前言：中文期刊网精心挑选了半导体器件分析范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
半导体器件分析范文1
>> 塑封半导体器件的质量与可靠性 贴片半导体器件可靠性工作研究 半导体分立器件制造工艺的可靠性研究 半导体器件塑封抽真空装置 水汽对塑封集成电路\分立器件可靠性的影响 对军品型号用塑封工业级元器件的可靠性控制分析 半导体可靠性方面的问题探讨 机器视觉在半导体器件塑封缺陷检测中的应用 半导体和半导体器件中的击穿现象 半导体器件的发展趋势 半导体功率器件的散热设计 浅谈提高电子元器件使用可靠性的措施 提高电子元器件使用可靠性的措施研究 微电子器件的可靠性研究 浅谈电子元器件的使用可靠性 提高电子元器件使用可靠性的方法 强化煤矿供电系统可靠性的保证措施思考 半导体器件封装技术 功率半导体器件直流参数测试系统的研发 塑封电子元器件防潮性研究 常见问题解答 当前所在位置：l, 2006-11-28.
[2]杨丹,恩云飞,黄云. 电子元器件的贮存可靠性及评价技术[C]//中国电子学会论文集.北京:中国电子学会可靠性分会,2004:287-292.
[3]张鹏,陈亿裕. 塑封器件失效机理及其快速评估技术研究[J].半导体技术,2006,31(9): 676-679.
[4]丁继善.塑封半导体器件的可靠性增长分析[J].电子产品可靠性与环境试验,2000(6):40-44.
[5]丁继善.国内半导体器件的可靠性筛选技术[J].半导体技术,1999,24(3):55-57.
[6][美]LALL P,PECHT M G,HAKIM E B.温度对微电子和系统可靠性的影响[M].贾颖,译.北京:国防工业出版社,2006.
[7]NASA/TP-2003-212244,PEM-INST-001: Instructions for plastic encapsulated microcircuit(PEM)selection,screeningand qualification [S]. NASA,2003.
[8]丁芳芳, 贾颖. 塑封半导体器件加速寿命试验方法及加速因子模型 [C]//中国电子学会可靠性分会第十二届学术年会论文集.北京:中国电子学会,2004:229-237.
半导体器件分析范文2
关键词：半导体平面工艺;实践教学;教学方法
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）40-0150-02
一、引言
半导体器件平面工艺技术是60年展起来的一种非常重要的半导体技术[1]。半导体器件平面工艺即：在半导体芯片上通过氧化、光刻、扩散、电极蒸发等一系列流程，制作出晶体管和集成电路;制作的器件和电路都是在芯片表面一层附近处，整个芯片基本上保持是平坦的（实际上，表面存在许多台阶）;制作出的晶体管称为平面晶体管（相对于台面晶体管而言），故称相应的制作工艺为平面工艺[2]。迄今为止，平面工艺已经是制造各种半导体器件与集成电路的基本工艺技术。因此，让相关专业的本科生了解平面工艺的基本制作工艺有着非常重要的现实意义。
二、平面工艺的发展史
同许多重要的工艺进展一样，平面工艺也是从前几代工艺中演变、发展来的。下面分别介绍这几种半导体器件的制造方法及工艺[3]。
1.生长结方法。该方法是在掺有某种杂质的半导体熔液中生长半导体单晶。通过在生长过程中的某一时刻，突然改变熔液的导电类型来达到生长P-N结的目的。举例说明如下：例如在含有P型杂质的溶液中生长了一段时间后，投入一颗含有施主杂质的小球，结果，单晶的其余部分长成N型。生长完成后，再把晶体切成含有P-N结的小条。在结型晶体管发明之后的头几年，这个方法是极其重要的，但从大批量生产的角度来看，生长结方法不如合金结方法更有效。
