則這半導(dǎo)體是p型半導(dǎo)體。如果在單晶硅上摻入三價硼原子，則硼原子與硅原子組成共價鍵。由于硼原子數(shù)目比硅原子要少很多，因此整個晶體結(jié)構(gòu)基本不變，只是某些位置上的硅原子被硼原子所代替。硼是三價元素，外層只有三個價電子，所以當(dāng)它與硅原子組成共價鍵時，就自然形成了一個空穴。這樣，摻入的硼雜質(zhì)的每一個原子都可能提供一個空穴，從而使硅單晶中空穴載流子的數(shù)目大大增加。這種半導(dǎo)體內(nèi)幾乎沒有自由電子，主要kao空穴導(dǎo)電，所以叫做空穴半導(dǎo)體，簡稱p型半導(dǎo)體。

PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/263【n型半導(dǎo)體】“n”表示負(fù)電的意思，在這類半導(dǎo)體中，參與導(dǎo)電【p－n結(jié)】在一塊半導(dǎo)體中，摻入施主雜質(zhì)，使其中一部分成為n型半導(dǎo)體。其余部分摻入受主雜質(zhì)而成為p型半導(dǎo)體，當(dāng)p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體這兩個區(qū)域共處一體時，這兩個區(qū)域之間的交界層就是p-n結(jié)。p-n結(jié)很薄，結(jié)中電子和和空穴都很少，但在kao近n型一邊有帶正電荷的離子，kao近p型一邊有帶負(fù)電荷的離子。這是因為，在p型區(qū)中空穴的濃度大，在n型區(qū)中電子的濃度大，所以把它們結(jié)合在一起時，在它們交界的地方便要發(fā)生電子和空穴的擴散運動。由于p區(qū)有大量可以移動的空穴，n區(qū)幾乎沒有空穴，空穴就要由p區(qū)向n區(qū)擴散。同樣n區(qū)有大量的自由電子，p區(qū)幾乎沒有電子，所以電子就要由n區(qū)向p區(qū)擴散。隨著擴散的進(jìn)行，p區(qū)空穴減少，出現(xiàn)了一層帶負(fù)電的粒子區(qū)；n區(qū)電子減少，出現(xiàn)了一層帶正電的粒子區(qū)。結(jié)果在p－n結(jié)的邊界附近形成了一個空間電荷區(qū)，p型區(qū)一邊帶負(fù)電荷的離子，n型區(qū)一邊帶正電荷的離子，因而在結(jié)中形成了很強的局部電場，方向由n區(qū)指向p區(qū)。當(dāng)結(jié)上加正向電壓（即p區(qū)加電源正極，n區(qū)加電源負(fù)極）時，這電場減弱，n區(qū)中的電子和p區(qū)中的空穴都容易通過，因而電流較大；當(dāng)外加電壓相反時，則這電場增強，只有原n區(qū)中的少數(shù)空穴和p區(qū)中的少數(shù)電子能夠通過，因而電流很小。因此p－n結(jié)具有整流作用。當(dāng)具有p－n結(jié)的半導(dǎo)體受到光照時，其中電子和空穴的數(shù)目增多，在結(jié)的局部電場作用下，p區(qū)的電子移到n區(qū)，n區(qū)的空穴移到p區(qū)，這樣在結(jié)的兩端就有電荷積累，形成電勢差。這現(xiàn)象稱為p－n結(jié)的光生伏特效應(yīng)。由于這些特性，用p－n結(jié)可制成半導(dǎo)體二極管和光電池等器件。如果在p－n結(jié)上加以反向電壓（n區(qū)加在電源正極，p區(qū)加在電源負(fù)極），電壓在一定范圍內(nèi)，p－n結(jié)幾乎不通過電流，但當(dāng)加在p－n結(jié)上的反向電壓越過某一數(shù)值時，發(fā)生電流突然增大的現(xiàn)象。這時p-n結(jié)被擊穿。p－n結(jié)被擊穿后便失去其單向?qū)щ姷男阅?，但結(jié)并不一定損壞，此時將反向電壓降低，它的性能還可以恢復(fù)。根據(jù)其內(nèi)在的物理過程，p－n結(jié)擊穿可分為雪崩擊穿和隧道擊穿兩種。由于p－n結(jié)具有這種特性，一方面可以用它制造半導(dǎo)體二極管，使之工作在一定電壓范圍之內(nèi)作整流器等；另方面因擊穿后并不損壞而可用來制造穩(wěn)壓管或開關(guān)管等器件。PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/264【p－n結(jié)】在一塊半導(dǎo)體中，摻入施主雜質(zhì)，使其中一部分成為n

