1、半导体生产与洁净度主要内容w 1、半导体的发展简介w 2、半导体的基本知识w 3、 半导体特性决定其制造过程必须有洁净度要求 w 4、 洁净区的管理 微电子的发展史 1904年英国人弗来明（ J.A.Fleming） 发明真空二极管。 1906年美国人德福雷斯特（ Lee do forest） 发明真空三极管。三极管具有检波、放大和振荡三种国能。它被称为电子设备的心脏。但电子管体积大、耗电多、散热大、易破碎、寿命短等。例如 1945年美国莫克利（ J.W. Mauchly） 和埃克特（ J.P Eokert） 研制成功的世界第一台电子计算机共使用了 18000个电子管，重 30吨，占地 170
2、m2， 耗电 150KW， 运算速度5000次 /sec， 平均无故障时间仅 7分钟，但它比手摇计算速度快 1000倍，比人工快 20万倍。1947年 12月 23日， 贝尔研究所物理学家巴丁（ J Bardeen） 和布拉顿用两根触丝放在锗半导体的表面，当触丝十分靠近时观察到了信号放大特征，但是接触晶体管利用触须接点很不稳定。 1950年贝尔研究所领导肖克利（ W.B Shockley） 与物理学家巴丁 .布拉顿成功开发第一个结型晶体管，并于 1956年获诺贝尔奖金。 1958年德州仪器（ TI） 公司、基比尔（ J.C Kilby） 和仙童公司诸伊斯（ R.N Woyce） 相继研究成功世
3、界上第一块集成电路。经过了 40年的发展，集成电路从小规模集成电路发展到了巨大规模集成电路和系统芯片。集成的元器件数也从几个发展到目前的几十亿个。晶体管和集成电路从美国发明， 开始重点都放在军用上，集成电路踏入民用领域还是从 1964年通过日本大公司，计算器等民用产品的生产。日本科技独创性不强，但它能利用美国的科研成果从产业化入手，创造出无与伦比的辉煌业绩。 90年代韩国依靠财团的雄厚资金，踩着日本人的足迹也获得了成功。在 21世纪通讯、航天、民用电器等方面更广泛应用微电子技术，微电子行业更能有突飞猛进的发展。在半导体另一个新辟领域，即利用半导体特有的性能，使光热能通过半导体硅多晶硅或硅单晶变
4、为电能。第一个太阳能电池是 1951年诞生在美国贝尔实验室， 60年代主要用于航天领域，那时太阳能电池效率只有10。 70年代中东石油危机对西方国家能源带来威胁，西方国家政府开发、生产及利用再生能源，提到议事日程。随即太阳能电池技术迅速发展。以半导体硅材料为基础的大规模工业生产的太阳能电池其理论计算转换效率达 20，在后来 20多年发展过程中，由于大规模集成电路的迅速发展，给晶体硅太阳能技术的进一步革新提供了很多优越的借鉴条件。大规模生产的太阳能电池转换效率不断提高，多晶硅太阳能转换效率达到 15以上，单晶硅可达到17以上，近年来，太阳能电池每年销售量在全球范围内以每年 25速度在递增， 19
5、97年为 100MW/年， 1998年 135/MW年，2001年为 401MW/年。 1999年美国的太阳能电池销售量为 61MW， 日本为 85MW。以上电子器件的结构原理就是从半导体特征性能 P N结为基础的。下面就最基础的半导体原理讲起，从其 P N结制造的过程，提出了 “ 洁净度 ” 的要求。 半导体基本知识 1-1半导体的晶体结构 硅是已知的 12个 带 有半导体性质中最重要的元素半导体是位于元素周期表中第三周期四族的第二个元素，硅晶体原子以共价键结合，硅的原子序数为 14是 4价元素，硅晶体中以共价键结合，具有正四面体晶体特征在常压下硅晶体为金刚石型结构如图（ 1） 图（ 1）硅
6、半导体材料晶体结构 -金刚石型 硅晶体有一些重要的晶向和晶面，常用的有（ 111）（ 110）（ 100） （111） 如图 2图 2 硅面 立晶系中的重要晶面 在自然界，除了上面所说的导体和绝缘体外，还存在着导电性能介于导体和绝缘体之间的许多物体，这就是半导体。半导体是一种晶体，它的种类很多，目前用得最广得是锗、硅、硒等。按电阻值来讲，电阻值大于 110e11为绝缘体，电阻值小于 110e4为导体，电阻值在 110e11 110e4之间的为半导体，对于具有金刚石结构的硅来讲，每个原子与相邻的四个原子成链接，如 图 3所示硅原子的最外层电子轨道具有四个价电子它可以与四个相邻分享其价电子称为共价
7、键。在室温时这些共价电子被局限在共价键上，在温度和光照作用下，共价键被破坏即能激发电子参与放电行为，在硅晶体待参杂时， 破坏了共价键的平衡，产生导电行为。在外界条件的影响下，局部晶体结构被破坏令产生缺陷。 图 3 金刚石型晶体结构的四面体结构在二维空间的链接示意图1-2 半导体的导电性能 n型和 p型半导体 如果我们在纯净的本征半导体中掺入少量杂质锑（或磷、砷之类），把么在这块半导体中就产生了许多新电子，这些新产生的电子数量远远超过原来未掺入杂质前的电子或空穴的数量，因此在全部载流子中现在占压倒多数的是电子，而空穴数目很少。在这种半导体中起支配地位的载流子是电子，导电作用主要有电子来决定，所以称电子为 “多数载流子 ”，而空穴是 “少数载流子”。这种类型的半导体叫做电子型半导体，简称 n型半导体，如图 4所示。相反，如果我们在纯净的本征半导体中掺入少量杂质铟（或铝、硼之类），那么在这块半导体终究会产生许多新的空穴，这些空穴的数量大大超过未掺杂质前原有的电子和空穴的数量，因此在全部载流子中，占压倒多数的是空穴，而电子的数量很少。所以这种半导体中对导电起支配作用的载流子是空穴。空穴是多数载流子，而电子是少数载流子。这种类型的半导体叫做空穴型半导体，简称 P型半导体，如图 5所示。