2.合金结方法。为了更好理解，我们将举例说明。在一个N型的半导体片子上放入一个含有受主型杂质的小球，并将它们一起加热到足够高的温度，使得小球以融解或合金的形式掺入到半导体片子中，晶体冷却之后，小球下面会形成一个受主型杂质饱和的再分布结晶区，这样就得到了一个P-N结。
这种方法不仅在发明之初是，而且现在仍然是二极管和晶体管（主要是锗器件）大批量生产中广为使用的一种方法。但是，随着科技的发展，对半导体器件性能的要求越来越高，而合金结方法的局限性就暴露出来了，比如，其结的位置总是难以控制。
3.平面工艺。为了探索一种能够精确控制P-N结位置的方法，扩散结方法就应运而生了。扩散结的形成方式与合金过程有相似之处，即片子的表面是暴露于高浓度杂质源之中的。但扩散结，在这种情况下不发生相变，杂质依靠固态扩散的方式进入半导体晶体内部，而固态扩散则是能够非常精确地加以控制的。此外，由于二氧化硅薄层能够有效地掩蔽大多数最重要的受主和施主杂质的扩散，因而半导体几何图形的控制精度也大大提高了;另外，二氧化硅薄层还具有能钝化半导体器件表面的作用，因此，器件受周围环境影响的弱点可以得到极大的克服，从而提高器件的重复性和稳定性得到了较大的提高。
综上所述，平面工艺就是利用掩蔽膜，通过光刻技术控制几何图形，进行选择扩散形成P-N结，制造半导体器件的工艺。其具有用固态扩散方法形成结和利用二氧化硅掩膜精确控制器件几何图形的优点。
三、课程教学探讨
1.课程内容设置。本实验教学中心开设的半导体器件平面工艺实验的主要目的是应用平面工艺技术制作半导体二极管，通过对最基本的半导体单元器件的制作来达到让学生熟悉平面工艺流程，深刻理解平面工艺原理并掌握简面工艺操作技能的目的。
本实验教学中心开设的半导体器件平面工艺的具体实验流程如图2所示。
（1）首先在Si外延片的表面利用热氧化的方法生长一层SiO2的氧化层，这层SiO2既起到对杂质的屏蔽作用，又能起到绝缘等保护作用。生长氧化层的时候采用干湿氧交替的方法来达到既保证氧化层厚度又保证氧化层致密性的目的。
（2）通过湿法刻蚀的方法在SiO2层表面刻蚀出扩散窗口，或者称为P区窗口。
（3）以BN为源，向扩散窗口中进行B扩散。这里一般有两个过程：一是B预沉积，即，在表面杂质浓度恒定的条件下，将杂质B沉积在Si表面的一无限薄层内，通过扩散时间的控制可以决定杂质总量的多少。这一过程之后，我们通过测量样片方块电阻的方法，以确定杂质总量是否合适。二是B再分布，即在杂质总量恒定的条件下，向Si深层进行B扩散，通过扩散时间的控制可以决定杂质扩散的深度。这一过程之后，进行扩散深度的测量，又叫结深测量。
（4）B扩散之后，含有B杂质的区域就成为P型Si，称为P区。由于B再分布过程是在通氧气的环境下进行的，因此会在P区表面形成一薄层SiO2，必须通过二次光刻，刻蚀出电极引线孔。
（5）二次光刻后，利用真空蒸发工艺，在器件表面沉积一层金属Al作为电极。
（6）再进行三次光刻，去掉多余部分的Al，最终形成Al电极。这样一个简单的二极管就制作完成了。
（7）最后进行二极管正反向偏置条件下结特性的测量，以确定二极管的性能。
2.课堂教学方法探讨。本实验课的教学方法采用实验前集中讲解和实验后答疑分析讲解相结合的方法。
实验前的集中讲解：讲解本实验的实验原理、实验目的、实验步骤，并提出一些实验中要涉及到的相关知识，让学生提早预习。答疑和分析讲解：实验完成后，每个小组要针对自己的实验过程和结果进行小结，由老师解答学生还存在的疑问，并对实验结果进行分析。由于本实验是一个综合性，研究型的实验，所以我们在实验报告的写作上也进行了一些改革，要求学生以科技论文的方式来完成本课程实验的实验报告。这样的教学方法和形式，能达到教与学的互动和融洽，使师生在教与学的过程中真正沟通，教师能动态地了解学生的实验情况和要求，也让教师动态地了解自己的教学效果。