本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)束縛電子在絕對溫度T=0K時，所有的價電子都被共價鍵緊緊束縛在共價鍵中，不會成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣體。本征半導(dǎo)體（IntrinsicSemiconductor)完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/265本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)束縛電子在絕對溫度T=0K時，所有的

這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。

當(dāng)溫度升高或受到光的照射時，束縛電子能量增高，有的電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為自由電子。自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴

自由電子產(chǎn)生的同時，在其原來的共價鍵中就出現(xiàn)了一個空位，稱為空穴。PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/266這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。當(dāng)溫度升高雜質(zhì)半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體：雜質(zhì)元素：磷，砷正離子+++++++++++++++多數(shù)載流子少數(shù)載流子在本征Si和Ge中摻入微量五價元素后形成的雜質(zhì)半導(dǎo)體。多子：自由電子少子：空穴PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/267雜質(zhì)半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體：雜質(zhì)元素：磷，砷正離子++++++++---------------P型半導(dǎo)體：雜質(zhì)元素：硼，銦負(fù)離子多數(shù)載流子少數(shù)載流子在本征Si和Ge中摻入微量三價元素后形成的雜質(zhì)半導(dǎo)體。多子：空穴少子：自由電子雜質(zhì)半導(dǎo)體PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/268---------------P型半導(dǎo)體：雜質(zhì)元素：硼，銦負(fù)說明雜質(zhì)半導(dǎo)體呈電中性，任一空間的正負(fù)電荷數(shù)相等

N型半導(dǎo)體：電子+正離子

P型半導(dǎo)體：空穴+負(fù)離子多子主要由摻雜形成,少子本征激發(fā)形成PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/269說明雜質(zhì)半導(dǎo)體呈電中性，任一空間的正負(fù)電荷數(shù)相等多子主要由摻★PN結(jié)：PN結(jié)的形成+++++++++++++++---------------載流子的擴散運動建立內(nèi)電場內(nèi)電場對載流子的作用擴散運動和漂移運動達(dá)到動態(tài)平衡，交界面形成穩(wěn)定的空間電荷區(qū)，即ＰＮ結(jié)P區(qū)N區(qū)PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/2610★PN結(jié)：PN結(jié)的形成+++++++++++++++----PN結(jié)原理及制備工藝

PN結(jié)

及其形成過程在雜質(zhì)半導(dǎo)體

中，正負(fù)電荷數(shù)是相等的，它們的作用相互抵消，因此保持電中性。

1、載流子的濃度差產(chǎn)生的多子的擴散運動在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合后，在它們的交界處就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差，N型區(qū)內(nèi)的電子很多而空穴很少，P型區(qū)內(nèi)的空穴而電子很少，這樣電子和空穴很多都要從濃度高的地方向濃度低的地方擴散，因此，有些電子要從N型區(qū)向P型區(qū)擴散，也有一些空穴要從P型區(qū)向N型區(qū)擴散。

2、電子和空穴的復(fù)合形成了空間電荷區(qū)電子和空穴帶有相反的電荷，它們在擴散過程中要產(chǎn)生復(fù)合（中和），結(jié)果使P區(qū)和N區(qū)中原來的電中性被破壞。P區(qū)失去空穴留下帶負(fù)電的離子，N區(qū)失去電子留下帶正電的離子，這些離子因物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，它們不能移動，因此稱為空間電荷，它們集中在P區(qū)和N區(qū)的交界面附近，形成了一個很薄的空間電荷區(qū)，這就是所謂的PN結(jié)。

3、空間電荷區(qū)產(chǎn)生的內(nèi)電場E又阻止多子的擴散運動在空間電荷區(qū)后，由于正負(fù)電荷之間的相互作用，在空間電荷區(qū)中形成一個電場，其方向從帶正電的N區(qū)指向帶負(fù)電的P區(qū)，由于該電場是由載流子擴散后在半導(dǎo)體內(nèi)部形成的，故稱為內(nèi)電場。因為內(nèi)電場的方向與電子的擴散方向相同，與空穴的擴散方向相反，所以它是阻止載流子的擴散運動的。PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/2611PN結(jié)原理及制備工藝PN結(jié)及其形成過程PN結(jié)原理及制備首先是空穴的產(chǎn)生。當(dāng)半導(dǎo)體內(nèi)摻入硼原子后，相當(dāng)于占據(jù)了一個硅原子（鍺原子）的位置，因為硼原子最外層只有3個電子，當(dāng)這些電子與周圍硅原子（鍺原子）形成共價鍵的時候，自然就空出一個位置。因此，周圍的硅原子（鍺原子）的電子很容易就可以跑到空出的位置上，從而形成空穴。所謂空穴的移動，其實是這些電子在移動，方向相反，我覺得這一點和導(dǎo)體內(nèi)電流方向與自由電子移動相反差不多。

