半导体光电子器件制作
《半导体光电子器件制作技术》
课程编号：******
课程名称：半导体光电子器件制作技术
学分：1.5 学时:24 (其中实验学时：0)
先修课程：半导体物理
一、目的与任务
本课程是一门专业教育选修课，适合于光信息科学技术、电子科学与技术、测控技术与仪器等专业。本课程的目的是为光电信息工程，电子科学与技术，测控技术与仪器等专业的学生进入半导体制造和研究领域打下坚实的理论和实践基础。
本课程的任务是通过半导体光电子芯片、器件及系统制造的工艺方法、工艺原理以及半导体制造新技术及发展趋势的学习，使学生掌握半导体光电子器件与系统的通用制备方法和过程以及相关基础理论知识。
二、教学内容及学时分配
第一章绪论(2学时)
1.光电子材料
2.光电子器件
3.工艺技术概述
第二章晶体材料生长(3学时)
1.单晶硅的生长及氧化技术
2.砷化镓晶体的生长技术
3.氮化稼基晶体的生长技术
第三章薄膜沉积技术(8学时)
1.薄膜技术概述
2.蒸发技术
3.溅射技术
4.外延生长技术
5.CVD技术
6.典型介质及金属制备技术
第四章光刻和刻蚀(2学时)
1.光刻工艺原理
2.光学光刻工艺介绍
3.新一代光刻方法
4.湿法刻蚀
5.干法刻蚀
第五章掺杂技术(2学时)
1.扩散工艺原理
2.基本扩散工艺
3.离子注入原理
4.注入相关工艺
第六章典型光电子器件制作工艺(7学时)
1.CMOS工艺流程及制作步骤(2学时)
2.光电探测器的结构和制作(1学时)
3.发光二极管的结构和制作(1学时)
4.太阳能电池的结构与制作(1学时)
5.电致发光显示的结构和制作(2学时)
三、考核与成绩评定
考核：统一命题，开卷
成绩评定：考试占80%，平时作业及日常考核等占20%，按百分制给出最终成绩。
四、大纲说明
1. 本大纲是根据我校电子科学与技术（光电子）、光电信息科学与工程、光电信息工程专业培养计划及其知识结构要求，并适当考虑专业特色而制定的。
2. 在保证基本教学要求的前提下，教师可以根据实际情况，对内容进行适当的调整和删节。
3. 本大纲适合光电类相关专业。
五、教材、参考书：
教材：
[1](美)施敏, 梅凯瑞著，《半导体制造工艺基础》，合肥，安徽大学出版社，2007 参考书：
[1](美)Michael Quirk, Julian Serda著，《半导体制造技术》，北京，电子工业出版社2004
[2]夏海良等编，《半导体器件制造工艺》，上海，上海科学技术出版社1986
编写教师：喻志农
责任教授签字：
教学院长签字：
《Fabrication Technology of Optoelectronic Semiconductor Devices》Course Code:
Course Name:Fabrication Technology of Optoelectronic Semiconductor Devices Class Hour: 24
Credit: 1.5
Course Description
The objective of this course is to familiarize students with the fabrication technology of optoelectronic semiconductor devices. The course consists of crystal growth, thin film fabrication, lithography and etching, doping technique, fabrication of typical optoelectronic semiconductor devices, and so on. This course will help the students understand the general fabrication methods of optoelectronic semiconductor devices and systems, and the relevant basic theories in details. Through this course, students will be able to know the techniques of relative optoelectronic semiconductor components.
吉大《半导体光电子学》期末复习纲要
第一章： 基本概念与名词解释 1、光子学说的几个基本概念：相格、光子简并度等； 2、微观粒子的四个统计分布规律：麦克斯韦速率分布率、波耳兹曼分布率、费米分布率、玻色分布率； 3、原子、分子的微观结构，固体的能带； 4、热辐射和黑体辐射的几个概念：热辐射、朗伯体、视见函数、普朗克公式； 5、简述辐射跃迁的三种过程：自发辐射、受激吸收、受激辐射； 6、谱线加宽的类型及定义：均匀加宽、非均匀加宽、碰撞加宽；
第二章： 基本概念与名词解释 １、一般概念：激发态能级寿命、亚稳态能级、粒子数反转、 负温度、激活介质、增益饱和； ２、三能级系统、四能级系统的粒子数反转的形成过程； ３、关于介质中的烧孔效应、气体激光器中的烧孔效应的论述。理论推导与证明 1、粒子数密度的差值（式2-1-17，2-1-22）； 2、均匀加宽与非均匀加宽的小信号增益系数（式2-2-14，2-2-15）； 3、均匀加宽与非均匀加宽情况下的大信号反转粒子数密度、烧孔面积（式2-3-3，2-3-7）； 4、均匀加宽与非均匀加宽情况下的大信号增益系数（式2-3-10，2-3-17）；
第三章： 基本概念与名词解释 １、激光的几个特性：包括时间相干性、空间相干性、相干时间、相干长度、相干面积、相干体积、光子简并度； ２、有关谐振腔的基本概念：谐振腔、稳定腔、不稳定腔、介稳腔； ３、激光振荡的几个现象和过程：纵模、横模、模的竞争、空间 烧孔、兰姆凹陷、频率牵引、高斯光束、激光器最佳透过率。 理论推导与证明 1、普通光源相干时间与相干面积（式3-1-5，3-1-12）； 2、激光产生的阈值条件（式3-3-11）； 3、粒子数密度的差值的阈值（式3-3-18）； 4、均匀加宽情况单模激光器的输出功率与最佳透过率（式3-6-9） 5、非均匀加宽情况单模激光器的输出功率（式3-6-18）。
半导体工艺及芯片制造技术问题答案(全)