本实验课的目的是通过氧化、扩散、光刻这三个最基本的半导体平面工序制造出一个完整的半导体二极管，是一个典型的综合性、研究型实验。本实验的功能主要巩固相关专业的本科生所学的专业基础知识，了解和掌握半导体器件制备工艺的主要过程，具有一定分析、解决实际工艺问题的能力，激发学生对微电子行业的兴趣。因此，在完成本学院本科生必修实验课程的基础上，可以部分面向全校学生开放，为跨专业的学生提供与此技术相关的课外选修实验项目，大学生创新创业项目和开放创新实验项目等。学生可以根据自己的兴趣爱好选修实验中心提供的实验项目，也可以根据自己的一些想法，提出完整的实验方案，实验中心可以为具有可行性的实验方案提供场地与仪器设备。毕业班的学生则可以根据自己就业的需要，进行一些实用性的实验项目或参与科研工作，在实验教师的指导下，完成科研项目中的一些子项目或功能模块。使得参与实验项目学生的动手实践能力得到较好的锻炼，培养学生的创新意识，强化学生的动手能力，全面提高学生的综合素质，为他们今后走向社会，迎接信息时代的挑战作好充分准备。
四、结论
半导体器件平面工艺实验课程的开设可以让学生更加直观的了解这个行业，加深对前面几门课程的理解。该实践课程主要是应用平面工艺技术制作半导体中最基本的器件二极管。学生通过氧化、光刻、扩散、蒸发、结特性测量等一系列实验，掌握半导体器件的工艺流程。培养学生实际动手能力、独立处理问题和解决问题的能力，提高学生就业竞争力。
参考文献：
[1]阮刚.集成电路工艺和器件的计算机模拟――IC TCAD技术概论[M].上海：复旦大学出版社.
半导体器件分析范文3
美国半导体工业基础存在的问题
过去5年，在半导体器件价格下调和海外制造商成本优势增加等压力下，美国半导体器件生产商面临着严峻挑战。
集成电路出口价高于进口价，价格差呈扩大趋势
近年来美国国内的制造能力发展缓慢，给半导体工业基础带来不利影响。以200毫米晶圆为例，2007～2012年，北美地区200毫米晶圆月产能的复合年增长率为3.5%，只达到世界平均增长率的一半。
制造能力发展缓慢的原因是许多半导体制造商将制造工厂迁至海外，国内业务转向发展利润丰厚的半导体封装和设计服务。未来若美国半导体工业产能增长率仍保持低位，则美国只从事设计或封装的半导体生产商将不断增多，加剧元器件制造在东亚等地区的外包，使美国半导体工业陷入恶性循环。
军用电子元器件安全遭受威胁
随着美国制造能力的外迁，美国国防部需对军用平台、弹药和武器系统使用的进口元器件保持警惕，需要重点注意的问题包括：
（1）伪冒元器件问题，这些元器件成本低廉，通常以废弃或有缺陷的元器件冒充正品；
（2）植入恶意功能的元器件，对武器装备性能、可靠性和安全产生严重影响；
（3）“竞争对手”对元器件上游供应链进行控制，可能会对供应源安全造成威胁。
保障美国半导体供应链完整性的三项措施
文章给出的关于保障美国半导体供应链完整性的措施包括：
（1）美国政府需进一步制定有利于半导体工业发展的政策，并建立更有效的政策实施机制。尽管此前美国政府曾鼓励国防承包商从可信供应商手中购买电子元器件，但却未建立切实可行的实施机制，也未解决因使用可信供应服务带来的成本上升等问题。
半导体器件分析范文4
【关键词】塑封；器件；质量与可靠性
引言