其次是PN結(jié)正負(fù)電荷的產(chǎn)生。先要說明擴散運動和漂移運動的區(qū)別。擴散運動指的是由于濃度的差異而引起的運動；而漂移運動則是指在電場作用下載流子的運動。當(dāng)在P型半導(dǎo)體部分區(qū)域摻入磷原子或在N型半導(dǎo)體部分區(qū)域摻入硼原子之后，由于擴散運動電子和空穴會在交界處復(fù)合，磷原子失去電子變成正電荷，硼原子得到電子變成負(fù)電荷，形成內(nèi)部電場阻止多子的擴散。

當(dāng)加上正向電壓（正偏）且大于0.5V時，在外電場的作用下，多子向PN結(jié)運動，負(fù)電荷得到空穴中和，正電荷得到電子中和，因而PN結(jié)變窄，擴散運動較之前又會變強。同時，因為電源不斷補充電子和空穴，使得多子的運動得以持續(xù)形成電流。

當(dāng)加上反向電壓（反偏）時，與內(nèi)部電場方向一致，多子向PN結(jié)反方向移動使PN結(jié)變寬，只有少子的漂移運動，因為數(shù)目很少，所以形成的反向電流近乎于0，可認(rèn)為阻斷。要注意的是，若反向電壓過大，則會導(dǎo)致?lián)舸Ｔ蚴请妶鰪娭菩缘貙㈦娮永鲎兂勺杂呻娮?；而且?dāng)反向電流很大時發(fā)熱也會很厲害，而半導(dǎo)體受溫度影響很大，當(dāng)溫度升高時導(dǎo)電性會急劇增加。PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/2612首先是空穴的產(chǎn)生。當(dāng)半導(dǎo)體內(nèi)摻入硼原子后，相當(dāng)于占據(jù)了一個硅綜上所述，PN結(jié)中存在著兩種載流子的運動。一種是多子克服電場的阻力的擴散運動；另一種是少子在內(nèi)電場的作用下產(chǎn)生的漂移運動。因此，只有當(dāng)擴散運動與漂移運動達(dá)到動態(tài)平衡時，空間電荷區(qū)的寬度和內(nèi)建電場才能相對穩(wěn)定。由于兩種運動產(chǎn)生的電流方向相反，因而在無外電場或其他因素激勵時，PN結(jié)中無宏觀電流。PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/2613綜上所述，PN結(jié)中存在著兩種載流子的運動。一種是多子克服電場一、PN結(jié)正向偏置

在外電場作用下，多子將向ＰＮ結(jié)移動，結(jié)果使空間電荷區(qū)變窄，內(nèi)電場被削弱，有利于多子的擴散而不利于少子的漂移，擴散運動起主要作用。結(jié)果，Ｐ區(qū)的多子空穴將源源不斷的流向Ｎ區(qū)，而Ｎ區(qū)的多子自由電子亦不斷流向Ｐ區(qū)，這兩股載流子的流動就形成了ＰＮ結(jié)的正向電流。PN結(jié)外加正向電壓（P區(qū)接電源的正極，N區(qū)接電源的負(fù)極，或P區(qū)的電位高于N區(qū)電位），稱為正向偏置，簡稱正偏。PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/2614一、PN結(jié)正向偏置在外電場作用下，多子將向ＰＮ結(jié)移動二、PN結(jié)反向偏置

在外電場作用下，多子將背離ＰＮ結(jié)移動，結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬，內(nèi)電場被增強，有利于少子的漂移而不利于多子的擴散，漂移運動起主要作用。漂移運動產(chǎn)生的漂移電流的方向與正向電流相反，稱為反向電流。因少子濃度很低，反向電流遠(yuǎn)小于正向電流。當(dāng)溫度一定時，少子濃度一定，反向電流幾乎不隨外加電壓而變化，故稱為反向飽和電流。PN結(jié)外加反向電壓（P區(qū)接電源的負(fù)極，N區(qū)接電源的正極，或P區(qū)的電位低于N區(qū)電位），稱為反向偏置，簡稱反偏。PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/2615二、PN結(jié)反向偏置在外電場作用下，多子將背離ＰＮ結(jié)移PN結(jié)正偏時呈導(dǎo)通狀態(tài)，正向電阻很小，正向電流很大；