常用术语翻译 active region 有源区 2.active ponent有源器件 3.Anneal退火 4.atmospheric pressure CVD (APCVD) 常压化学气相淀积 5.BEOL（生产线）后端工序 6.BiCMOS双极CMOS 7.bonding wire 焊线，引线 8.BPSG 硼磷硅玻璃 9.channel length沟道长度 10.chemical vapor deposition (CVD) 化学气相淀积 11.chemical mechanical planarization (CMP)化学机械平坦化 12.damascene 大马士革工艺 13.deposition淀积 14.diffusion 扩散 15.dopant concentration掺杂浓度 16.dry oxidation 干法氧化 17.epitaxial layer 外延层 18.etch rate 刻蚀速率 19.fabrication制造 20.gate oxide 栅氧化硅 21.IC reliability 集成电路可靠性 22.interlayer dielectric 层间介质（ILD） 23.ion implanter 离子注入机 24.magnetron sputtering 磁控溅射 25.metalorganic CVD(MOCVD)金属有机化学气相淀积 26.pc board 印刷电路板 27.plasma enhanced CVD(PECVD) 等离子体增强CVD 28.polish 抛光 29.RF sputtering 射频溅射 30.silicon on insulator绝缘体上硅（SOI）
半导体器件参数(精)
《党政领导干部选拔任用工作条例》知识测试题（二） 姓名：单位： 职务：得分： 一、填空题（每题1分，共20分）： 1、《党政领导干部选拔任用工作条例》于年月发布。 2、《党政领导干部选拔任用工作条例》是我们党规范选拔任用干部工作的一个重要法规，内容极为丰富，共有章条。 3、干部的四化是指革命化、知识化、年轻化、专业化。 4、，按照干部管理权限履行选拔任用党政领导干部的职责，负责《条例》的组织实施。 5、党政领导班子成员一般应当从后备干部中选拔。 6、民主推荐部门领导，本部门人数较少的，可以由全体人员参加。 7、党政机关部分专业性较强的领导职务实行聘任制△I称微分电阻 RBB---8、政协领导成员候选人的推荐和协商提名，按照RE---政协章程和有关规定办理。 Rs(rs----串联电阻 Rth----热阻 结到环境的热阻
动态电阻 本机关单位或本系统 r δ---衰减电阻 r(th--- Ta---环境温度 Tc---壳温 td---延迟时间 、对决定任用的干部，由党委（党组）指定专人同本人 tg---电路换向关断时间 12 Tj---和不同领导职务的职责要求，全面考察其德能勤绩廉toff---。 tr---上升时间13、民主推荐包括反向恢复时间 ts---存储时间和温度补偿二极管的贮成温度 p---发光峰值波长 △λ η---
15、考察中了解到的考察对象的表现情况，一般由考察组向VB---反向峰值击穿电压 Vc---整流输入电压 VB2B1---基极间电压 VBE10---发射极与第一基极反向电压 VEB---饱和压降 VFM---最大正向压降（正向峰值电压） 、正向压降（正向直流电压） △政府、断态重复峰值电压 VGT---门极触发电压 VGD---17、人民代表大会的临时党组织、人大常委会党组和人大常委会组成人员及人大代表中的党员，应当认真贯彻党委推荐意见 VGRM---门极反向峰值电压，带头（AV 履行职责交流输入电压 最大输出平均电压
半导体光电子学-考点
半导体光电子学 一、1.声子：晶格振动的能量量子，假想粒子，与晶格振动相联系，不能独立存在。 光子：传递电磁相互作用的规范粒子，无静止质量，具有能量和动量，能够独立存在。 2.量子阱：两种禁带宽度不同的但晶格匹配的单晶半导体薄膜以极薄的厚度交替生长，使得宽带隙材料中的电子和空穴进入两边窄带隙半导体材料的能带中，好像落入陷阱，这种限制电子和空穴的特殊能带结构被形象地称为量子阱。 超晶格：当量子阱结构中单晶薄层的厚度可与德布罗意波长或波尔半径相比拟时，由于量子尺寸效应，量子阱之间会发生很强耦合效应。 3.光子晶体：是指具有光子带隙特性的周期性电介质结构的人造晶体。 纳米线：一种具有在横向上被限制在100纳米以下，纵向无限制的一维结构材料。 4.施主杂质：半导体中掺杂的杂质能够提供电子载流子的特性。 受主杂质：半导体中掺杂的杂质能提供空穴载流子的特性。 杂质能级：半导体中掺入微量杂质时，杂质原子附近的周期势场受到干扰并形成附加的束缚状态，在禁带中产生附加的杂质能级。 5.激子复合：所谓激子是指处于束缚态的电子和空穴，激子复合的能量将以光的形式 释放。 俄歇复合：电子和空穴复合后将能量传递给另一个电子或空穴的现象。有 CHCC（复合后的能量给导带的电子并使其激发到导带更高能态）和 CHHS（复合后的能量给价带的空穴并使其激发到自旋-轨道裂带上）过 程。 二、采用能带图和文字描述导体，半导体和绝缘体的异同。 导体：价带全满，导带部分填充 半导体：价带全满，导带全空，但是禁带宽度较窄，电子易于激发到导带中去。 绝缘体：价带全满，导带全空，禁带宽度较大 三、光波导结构的实例，并进一步说明光波导在光电器件中的工作原理。 光波导主要有平面波导和条形波导，而条形波导又有增益波导，折射率波导，分布反馈波导实例： 如折射率波导：有源区和两侧限制区的折射率不同，有源区两侧解理面构成反射镜，在有源区电子受激发射出的光子由于有源区和限制区折射率的不同构成全反射，将光场限制在有源区内，光子只能在两侧解理面来回反射，激发出更多的光子，并在输出方向上传播。 四、双异质结未加偏压和加偏压的能带图 双异质结在激光器中的作用： (1)pn结处于正向电压时，异质结势垒降低，n区电子能够越过势垒和隧穿势垒而注入窄
半导体器件设备制作工艺的制作流程