塑封半导体器件特别是贴片塑封半导体器件以其体积小、重量轻的优势，满足了航天武器系统小型化的需求，逐渐被用来替代金属或陶瓷封装的分立半导体器件。受到封装材料、禁运和进货渠道的限制，装机的塑封半导体器件（以下简称塑封器件）质量等级多为工业级。器件小型化和高集成度的飞速发展，受到质量保证能力的局限和滞后的影响，有许多器件在装机之前还没有手段进行相关的可靠性工作，其质量存在较大隐患。
近年来，国内元器件可靠性机构逐渐意识到塑封半导体器件的质量对整机的影响，开展了专题研究和试验，结合试验情况参考国际行业标准，对GJB4027-2000《军用电子元器件破坏性物理分析方法》进行了修订，在GJB4027A-2006中增加了贴片塑封电路的DPA，重要武器型号的质量保证大纲中都明确了对不能进行补充筛选的低等级器件（包括塑封器件）要制定相应的质量保证方案，通过一些可行的试验项目来考核器件的可靠性，考核合格的器件才允许装机使用，避免有质量隐患的器件使用到武器系统上，提高了武器系统的质量与可靠性。
1 塑封器件的供应质量水平
塑封器件从价格、体积与金属和陶瓷封装相比都存在巨大的优势，但塑封器件的供应质量水平不能完全按照常规的质量等级来进行衡量。
在IPC-M-109中定义了潮湿敏感性元件，规定了由潮湿可透材料所制造的非气密性包装的分类程序，塑料器件为潮湿敏感器件。在IPC/JEDEC J-STD-033标准中，潮湿敏感器件从低到高共分为8级，分级、储存环境和寿命如下：
1级：温度≤30℃、湿度85%，无限；
2级：温度≤30℃、湿度60%，1年；
2a级：温度≤30℃、湿度60%，4周；
3级：温度≤30℃、湿度60%，168h；
4级：温度≤30℃、湿度60%，72h；
5级：温度≤30℃、湿度60%，48h；
5a级：温度≤30℃、湿度60%，24h；
6级：温度≤30℃、湿度60%，时间在标签上。
在一定的储存环境条件下，潮湿敏感器件的潮湿敏感等级越低，可靠性就越有保障，所以塑封器件的供应质量水平用潮湿敏感等级来衡量更贴切。
2 塑封器件的失效模式
2.1 失效部位和失效原因
2.1.1 芯片和内互联
（1）水汽和离子导致的化学腐蚀；生产过程控制不良导致的沾污；水汽、偏压和暴露的金属导致的枝晶生长；铝金属化层中的电流密度导致的金属迁移；不同金属间的界面反应导致的金属间化合物；引脚暴露在氧气中化学反应导致氧化；
（2）因引线键合不良、引线不良，热冲击、机械冲击或振动过应力引起的芯片裂纹、分层，键合点偏离、腐蚀或电迁移使内互联不良和注塑使引线键合损伤导致的开路；
（3）工艺过程控制不良产生的颗粒、多余的内互连线以及金属化迁移和枝晶生长导致的短路；
（4）因过电应力、ESD、辐照和高温环境导致的功能丧失或退化。
2.1.2 封装和引线
（1）盐和恶劣气氛导致的腐蚀；封装厂工艺不良导致的多孔/针孔；劣质镀层、恶劣气氛导致的可焊性差；
（2）高温环境、恶劣气氛、使用清洁剂导致标志不清；在热冲击或贮存过程中，水分子沿微孔渗透到封装材料中导致芯片与模塑化合物间任何可测量的分层、引出端引线键合区的任何分层、大于引脚内部长度2/3的分层；
（3）焊接期间吸收的潮气膨胀（灌封的封装）、工艺控制不良、热冲击导致分层、裂开或“爆米花”效应；
（4）引线/封装密封工艺控制不良和振动、温度循环造成机械疲劳。
2.2 筛选中的失效情况
对17种塑封器件可靠性试验后进行统计发现：35批共1265只器件在经历了外观、温度冲击、声学扫描电子显微镜（SEM）（以下简称声扫）、结构分析等试验项目之后，有738只器件声扫不合格，淘汰率为58.34%。其中584只为引出端引线键合区存在分层，132只为芯片与封装材料之间存在分层，22只筛选合格后进行结构分析发现引线从塑封材料完全剥离。
2.3 使用中的失效情况