PN結(jié)反偏時呈截止?fàn)顟B(tài)，反向電阻很大，反向電流很小?！?/p>

PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/2616PN結(jié)正偏時呈導(dǎo)通狀態(tài)，正向電阻很小，正向電流很大；在一個PN結(jié)的兩端，各引一根電極引線，并用外殼封裝起來就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，（或稱晶體二極管，簡稱二極管。由P區(qū)引出的電極稱為陽極（正極）由N區(qū)引出的電極稱為陰極（負(fù)極）半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/2617在一個PN結(jié)的兩端，各引一根電極引線，并用外殼封裝起來就構(gòu)成UFIF0URIR0反向電擊穿區(qū)(1)正向特性(2)反向特性PN結(jié)原理及制備工藝PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/2618UFIF0URIR0反(1)正向特性(2)反向特性PN結(jié)PN結(jié)原理及制備工藝晶片準(zhǔn)備平面工藝封裝測試PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/2619PN結(jié)原理及制備工藝晶片準(zhǔn)備平面工藝封裝測試PN結(jié)原理及制備PN結(jié)原理及制備工藝準(zhǔn)備：1、制備單晶硅片（平整、無缺陷）

涉及到知識：單晶晶生長、晶圓切、磨、拋。（在形成單晶的過程中已經(jīng)進(jìn)行了均勻的硼摻雜）

2、硅片表面的化學(xué)清洗涉及到知識：去除硅片表面雜質(zhì)的方法及化學(xué)原理（有機物、吸附的金屬離子和金屬原子的化學(xué)清洗）p-SiPN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/2620PN結(jié)原理及制備工藝準(zhǔn)備：1、制備單晶硅片（平整、無缺陷）PN結(jié)原理及制備工藝PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/2621PN結(jié)原理及制備工藝PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021p-SiSiO2(1)氧化

問題：1、二氧化硅薄膜作用及制備的方法有哪些？涉及到知識：薄膜生長

2、此處的二氧化硅薄膜的作用是？涉及到知識：薄膜生長

3、為什么要雙面氧化？為后續(xù)的磷擴散做準(zhǔn)備。熱生長一層氧化層

做為擴散的掩蔽膜。

4、氧化層的厚度需要大于設(shè)計的厚度，為什么？

PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/2622p-SiSiO2(1)氧化問題：1、二氧化硅薄膜PN結(jié)原理及制備工藝photoresist問題：

1、涂膠.avi過程

2、光刻膠分類，作用，常用的光刻膠？

聚乙烯醇肉桂酸酯光刻膠

3、涂膠后，曝光前，有一個對光刻膠加固的過程叫做？？

烘烤PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/2623PN結(jié)原理及制備工藝photoresist問題：

1、涂膠.黑色部分都是不透光的，中間的白色部分是做擴散的位置。MaskMask的剖面圖Mask1PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/2624黑色部分都是不透光的，中間的白色部分是做擴散的位置。MaskPN結(jié)原理及制備工藝問題：1、光刻的作用？在氧化層上刻出擴散窗口，這個窗口最終將成為pn結(jié)二極管的位置。2、圖中使用的是正膠，如果用負(fù)膠如何修改工藝？PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/2625PN結(jié)原理及制備工藝問題：PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2PN結(jié)原理及制備工藝問題：1、什么是顯影工藝？用顯影液除去曝光后硅片上應(yīng)去掉的那部分光致蝕劑的過程

2、顯影后有一步烘烤的工藝叫什么，作用是？堅膜，除去光刻膠

3、顯影液選擇的注意事項。PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/2626PN結(jié)原理及制備工藝問題：1、什么是顯影工藝？PN結(jié)原理及（5）腐蝕問題：

1、腐蝕分為哪兩種形式，各有什么特點

2、選用腐蝕液要注意什么？

3、上面的圖片有錯誤，請指出。

PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/2627（5）腐蝕問題：1、腐蝕分為哪兩種形式，各有什么特點

PN結(jié)原理及制備工藝1、通常用什么方法去膠？

PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/2628PN結(jié)原理及制備工藝1、通常用什么方法去膠？

PN結(jié)原理及制PN結(jié)原理及制備工藝1、硅片要經(jīng)過適當(dāng)?shù)那逑春?/p>

2、應(yīng)該擴散什么雜質(zhì)

3、雜質(zhì)擴散源有哪些

4、以液態(tài)擴散源簡要說一下擴散的化學(xué)原理

5、這只是雜質(zhì)的預(yù)淀積。

PN結(jié)原理及制備工藝ppt課件2021/3/2629PN結(jié)原理及制備工藝1、硅片要經(jīng)過適當(dāng)?shù)那逑春?/p>

2、應(yīng)該擴散PN結(jié)原理及制備工藝硅片經(jīng)過適當(dāng)?shù)那逑春螅M(jìn)行雜質(zhì)的再分布。在未被氧化層保護(hù)的區(qū)域形成了n+-p結(jié)。n+中的“+”號表示高摻雜。P