本技术属于建筑材料领域，尤其是一种半导体器件制备工艺，针对现有只是将晶粒利用包装盒进行包装，这样的包装方式容易导致晶粒损坏的问题，现提出如下方案，其包括S1：首先将成卷的碳纤维复合膜放置在支撑架上，然后进行开卷，S2：将碳纤维复合膜放置在工作台上，支撑台上设有导向机构，以此可以防止碳纤维复合膜出现走偏的问题，S3：在支撑台的一侧卡装有夹紧机构，将碳纤维复合膜的一侧放置在夹紧机构上，并由夹紧机构对碳纤维复合膜进行夹紧。本技术通过将圆晶棒经过切割、打磨、过筛、抽真空以及密封包装，以此可以实现对圆晶粒进行真空包装的目的，可有效避免圆晶粒上附着水汽，所以便不会造成圆晶粒损坏。 权利要求书 1.一种半导体器件制备工艺，其特征在于，包括以下步骤： S1：首先将圆晶棒放入干燥剂中，将晶粒上所含有的水汽进行吸附； S2：将干燥完后的圆晶棒放入振荡筛中，以此可以将圆晶棒与干燥剂进行分离； S3：将放置于在Fab中，利用Fab可对晶圆棒完成切割； S4：在对圆晶棒进行切割后，将圆晶粒放入打磨箱内，并利用搅拌器对圆晶粒进行搅拌，以此可以实现对圆晶粒的外表面进行打磨； S5：在打磨之后，利用筛网对圆晶粒进行过筛，以此可以得到大小均匀的圆晶粒； S6：将圆晶粒放入漏斗内，并且漏斗上设有关门装置，使得圆晶粒通过漏斗投放寨包装袋内； S7：利用抽风机将包装袋内进行抽真空处理，之后利用热封机对包装袋进行封口处理；
S8：将软质填充入放入包装箱内，之后将经过真空处理后的圆晶粒放入包装箱内； S9：将干燥剂放入包装箱，之后将包装箱封装一层保护膜，在利用热风枪对保护膜，使得保护膜受热处于紧绷状态。 2.根据权利要求1所述的一种半导体器件制备工艺，其特征在于，所述S1中，干燥剂的成分是无水氯化钙，且无水氯化钙与圆晶棒的比例为 3.5:100。 3.根据权利要求1所述的一种半导体器件制备工艺，其特征在于，所述S2中，振荡筛的工作频率为10Hz，且振荡筛的孔径为5目。 4.根据权利要求1所述的一种半导体器件制备工艺，其特征在于，所述S3中，Fab设定尺寸为3微米，切割频率为1Hz。 5.根据权利要求1所述的一种半导体器件制备工艺，其特征在于，所述S4中，打磨箱内设有打磨球，利用打磨球对圆晶粒进行打磨，且搅拌器的转速为20r/min。 6.根据权利要求1所述的一种半导体器件制备工艺，其特征在于，所述S5中，筛网的孔径为15目，并且筛网由振动电机进行驱动。 7.根据权利要求1所述的一种半导体器件制备工艺，其特征在于，所述S6中，漏斗上设有推杆马达，且推杆马达与关门装置进行连接，以此利用推杆马达带动关门装置对漏斗进行开启或者关闭，漏斗上设有颗粒计数器，且颗粒计数器与推杆马达电性连接，利用颗粒技术器可以对圆晶粒进行计数，且数量在49-51之间，以此可以保证包装袋内的圆晶粒的数量基本一致。 8.根据权利要求1所述的一种半导体器件制备工艺，其特征在于，所述S7中，热封机的温度设置为180摄氏度，热风机的工作时长为30s。 9.根据权利要求1所述的一种半导体器件制备工艺，其特征在于，所述S8中，软质填充物为
半导体器件知识点归纳一
一、半导体器件基本方程 1、半导体器件基本方程 泊松方程、电流密度方程、电子和空穴连续性方程的一维微分形式及其物理意义 2、基本方程的主要简化形式 泊松方程分别在N耗尽区和P耗尽区的简化形式 电流密度方程分别在忽略扩散电流和漂移电流时的简化形式 P型中性区电子净复合率、N型中性区空穴净复合率 P区电子和N区空穴的扩散方程及其定态形式 电子电流和空穴电流的电荷控制方程及其定态形式 注：第一章是整个课程的基础，直接考察的概率很小，一般都结合后面章节进行填空或者计算的考察，理解的基础上牢记各公式形式及其物理意义。 二、PN结 1、突变结与缓变结 理想突变结、理想线性缓变结、单边突变结的定义 2、PN结空间电荷区 理解空间电荷区的形成过程 注：自己用概括性的语句总结出来，可能考简述题。 3、耗尽近似与中性近似 耗尽近似、耗尽区、中性近似、中性区的概念 4、内建电场、耗尽区宽度、内建电势 内建电场、内建电势、约化浓度的概念 内建电场、耗尽区宽度、内建电势的推导 电场分布图的画法 内建电势的影响因素 Si和Ge内建电势的典型值 注：填空题可能考察一些物理概念的典型值，这部分内容主要掌握突变结的，可能考计算题，不会完全跟书上一样，会有变形，比如考察PIN结的相关计算；对于线性缓变结，只需记住结论公式即可。 5、外加电压下PN结中的载流子运动 正向电压下空穴扩散电流、电子扩散电流、势垒区复合电流的形成过程 反向电压下空穴扩散电流、电子扩散电流、势垒区产生电流的形成过程 正向电流很大反向电流很小的原因 6、PN结能带图 PN结分别在正向电压和反向电压下的能带图 注：所有作图题应力求完整，注意细节，标出所有图示需要的标识 7、PN结的少子分布 结定律：小注入下势垒区边界上的少子浓度表达式 少子浓度的边界条件 中性区内非平衡少子浓度分布公式 外加正反向电压时中性区中少子浓度分布图 注：书上给出了N区的推导，尽量自己推导一下P区的情况，加深理解 8、PN结的直流伏安特性
Ch8半导体光电子器件
8. Semiconductor lasers 8Semiconductor lasers yp A typical semiconductor laser is formed from a semiconductor diode and a pair of plane-parallel mirrors. In operation, the diode is forward biased In operation the diode is forward biased The populations are so large that f e+ f h> 1 for some photon energy (above the bandgap energy), thereby giving gain in the semiconductor material. If the gain per pass exceeds the mirror transmission loss and any other losses experienced by the beam (e.g, diffraction, absorption loss in nominally transparent parts of the structure, loss from scattering off material, or structure imperfections) the structure will lase.