对使用中塑封器件失效统计发现：引线框架和封装材料界面在外键合点处分层、使得金丝外键合点拉脱占失效总数的42.9%；内压焊丝与外引出管脚之间压焊点脱落占失效总数的28.6%；封装破裂占失效总数的28.6%。
2.4 塑封器件的主要失效模式
封装与引线分层、裂开或“爆米花”效应导致的参数退化和功能失效，失效机理为水汽渗透和焊接期间吸收的潮气膨胀。
3 塑封器件的质量保证措施
（1）尽量选用潮湿敏感等级低的塑封器件。
（2）制定合适的质量保证方案，在质量保证方案中考虑对器件承受潮气能力的试验项目及试验后不合格情况的判别，如：温度冲击试验、声扫试验；关键部位的器件建议增加结构分析；因高温贮存试验可能导致器件引脚氧化或引起过多的金属间增生而降低引脚的可焊性，建议取消。
（3）开展塑封器件质量保证能力建设，提高塑封器件的试验能力并逐步开展塑封器件的补充筛选工作。
（4）改善器件的储存环境，尽量采用器件的原包装或抽真空防潮包装储存器件，避免器件长期暴露在大气中吸附潮气从而降低使用寿命和可靠性，同时在器件装袋储存之前进行适当烘干。
（5）回收退库的器件要先进行烘干处理，再密封后在规定的环境中储存，记录密封日期。塑封器件密封在干燥袋内的存储时间（库存寿命）是从密封之日起12个月。库存元器件发放后，对剩余的器件应重新抽真空密封包装，库存环境至少应满足标准规定的I类环境要求。
（6）监控塑封器件装机前开袋后在大气环境中的暴露时间，不要超过该器件潮湿敏感分类等级规定的最长暴露时间。器件从库房到烘干设备，再到被装入密封袋内，整个过程都要采用严格的防静电措施；在周转过程中应避免器件的引脚受到损伤。
（7）塑封器件在焊装之前应进行烘干处理，去除器件内部的潮气，避免因内部潮气导致焊接过程中出现热效应蒸汽膨胀。
（8）做好器件焊装之后的防护工作，避免器件焊装后暴露在空气之中的时间太长而受潮失效。
4 结束语
塑封器件的质量与可靠性受到国内外可靠性保障行业机构和专家的重视，逐步开展了专项的研究和试验工作，取得了可喜的成果，国内已具备了进行塑封器件补充筛选和进行结构分析的能力和手段。但在塑封器件的质量与可靠性控制方面还没有形成一个统一共识，希望通过共同努力，使塑封器件的质量与可靠性工作取得突破性进展。
参考文献：
[1]NASA/TP-2003-212244.《塑封微电路（PEM）选择、筛选和鉴定指南》.
[2]IPC/JEDECJ-STD-020B.塑料集成电路（IC）SMD的潮湿/回流敏感分类.
[3]IPC/JEDECJ-STD-033.潮湿/回流敏感性SMD的处理、包装、装运和使用标准.
半导体器件分析范文5
在半导体产业的发展中，一般将硅、锗称为第一代半导体材料;将砷化镓、磷化铟、磷化镓等称为第二代半导体材料;而将宽禁带eg2.3ev的氮化镓、碳化硅和金刚石等称为第三代半导体材料。本文介绍了三代半导体的性质比较、应用领域、国内外产业化现状和进展情况等。
关键词
半导体材料;多晶硅;单晶硅;砷化镓;氮化镓
1前言
半导体材料是指电阻率在107Ωcm10-3Ωcm，界于金属和绝缘体之间的材料。半导体材料是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要基础材料[1]，支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等电子信息产业的发展。电子信息产业规模最大的是美国和日本，其2002年的销售收入分别为3189亿美元和2320亿美元[2]。近几年来，我国电子信息产品以举世瞩目的速度发展，2002年销售收入以1.4亿人民币居全球第3位，比上年增长20，产业规模是1997年的2.5倍，居国内各工业部门首位[3]。半导体材料及应用已成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。
