- 在孤立原子中的电子分别处在具有一定能量的电子轨道上。而在晶体中,原先在不同孤立原子中但具有相同能级的许多电子形成晶体时,由于量子效应,即 Pauli 原理的限制不能有两个电子处于相同的状态,它们的能量必定彼此错开,各自处在一个能量略有差异的一组子能级上,形成能带。根据电子的能量分布,在某些能量范围内是不许有电子存在的称之为禁带,即能带之间的间隙。由价电子填充的能带,称之为价带或满带。价带以上的能带基本上是空的,其中最低的允许电子存在的能带称为导带。根据价带与导带的分布情况,可以获得金属、半导体和绝缘体。在一般情况下,半导体的导带底有少量电子,价带顶有少量空穴,半导体的导电就是依靠导带底的少量电子或价带顶的少量空穴。
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- 不同的半导体器件对半导体材料有不同的形态要求,包括单晶的切片、磨 片、抛光片、薄膜等。半导体材料的不同形态要求对应不同的加工工艺。常用的半导 体材料制备工艺有提纯、单晶的制备和薄膜外延生长。
所有的半导体材料都需要对原料进行提纯,要求的纯度在 6 个“9”以上 ,最高达 11 个“9”以上。提纯的方法分两大类,一类是不改变材料的化学组成进行提纯,称为 物理提纯; 另一类是把元素先变成化合物进行提纯, 再将提纯后的化合物还原成元素, 称为化学提纯。物理提纯的方法有真空蒸发、区域精制、拉晶提纯等,使用最多的是 区域精制。化学提纯的主要方法有电解、络合、萃取、精馏等,使用最多的是精馏。 由于每一种方法都有一定的局限性,因此常使用几种提纯方法相结合的工艺流程以获 得合格的材料。
- 绝大多数半导体器件是在单晶片或以单晶片为衬底的外延片上作出的。成批量的 半导体单晶都是用熔体生长法制成的。直拉法应用最广,80%的硅单晶、大部分锗单 晶和锑化铟单晶是用此法生产的,其中硅单晶的最大直径已达 300 毫米。在熔体中 通入磁场的直拉法称为磁控拉晶法,用此法已生产出高均匀性硅单晶。在坩埚熔体表 面加入液体覆盖剂称液封直拉法,用此法拉制砷化镓、磷化镓、磷化铟等分解压较大 的单晶。悬浮区熔法的熔体不与容器接触,用此法生长高纯硅单晶。水平区熔法用以 生产锗单晶。水平定向结晶法主要用于制备砷化镓单晶,而垂直定向结晶法用于制备 碲化镉、砷化镓。用各种方法生产的体单晶再经过晶体定向、滚磨、作参考面、切片、 磨片、倒角、抛光、腐蚀、清洗、检测、封装等全部或部分工序以提供相应的晶片。