Semiconductor laser structures There are two basic configurations edge-emitting edge emitting surface emitting.
集成电路制造工艺原理
集成电路制造工艺原理 课程总体介绍： 1．课程性质及开课时间：本课程为电子科学与技术专业（微电子技术方向和光电子技术方向）的专业选修课。本课程是半导体集成电路、晶体管原理与设计和光集成电路等课程的前修课程。本课程开课时间暂定在第五学期。 2．参考教材：《半导体器件工艺原理》国防工业出版社 华中工学院、西北电讯工程学院合编《半导体器件工艺原理》（上、下册） 国防工业出版社成都电讯工程学院编著 《半导体器件工艺原理》上海科技出版社 《半导体器件制造工艺》上海科技出版社 《集成电路制造技术-原理与实践》 电子工业出版社 《超大规模集成电路技术基础》电子工业出版社 《超大规模集成电路工艺原理-硅和砷化镓》 电子工业出版社 3．目前实际教学学时数：课内课时54学时 4．教学内容简介：本课程主要介绍了以硅外延平面工艺为基础的，与微电子技术相关的器件（硅器件）、集成电路（硅集成电路）的制造工艺原理和技术；介绍了与光电子技术相关的器件（发光器件和激光器件）、集成电路（光集成电路）的制造工艺原理，主要介绍了最典型的化合物半导体砷化镓材料以及与光器件和光集成电路制造相关的工艺原理和技术。 5．教学课时安排：(按54学时) 课程介绍及绪论2学时第一章衬底材料及衬底制备6学时 第二章外延工艺8学时第三章氧化工艺7学时第四章掺杂工艺12学时第五章光刻工艺3学时第六章制版工艺3学时第七章隔离工艺3学时 第八章表面钝化工艺5学时 第九章表面内电极与互连3学时 第十章器件组装2学
课程教案: 课程介绍及序论（2学时） 内容： 课程介绍： 1 教学内容 1.1与微电子技术相关的器件、集成电路的制造工艺原理 1.2 与光电子技术相关的器件、集成电路的制造 1.3 参考教材 2教学课时安排 3学习要求 序论： 课程内容： 1半导体技术概况 1.1 半导体器件制造技术 1.1.1 半导体器件制造的工艺设计 1.1.2 工艺制造 1.1.3 工艺分析 1.1.4 质量控制 1.2 半导体器件制造的关键问题 1.2.1 工艺改革和新工艺的应用 1.2.2 环境条件改革和工艺条件优化 1.2.3 注重情报和产品结构的及时调整 1.2.4 工业化生产 2典型硅外延平面器件管芯制造工艺流程及讨论 2.1 常规npn外延平面管管芯制造工艺流程 2.2 典型pn隔离集成电路管芯制造工艺流程 2.3 两工艺流程的讨论 2.3.1 有关说明 2.3.2 两工艺流程的区别及原因 课程重点：介绍了与电子科学与技术中的两个专业方向（微电子技术方向和光电子技术方向）相关的制造业，指明该制造业是社会的基础工业、是现代化的基础工业，是国家远景规划中置于首位发展的工业。介绍了与微电子技术方向相关的分离器件（硅器件）、集成电路（硅集成电路）的制造工艺原理的内容，指明微电子技术从某种意义上是指大规模集成电路和超大规模集成电路的制造技术。由于集成电路的制造技术是由分离器件的制造技术发展起来的，则从制造工艺上看，两种工艺流程中绝大多数制造工艺是相通的，但集成电路制造技术中包含了分离器件制造所没有的特殊工艺。介绍了与光电子技术方向相关的分离器件、集成电路的制造工艺原理的内容。指明这些器件（发光器件和激光器件）和集成电路（光集成电路）多是由化合物半导体为基础材料的，最常用和最典型的是砷化镓材料，本课程简单介绍了砷化镓材料及其制造器件时相关的工艺技术与原理。在课程介绍中，指出了集成电路制造工艺原理的内容是随着半导体器件制造工艺技术发展而发展的、是随着电子行业对半导体器件性能不断提高的要求（小型化、微型化、集成化、以及高频特性、功率特性、放大特性的提高）而不断充实的。综观其发展历程，由四十年代末的合金工艺原理到五十年代初的合金
光电子材料和器件复习资料
试卷题型分布100分选择题、填空题、名词解释、问答题、论述题 选择题内容不仅仅在这里面，包括书里、课堂讲授 第一章 一、单项选择题 可见光的波长范围为[C ] A 200—300nm B 300—380nm C 380—780nm D 780—1500nm 二、填空 1．异质p-n结指p端与n端为不同材料形成的p-n结 2．P型半导体是向本征半导体中参入低价元素形成的。P型半导体中的导电粒子为空穴。 3. 红外线，它是一种人眼看不见的光线，但实际上它与其他任何光线一样，也是一种客观存在的物质。任何物质，只要它的温度高于__ O K __，就会有红外线向周围空间辐射。三、名词解释： 非本征半导体，pn结，直接带隙，间接带隙，光致发光，电致发光，内量子效率，外量子效率，发光效率，垂直腔面发射激光器， l·pn结的空间电荷区具有什么样的特点?它是如何形成的? 2·简述直接带隙半导体及间接带隙半导体材料的发光过程。两者有何不同? 3.发光二极管的发光原理是什么? 4·理解半导体材料中实现光放大的粒子数反转条件。 5·半导体激光器产生激光需要满足哪些条件? 6·双异质结半导体激光器为什么可以显著降低阈值电流? 7、垂直腔面发射激光器优点 8、什么是半导体材料的本征吸收？ 9、双异质结半导体激光器为什么可以显著降低阈值电流？ 第二章 常用的激光晶体、激光玻璃、激光陶瓷有哪些？P28-32 常用的固体激光器的基质材料有哪些？ 光泵固体激光器的三个基本组成部分P41 固体激光器的主要优点 谐振腔腔长公式P47 阈值增益系数公式P58 常见的固体激光器P62 激活离子P27，基质材料P28 光学谐振腔的基本结构及其作用。P44 第六章 光子效应、光热效应、光电导效应、光生伏特效应光电发射效应 光热效应有哪些？光子效应有哪些？常见的光电二极管。硅太阳能电池类型 光热效应的特点有哪些？ 光电二极管的原理及其主要的物理过程。 光电池从材料和结构上分为4类，各有什么特点？