半导体材料的种类繁多，按化学组成分为元素半导体、化合物半导体和固溶体半导体;按组成元素分为一元、二元、三元、多元等;按晶态可分为多晶、单晶和非晶;按应用方式可分为体材料和薄膜材料。大部分半导体材料单晶制片后直接用于制造半导体材料，这些称为“体材料”;相对应的“薄膜材料”是在半导体材料或其它材料的衬底上生长的，具有显著减少“体材料”难以解决的固熔体偏析问题、提高纯度和晶体完整性、生长异质结，能用于制造三维电路等优点。许多新型半导体器件是在薄膜上制成的，制备薄膜的技术也在不断发展。薄膜材料有同质外延薄膜、异质外延薄膜、超晶格薄膜、非晶薄膜等。
在半导体产业的发展中，一般将硅、锗称为第一代半导体材料;将砷化镓、磷化铟、磷化镓、砷化铟、砷化铝及其合金等称为第二代半导体材料;而将宽禁带eg2.3ev的氮化镓、碳化硅、硒化锌和金刚石等称为第三代半导体材料[4]。上述材料是目前主要应用的半导体材料，三代半导体材料代表品种分别为硅、砷化镓和氮化镓。本文沿用此分类进行介绍。
2主要半导体材料性质及应用
材料的物理性质是产品应用的基础，表1列出了主要半导体材料的物理性质及应用情况[5]。表中禁带宽度决定发射光的波长，禁带宽度越大发射光波长越短蓝光发射;禁带宽度越小发射光波长越长。其它参数数值越高，半导体性能越好。电子迁移速率决定半导体低压条件下的高频工作性能，饱和速率决定半导体高压条件下的高频工作性能。
硅材料具有储量丰富、价格低廉、热性能与机械性能优良、易于生长大尺寸高纯度晶体等优点，处在成熟的发展阶段。目前，硅材料仍是电子信息产业最主要的基础材料，95以上的半导体器件和99以上的集成电路ic是用硅材料制作的。在21世纪，可以预见它的主导和核心地位仍不会动摇。但是硅材料的物理性质限制了其在光电子和高频高功率器件上的应用。
砷化镓材料的电子迁移率是硅的6倍多，其器件具有硅器件所不具有的高频、高速和光电性能，并可在同一芯片同时处理光电信号，被公认是新一代的通信用材料。随着高速信息产业的蓬勃发展，砷化镓成为继硅之后发展最快、应用最广、产量最大的半导体材料。同时，其在军事电子系统中的应用日益广泛，并占据不可取代的重要地位。
gan材料的禁带宽度为硅材料的3倍多，其器件在大功率、高温、高频、高速和光电子应用方面具有远比硅器件和砷化镓器件更为优良的特性，可制成蓝绿光、紫外光的发光器件和探测器件。近年来取得了很大进展，并开始进入市场。与制造技术非常成熟和制造成本相对较低的硅半导体材料相比，第三代半导体材料目前面临的最主要挑战是发展适合gan薄膜生长的低成本衬底材料和大尺寸的gan体单晶生长工艺。
主要半导体材料的用途如表2所示。可以预见以硅材料为主体、gaas半导体材料及新一代宽禁带半导体材料共同发展将成为集成电路及半导体器件产业发展的主流。
3半导体材料的产业现状
3.1半导体硅材料
3.1.1多晶硅
多晶硅是制备单晶硅和太阳能电池的原料，主要生产方法为改良西门子法。目前全世界每年消耗约18000t25000t半导体级多晶硅。2001年全球多晶硅产能为23900t，生产高度集中于美、日、德3国。美国先进硅公司和哈姆洛克公司产能均达6000t/a，德国瓦克化学公司和日本德山曹达公司产能超过3000t/a，日本三菱高纯硅公司、美国memc公司和三菱多晶硅公司产能超过1000t/a，绝大多数世界市场由上述7家公司占有。2000年全球多晶硅需求为22000t，达到峰值，随后全球半导体市场滑坡;2001年多晶硅实际产量为17900t，为产能的75左右。全球多晶硅市场供大于求，随着半导体市场的恢复和太阳能用多晶硅的增长，多晶硅供需将逐步平衡。
