N结二极管工作原理及制备工艺.ppt

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1、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。导体、绝缘体和半导体。典型的半导体是典型的半导体是硅硅Si和和锗锗Ge，它们都是它们都是4价元素价元素。硅原子硅原子锗原子锗原子硅硅和和锗锗最最外外层层轨轨道道上上的的四个电子称为四个电子称为价电子价电子。本征半导体的共价键结构本征半导体的共价键结构束缚电子束缚电子在绝对温度在绝对温度T=0K时，时，所有的价电子都被共价键所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不紧紧束缚在共价键中，不会成为会成为自由电子自由电子，因此本因此本征半导体的导电能力很弱，征半

2、导体的导电能力很弱，接近绝缘体。接近绝缘体。本征半导体（Intrinsic Semiconductor)完全纯净的、结构完整的半导体晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体。这一现象称为这一现象称为本征激发本征激发，也称也称热激发热激发。当当温温度度升升高高或或受受到到光光的的照照射射时时，束束缚缚电电子子能能量量增增高高，有有的的电电子子可可以以挣挣脱脱原原子子核核的的束束缚缚，而而参参与与导导电电，成成为为自自由由电子电子。自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴 自由电子产生的自由电子产生的同时，在其原来的共同时，在其原来的共价键中就出现了一个价键中就出现了一个空位，称

3、为空位，称为空穴空穴。杂质半导体杂质半导体N N型半导体型半导体：q杂质元素：磷，砷杂质元素：磷，砷正离子+多数载流子少数载流子在本征在本征SiSi和和GeGe中掺入微量中掺入微量五价五价元素后元素后形成的杂质半导体。形成的杂质半导体。q多子：自由电子多子：自由电子q少子：空穴少子：空穴-P P型半导体：型半导体：q杂质元素：硼，铟杂质元素：硼，铟负离子多数载流子少数载流子在本征在本征SiSi和和GeGe中掺入微量中掺入微量三价元素三价元素后后形成的杂质半导体。形成的杂质半导体。q多子：空穴多子：空穴q少子：自由电子少子：自由电子杂质半导体杂质半导体说明v杂质半导体呈杂质半导体呈电中性电中性，

4、任一空间的正负电荷数相等，任一空间的正负电荷数相等 N N型半导体：电子型半导体：电子+正离子正离子 P P型半导体：空穴型半导体：空穴+负离子负离子v多子多子主要由主要由掺杂掺杂形成形成,少子本征激发少子本征激发形成形成PN结：PN结的形成结的形成+-载流子的扩散运动载流子的扩散运动建立内电场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、一、PNPN结结正向偏置正向偏置 在外电场作用下，多子将向结移动，结在外电场作用下，多子将向结移动，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱，有利于多果使空间电荷区变窄，内电场被削弱，有利于多子的扩散而

5、不利于少子的漂移，扩散运动起主要子的扩散而不利于少子的漂移，扩散运动起主要作用。结果，区的作用。结果，区的多子空穴多子空穴将源源不断的将源源不断的流向流向区区，而区的，而区的多子自由电子多子自由电子亦不断亦不断流向区流向区，这两股载流子的流动就形成了这两股载流子的流动就形成了结的正向电流结的正向电流。PN结外加结外加正向电压正向电压（P区接电源的正极，区接电源的正极，N区区接电源的负极，或接电源的负极，或P区的电位高于区的电位高于N区电位），称区电位），称为为正向偏置正向偏置，简称，简称正偏正偏。PN结的单向导电性结的单向导电性二、二、PNPN结结反向偏置反向偏置 在外电场作用下，多子将背离结

6、移动，结果使在外电场作用下，多子将背离结移动，结果使空空间电荷区变宽间电荷区变宽，内电场被增强，内电场被增强，有利于少子的漂移有利于少子的漂移而而不利不利于多子的扩散于多子的扩散，漂移运动起主要作用。漂移运动产生的漂，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。移电流的方向与正向电流相反，称为反向电流。因少子浓因少子浓度很低，度很低，反向电流远小于正向电流反向电流远小于正向电流。v当温度一定时，少子浓度一定，反向电流几乎不随当温度一定时，少子浓度一定，反向电流几乎不随外加电压而变化，故称为外加电压而变化，故称为 反向饱和电流反向饱和电流 。PN PN结外加结外

7、加反向电压反向电压（P P区接电源的负极，区接电源的负极，N N区接区接电源的正极，或电源的正极，或P P区的电位低于区的电位低于N N区电位），称为区电位），称为反反向偏置向偏置，简称，简称反偏反偏。PN PN结结正偏时呈导通正偏时呈导通状态，正向电阻很小，状态，正向电阻很小，正向电流很大；正向电流很大；PN PN结结反偏时呈截止反偏时呈截止状态，反向电阻很大，状态，反向电阻很大，反向电流很小。反向电流很小。PNPN结的单向导电结的单向导电性性在一个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

8、电极称为阴极（负极）半导体二极管的结构和类型半导体二极管的结构和类型UFIF0URIR0反向电击穿区(1)(1)正向特性正向特性(2)(2)反向特性反向特性半导体二极管的伏安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。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、抛晶圆切、磨、抛p-SiSiO2(1)氧化氧化 问题：1、二氧化硅

9、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)涂胶涂胶photoresist问题：问题：1、涂胶涂胶.avi过程过程2、光刻胶分类，作用，常用的光刻胶？、光刻胶分类，作用，常用的光刻胶？聚乙烯醇肉桂酸酯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？、涂胶后，曝光前，有一个对光刻胶加固的过程叫做？烘烤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。MaskMask的剖面图

10、Mask 1（3）曝光）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）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）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）去胶1、通常用什么方法去胶？（7）杂质扩散）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

11、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）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。MaskMask的剖面图Mask 2问题：可不可以用Mask1？(11)曝光曝光mask2板板1、如果采用负胶，如何修改掩膜板Mask2？(12)显影显影 问题：显影液的选择(13)腐蚀腐蚀1、此次腐蚀的目的？2、腐蚀液的选择。（14）去胶）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。