半导体光电效应及其应用
半导体光电效应及其应用 量子力学无疑是20世纪最伟大的科学成就之一，它的诞生是人类对自然界，尤其对微观世界的认识有了质的飞跃，对许多造福人类的高新技术的发展起了奠基、催生和巨大的推动作用。 自20世纪中期开始，电子工业取得了长足的进步，目前已成为世界上最大的产业，而其基础为半导体材料。为了适应电子工业的巨大需求，从第一代半导体材料：硅、锗（1822年，瑞典化学家白则里用金属钾还原氟化硅得到了单质硅。）发展到第二代半导体材料：Ⅲ——Ⅴ族化合物，再到现在的第三代半导体材料：宽带隙半导体。半导体领域取得了突飞猛进的发展。 一、光电效应 光照射到某些物质上，引起物质的电性 质发生变化，也就是光能量转换成电能。这 类光致电变的现象被人们统称为光电效应 （Photoelectric effect）。这一现象是 1887年赫兹在实验研究麦克斯韦电磁理论 时偶然发现的。1905年，爱因斯坦在《关于光的产生和转化的一个启发性观点》一文中，用光量子理论对光电效应进行了全面的解释。1916年，美国科学家密立根通过精密的定量实验证明了爱因斯坦的理论解释，从而也证明了光量子理论。 光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。前一种现象发生在物体表面，物体在光的照射下光电子飞到物体外部的现象，又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部，物体受光照射后，其内部的原子释放出电子并不溢出物体表面，而是仍留在内部，称为内光电效应。内、外光电效应在光电器件和光电子技术中具有重要的作用，根据这些效应可制成不同的光电转换器件（光敏器件）。 通过大量的实验总结出光电效应具有如下实验规律： 1、每一种金属在产生光电效应是都存在一极限频率（或称截止频率），即照射光的频率不能低于某一临界值。相应的波长被称做极限波长
半导体基础知识和半导体器件工艺
半导体基础知识和半导 体器件工艺 Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
半导体基础知识和半导体器件工艺 第一章半导体基础知识 通常物质根据其导电性能不同可分成三类。第一类爲导体，它可以很好的传导电流，如：金属类，铜、银、铝、金等；电解液类：NaCl水溶液，血液，普通水等以及其他一些物体。第二类爲绝缘体，电流不能通过，如橡胶、玻璃、陶瓷、木板等。第三类爲半导体，其导电能力介於导体和绝缘体之间，如四族元素Ge锗、Si矽等，三、五族元素的化合物GaAs砷化镓等，二、六族元素的化合物氧化物、硫化物等。 物体的导电能力可以用电阻率来表示。电阻率定义爲长1厘米、截面积爲1平方厘米的物质的电阻值，单位爲欧姆*厘米。电阻率越小说明该物质的导电性能越好。通常导体的电阻率在10-4欧姆*厘米以下，绝缘体的电阻率在109欧姆*厘米以上。 半导体的性质既不象一般的导体，也不同于普通的绝缘体，同时也不仅仅由於它的导电能力介於导体和绝缘体之间，而是由於半导体具有以下的特殊性质： (1) 温度的变化能显着的改变半导体的导电能力。当温度升高时，电阻率会降低。比如Si在200℃时电阻率比室温时的电阻率低几千倍。可以利用半导体的这个特性制成自动控制用的热敏元件（如热敏电阻等），但是由於半导体的这一特性，容易引起热不稳定性，在制作半导体器件时需要考虑器件自身産生的
热量，需要考虑器件使用环境的温度等，考虑如何散热，否则将导致器件失效、报废。 (2) 半导体在受到外界光照的作用是导电能力大大提高。如硫化镉受到光照後导电能力可提高几十到几百倍，利用这一特点，可制成光敏三极管、光敏电阻等。 (3) 在纯净的半导体中加入微量（千万分之一）的其他元素（这个过程我们称爲掺杂），可使他的导电能力提高百万倍。这是半导体的最初的特徵。例如在原子密度爲5*1022/cm3的矽中掺进大约5X1015/cm3磷原子，比例爲10-7（即千万分之一），矽的导电能力提高了几十万倍。 物质是由原子构成的，而原子是由原子核和围绕它运动的电子组成的。电子很轻、很小，带负电，在一定的轨道上运转；原子核带正电，电荷量与电子的总电荷量相同，两者相互吸引。当原子的外层电子缺少後，整个原子呈现正电，缺少电子的地方産生一个空位，带正电，成爲电洞。物体导电通常是由电子和电洞导电。 前面提到掺杂其他元素能改变半导体的导电能力，而参与导电的又分爲电子和电洞，这样掺杂的元素（即杂质）可分爲两种：施主杂质与受主杂质。 将施主杂质加到矽半导体中後，他与邻近的4个矽原子作用，産生许多自由电子参与导电，而杂质本身失去电子形成正离子，但不是电洞，不能接受电子。这时的半导体叫N型半导体。施主杂质主要爲五族元素：锑、磷、砷等。 将施主杂质加到半导体中後，他与邻近的4个矽原子作用，産生许多电洞参与导电，这时的半导体叫p型半导体。受主杂质主要爲三族元素：铝、镓、铟、硼等。
半导体制造工艺期末考试重点复习资料
1、三种重要的微波器件：转移型电子晶体管、碰撞电离雪崩渡越时间二极管、MESFET。 2、晶锭获得均匀的掺杂分布：较高拉晶速率和较低旋转速率、不断向熔融液中加高纯 度多晶硅，维持熔融液初始掺杂浓度不变。 3、砷化镓单晶：p型半导体掺杂材料镉和锌，n型是硒、硅和锑 硅：p型掺杂材料是硼，n型是磷。 4、切割决定晶片参数：晶面结晶方向、晶片厚度（晶片直径决定）、晶面倾斜度（从 晶片一端到另一端厚度差异）、晶片弯曲度（晶片中心到晶片边缘的弯曲程度）。5、晶体缺陷：点缺陷（替位杂质、填隙杂质、空位、Frenkel，研究杂质扩散和氧化 工艺）、线缺陷或位错（刃型位错和螺位错，金属易在线缺陷处析出）、面缺陷（孪晶、晶粒间界和堆垛层错，晶格大面积不连续，出现在晶体生长时）、体缺陷（杂质和掺杂原子淀积形成，由于晶体固有杂质溶解度造成）。 6、最大面为主磨面，与<110>晶向垂直，其次为次磨面，指示晶向和导电类型。 7、半导体氧化方法：热氧化法、电化学阳极氧化法、等离子化学汽相淀积法。 8、晶体区别于非晶体结构：晶体结构是周期性结构，在许多分子间延展，非晶体结构 完全不是周期性结构。 9、平衡浓度与在氧化物表面附近的氧化剂分压值成正比。在1000℃和1个大气压下， 干氧的浓度C0是5.2x10^16分子数/cm^3，湿氧的C0是3x10^19分子数/cm^3。
10、当表面反应时限制生长速率的主要因素时，氧化层厚度随时间呈线性变化 X=B(t+)/A线性区（干氧氧化与湿氧氧化激活能为2eV,）；氧化层变厚时，氧化剂必须通过氧化层扩散，在二氧化硅界面与硅发生反应，并受扩散过程影响，氧化层厚度与氧化时间的平方根成正比，生长速率为抛物线X^2=B(t+)抛物线区（干氧氧化激活能是1.24Ev,湿氧氧化是0.71eV）。 11、线性速率常数与晶体取向有关，因为速率常数与氧原子进入硅中的结合速率和 硅原子表面化学键有关；抛物线速率常数与晶体取向无关，因为它量度的是氧化剂穿过一层无序的非晶二氧化硅的过程。 12、较薄的氧化层MOSFET栅氧化层用干氧氧化，较厚的用湿氧氧化，如MOS集成 电路中的场氧化层和双极型器件，以获得适当隔离和保护，20nm为界限。 13、给定氧化条件下，在<111>晶面衬底上生成的氧化层厚度大于<100>晶面衬底， 因为<111>方向线性速率常数更大。值得注意的是温度和时间相同时，湿氧氧化厚度是干氧的5~10倍。 14、氧化掩膜厚度一般用实验测量方法获得，主要取决于特定温度和时间下，不能 使低掺杂硅衬底发生反型，典型厚度为0.5um~1.0um。 15、二氧化硅中各掺杂杂质扩散常数依赖氧的密度、性能和结构。 16、MOS器件受氧化层中的电荷和位于二氧化硅-硅界面处势阱影响。 17、势阱和电荷的基本类别：界面势阱电荷Qit（由于二氧化硅-硅界面特性产生， 取决于这个界面的化学组分，势阱位于二氧化硅-硅界面处，能态在硅禁带中，界
Ch6半导体光电子器件
6Semiconductor Detectors 6. Semiconductor Detectors A large variety of semiconductor materials, structures and devices are used as photodetectors in optical receivers. The most important for communications are: pn p i n and Schottk Barrier Photodiodes ?pn, p-i-n and Schottky Barrier Photodiodes ?Avalanche Photodiodes ?Metal-Semiconductor-Metal(MSM)Photodiodes Metal Semiconductor Metal (MSM) Photodiodes ?Photoconductors Equally important optical devices, but structurally completely q y p p,y p y different and not used for optical communications include: ?Charge-Coupled Devices (CCDs) ?CMOS Imagers ?Photocathodes ?Solar Cells Solar Cells
Optical Absorption Optical Absorption
Optical Absorption in Semiconductors p p g g The photon flux passing through an absorbing medium is Since the carrier collection regions are ≤1 μm, the absorption coefficient needs to b101hi hi h be ~104cm-1to achieve high efficiency, which only occurs for direct bandgap materials near di t b d t i l the bandgap. Basically want identical thermal and photon identical thermal and photon energies for generation.
半导体光电子材料
异质结构在能带结构和折射率上具有独特之处。前者为我们提供了能带结构上的各种势垒、势阱，从而能对半导体中的载流子产生电学限制作用；后者为我们提供折射率差，可以构成各种光波导波结构，从而能对半导体中的光波产生光学作用。正是几乎完全的载流子限制作用和几乎完全的光学限制作用，构成了半导体光电子器件的物理作用。 异质结构为我们提供了一个新的可变参量——带隙，通过改变材料组分可以改变带隙的大小，再通过带隙的差别来裁剪能带结构，从而设计半导体的物理特性，进而研制出新型的半导体器件结构，最终实现我们所需要的电学或光学的特性。 禁带宽度大、折射率小是半导体光电材料的特征。禁带大的材料能对禁带小的材料提供载流子限制作用，折射率小的材料能对折射率大的材料提供光学限制 半导体——位于导带的电子同位于价带的空穴复合而发光。 光的增益——载流子注入，电子-空穴对辐射复合，产生光 光的损耗——载流子跃迁，自由载流子吸收 在激光物质中，要想实现受激辐射的光放大，必须其内部增益足够大，足以克服激射物质的内部损耗和端面损耗。 发光二极管是利用少数载流子流入PN结直接将电能转换为光能的半导体发光元件。发光二极管是一种把电能转换成光能的特殊半导体器件，它具有一个PN结。 发光二极管发光（工作）原理：当加正向电压时，势垒降低，电子由N区注入到P区，和P区里的空穴复合；空穴则由P区注入到N区，和N区里的电子复合，这种电子空穴对的复合同时伴随着光子的放出，因而发光。 电子和空穴复合，所释放的能量等于PN结的禁带宽度（即能量间隙）E g。所放出的光子能量用hν表示 发光二极管基本结构：为了获得高辐射度，发光二极管常采用双异质结构。按光输出的位置不同，发光二极管可以分为边发射型和面发射型 超辐射发光二极管：介于激光二极管和发光二极管之间，光功率大且相干长度短。超辐射发光是一种很接近激射、但还不是激光的光源。其结构类似激光器，但没有谐振腔，或尽量破坏掉激光器的谐振腔；其发射逼近收集振荡，但始终还未共振；其相位不一致，因而是一飞相干光源，或称相干长度短的光源。 发光二极管的工作特性:（1）发射谱线和发散角：由于发光二极管没有谐振腔，所以它的发射光谱就是半导体材料导带和价带的自发发射谱线。由于导带和价带都包含有许多能级，使复合发光的光子能量有一个较宽的能量范围，形成较宽的自发发射谱线。同时，又由于自发发射的光的方向是杂乱无章的，所以LED输出光束的发散角也较大。（2）响应速度：发光二极管的响应速度依赖于载流子的自发复合寿命时间。通常在复合区采用高掺杂或使LED工作在高注入电流密度下，以减小载流子的寿命时间，从而提高LED的响应速度。（3）热特性：发光二极管的输出功率随结温的升高而减小。但由于它不是阈值器件，所以输出功率随结温呈缓慢的变化趋势。 有源区里实现了粒子数反转以后，受激辐射占据主导地位，但是，激光器初始的光场来源于导带和价带的自发发射，频谱较宽，方向也杂乱无章。为了得到单色性和方向性好的激光输出，必须构成光学谐振腔，使满足横向谐振条件的频率成分得到加强，而其它的频率成分被消耗掉，从而形成稳定的激光振荡输出。在半导体激光器中，光学谐振腔通常采用两种方式形成：一种是用晶体天然的解理面形成法布里—珀罗谐振腔（F—P腔），当光在谐振腔中满足一定的相位条件和振幅条件时，建立起稳定的光振荡。这种激光器称为F—P腔激光器。另一种是利用有源区一侧的周期性波纹结构提供光耦合来形成光振荡，如分布反馈（DFB）激光器和分布布拉格反射（DBR）激光器。 纵模频率是指在自发辐射谱内满足谐振条件，且损耗小于增益的频率。 F—P腔半导体激光器的结构：在F—P腔半导体激光器中，F—P腔的作用，首先使输出光的方向得到选择，使不能被反射镜面截获的、方向杂乱的光逸出腔外而损耗掉，能在谐振腔内建立起稳定振荡的光基本上是与反射镜面垂直方向的光。另外，要使光在谐振腔内建立起稳定的振荡，必须满足一定的相位条件和振幅条件，相位条件使发射光谱得到选择，振幅条件使激光器成为一个阈值器件。 按照垂直于PN结方向的结构的不同，F—P腔激光器可分为同质结激光器、单异质结激光器、双异质结激光器和量子阱激光器 同质结半导体激光器并不够理想。它的主要缺点是：1）激活区域宽，约为1个微米，所需要的工作偏压高；2）激活区域与两侧临近区的折射率近似相等，光波导效应不明显，光损耗大；这使得同质结激光器的阈值工作电流密度高，一般在2～4×104A/cm2范围。室温下只能以脉冲形式运转。为克服上述缺点，人们发明了双异质结半导体激光器 AlGaAs/GaAs双异质结（DH）激光器。窄带隙的有源区（GaAs）材料被夹在宽带隙的GaAlAs之间，带隙差形成的势垒对载流子有限制作用，它阻止了有源区里的载流子逃离出去。另一方面，双异质结构中的折射率差是由带隙差决定的，基本上不受掺杂的影响，有源区可以是重掺杂的，也可以是轻掺杂的。有源区里粒子数反转的条件靠注入电流来实现。由于带隙差所决定的折射率差较大（可达到5%左右），这使光场能很好的被限制。 有源区为窄直接带隙的半导体材料，它夹在两层掺杂型号相反的宽带隙半导体限制层之间。有源层的带隙比限制层的带隙小，折射率比前者大，由此引起的禁带宽度不连续性和折射率不连续性，分别起着载流子限制和光限制的作用，将注入的自由载流子有效的限制在很薄的有源区中，从而为有效的受激辐射放大提供了有利的条件。载流子的限制作用和光子的限制作用使激光器的阈值电流密度大大下降，从而实现了室温下连续工作。目前光纤通信中使用的F—P腔激光器，均采用双异质结构 异质结有源区厚度的减小是有利于降低阈值电流密度的。但是由于在太小的有源区厚度下，光波模式会发生截止，所以限制了有源区厚度的减小。为了进一步减小有源区厚度，同时又避免光波模式的截止，研究人员发明了分别限制异质结，以分别实现对光和载流子的限制。 在整个PN结面积上均有电流通过的结构是宽面结构，只有PN结中部与解理面垂直的条形面积上有电流通过的结构是条形结构。条形结构提供了平行于PN结方向的电流限制，因而大大降低了激光器的阈值电流，改善了热特性。隐埋条形半导体激光器，这种结构不仅具有低阈值电流、高输出光功率、高可靠性等优点，而且能得到稳定的基横模特性，从而受到广泛的重视。 分布布拉格反射DBR的结构及工作机理DBR激光器的腔体结构与F—P腔激光器不同，其基本原理是基于布拉格发射，布拉格发射是指在两种不同介质的交界面上，具有周期性的反射点，当光入射时，将产生周期性的反射，这种反射即称为布拉格发射。交界面本身可以取不同的形状：正弦波形或非正弦（如：方波、三角波等） 分布反馈DFB激光器的结构及工作机理：DFB激光器的激光振荡不是靠F—P腔来实现，而是依靠沿纵向等间隔分布的光栅所形成的光耦合 DFB激光器的特点：（1）动态单纵模窄线宽输出：由于DFB激光器中光栅的栅距（A）很小，形成一个微型谐振腔，对波长具有良好的选择性，使主模和边模的阈值增益相对较大，从而得到比F—P腔激光器窄很多的线宽，并能保持动态单纵模输出。 （2）波长稳定性好：由于DFB激光器内的光栅有助于锁定给定的波长，其温度漂移约为0.8?/℃，比F—P腔激光器要好得多。 DFB激光器工作特点：DFB-LD或DBR-LD 的高性能工作可归纳为以下的方面：窄线宽单模、动态单模且低啁啾、高功率输出、尽可能宽的波长可调谐范围 垂直腔面发射激光器：它具有发散角小，单纵模工作，低阈值，动态调制频率高 通常用于半导体量子阱的QW结构主要有三种类型，即多量子阱（MQW）、渐变折射率波导限制型单量子阱（GRIN—SCH—SQW）和带有超晶格缓冲层的渐变折射率波导限制型单量子阱（SLB—GRIN—SQW）。 QW激光器与一般的双异质结激光器相比，有一系列优越的特性：1）阈值电流很低2）谱线宽度窄，频率啁啾改善3）调制速率高 由于有源区为量子阱结构，量子阱激光器具有新特点： （1）光子能量大于材料的禁带宽度（2）光谱的线宽明显变窄（3）高的注入效率，易于实现粒子束反转，增益大为提高。 （4）温度稳定性大为改善。 温度变化将改变激光器的输出光功率，有两个原因：一是激光器的阈值电流随温度升高而增大，二是外微分量子效率随温度升高而减小 近场是指激光器反射镜面上的光强分布，远场是指离反射镜面一定距离处的光强分布。由于激光腔为矩形光波导结构，因此近场分布表征其横模特性，在平行于结平面的方向，光强呈现周期性的空间分布，称为多横模；在垂直于结平面的方向，由于谐振腔很薄，这个方向的场图总是单横模。 光纤激光器与半导体激光器从原理上说，没有本质的区别。它一般也由三部分组成：激励源（泵浦源）、有源区（工作物质）、激光谐振腔。在光纤激光器中，工作物质根据激光器输出波长的要求，由不同的掺稀土杂质的特种光纤构成 光照下改变自身的电阻率（当入射光子使电子由价带跃升到导带时，导带中的电子和价带中的空穴二者均参与导电，因此电阻显著减小，称为光敏电阻。光电二极管的频率 特性响应主要由三个因素决定：(a)光生载流子在耗尽层附近的扩散时间；(b)光生载流子在耗尽层内的漂移时间；(c)与负载电阻R L并联的结电容C i所决定的电路时间常数。 PIN光电二极管结构P型层、I型层、n型层构成的半导体二极管 PIN光电二极管结构在掺杂浓度很高的P型、N型半导体之间，生成一层掺杂极低的本征材料，称为I层。在外加反向偏置电压作用下，I层中形成很宽的耗尽层。CCD——电荷耦合器件，集光电转换、存储、自扫描转移、输出于一体的半导体非平衡态功能器件。
半导体光电子器件制作
《半导体光电子器件制作技术》 课程编号：****** 课程名称：半导体光电子器件制作技术 学分：1.5 学时:24 (其中实验学时：0) 先修课程：半导体物理 一、目的与任务 本课程是一门专业教育选修课，适合于光信息科学技术、电子科学与技术、测控技术与仪器等专业。本课程的目的是为光电信息工程，电子科学与技术，测控技术与仪器等专业的学生进入半导体制造和研究领域打下坚实的理论和实践基础。 本课程的任务是通过半导体光电子芯片、器件及系统制造的工艺方法、工艺原理以及半导体制造新技术及发展趋势的学习，使学生掌握半导体光电子器件与系统的通用制备方法和过程以及相关基础理论知识。 二、教学内容及学时分配 第一章绪论(2学时) 1.光电子材料 2.光电子器件 3.工艺技术概述 第二章晶体材料生长(3学时) 1.单晶硅的生长及氧化技术 2.砷化镓晶体的生长技术
3.氮化稼基晶体的生长技术 第三章薄膜沉积技术(8学时) 1.薄膜技术概述 2.蒸发技术 3.溅射技术 4.外延生长技术 5.CVD技术 6.典型介质及金属制备技术 第四章光刻和刻蚀(2学时) 1.光刻工艺原理 2.光学光刻工艺介绍 3.新一代光刻方法 4.湿法刻蚀 5.干法刻蚀 第五章掺杂技术(2学时) 1.扩散工艺原理 2.基本扩散工艺 3.离子注入原理 4.注入相关工艺 第六章典型光电子器件制作工艺(7学时) 1.CMOS工艺流程及制作步骤(2学时) 2.光电探测器的结构和制作(1学时) 3.发光二极管的结构和制作(1学时)
4.太阳能电池的结构与制作(1学时) 5.电致发光显示的结构和制作(2学时) 三、考核与成绩评定 考核：统一命题，开卷 成绩评定：考试占80%，平时作业及日常考核等占20%，按百分制给出最终成绩。 四、大纲说明 1. 本大纲是根据我校电子科学与技术（光电子）、光电信息科学与工程、光电信息工程专业培养计划及其知识结构要求，并适当考虑专业特色而制定的。 2. 在保证基本教学要求的前提下，教师可以根据实际情况，对内容进行适当的调整和删节。 3. 本大纲适合光电类相关专业。 五、教材、参考书： 教材： [1](美)施敏, 梅凯瑞著，《半导体制造工艺基础》，合肥，安徽大学出版社，2007 参考书： [1](美)Michael Quirk, Julian Serda著，《半导体制造技术》，北京，电子工业出版社2004 [2]夏海良等编，《半导体器件制造工艺》，上海，上海科学技术出版社1986