我国多晶硅严重短缺。我国多晶硅工业起步于50年代，60年代实现工业化生产。由于技术水平低、生产规模太小、环境污染严重、生产成本高，目前只剩下峨嵋半导体材料厂和洛阳单晶硅厂2个厂家生产多晶硅。2001年生产量为80t[7]，仅占世界产量的0.4，与当今信息产业的高速发展和多晶硅的市场需求急剧增加极不协调。我国这种多晶硅供不应求的局面还将持续下去。据专家预测，2005年国内多晶硅年需求量约为756t，2010年为1302t。
峨嵋半导体材料厂和洛阳单晶硅厂1999年多晶硅生产能力分别为60t/a和20t/a。峨嵋半导体材料厂1998年建成的100t/a规模的多晶硅工业性生产示范线，提高了各项经济技术指标，使我国拥有了多晶硅生产的自主知识产权。该厂正在积极进行1000t/a多晶硅项目建设的前期工作。洛阳单晶硅厂拟将多晶硅产量扩建至300t/a，目前处在可行性研究阶段。
3.1.2单晶硅
生产单晶硅的工艺主要采用直拉法cz、磁场直拉法mcz、区熔法fz以及双坩锅拉晶法。硅晶片属于资金密集型和技术密集型行业，在国际市场上产业相对成熟，市场进入平稳发展期，生产集中在少数几家大公司，小型公司已经很难插手其中。
目前国际市场单晶硅产量排名前5位的公司分别是日本信越化学公司、德瓦克化学公司、日本住友金属公司、美国memc公司和日本三菱材料公司。这5家公司2000年硅晶片的销售总额为51.47亿元，占全球销售额的70.9，其中的3家日本公司占据了市场份额的46.1，表明日本在全球硅晶片行业中占据了主导地位[8]。
集成电路高集成度、微型化和低成本的要求对半导体单晶材料的电阻率均匀性、金属杂质含量、微缺陷、晶片平整度、表面洁净度等提出了更加苛刻的要求详见文献[8]，晶片大尺寸和高质量成为必然趋势。目前全球主流硅晶片已由直径8英寸逐渐过渡到12英寸晶片，研制水平达到16英寸。
我国单晶硅技术及产业与国外差距很大，主要产品为6英寸以下，8英寸少量生产，12英寸开始研制。随着半导体分立元件和硅光电池用低档和廉价硅材料需求的增加，我国单晶硅产量逐年增加。据统计，2001年我国半导体硅材料的销售额达9.06亿元，年均增长26.4。单晶硅产量为584t，抛光片产量5183万平方英寸，主要规格为3英寸6英寸，6英寸正片已供应集成电路企业，8英寸主要用作陪片。单晶硅出口比重大，出口额为4648万美元，占总销售额的42.6，较2000年增长了5.3[7]。目前，国外8英寸ic生产线正向我国战略性移动，我国新建和在建的f8英寸ic生产线有近10条之多，对大直径高质量的硅晶片需求十分强劲，而国内供给明显不足，基本依赖进口，我国硅晶片的技术差距和结构不合理可见一斑。在现有形势和优势面前发展我国的硅单晶和ic技术面临着巨大的机遇和挑战。
我国硅晶片生产企业主要有北京有研硅股、浙大海纳公司、洛阳单晶硅厂、上海晶华电子、浙江硅峰电子公司和河北宁晋单晶硅基地等。有研硅股在大直径硅单晶的研制方面一直居国内领先地位，先后研制出我国第一根6英寸、8英寸和12英寸硅单晶，单晶硅在国内市场占有率为40。2000年建成国内第一条可满足0.25μm线宽集成电路要求的8英寸硅单晶抛光片生产线;在北京市林河工业开发区建设了区熔硅单晶生产基地，一期工程计划投资1.8亿元，年产25t区熔硅和40t重掺砷硅单晶，计划2003年6月底完工;同时承担了投资达1.25亿元的863项目重中之重课题“12英寸硅单晶抛光片的研制”。浙大海纳主要从事单晶硅、半导体器件的开发、制造及自动化控制系统和仪器仪表开发，近几年实现了高成长性的高速发展。
3.2砷化镓材料
用于大量生产砷化镓晶体的方法是传统的lec法液封直拉法和hb法水平舟生产法。国外开发了兼具以上2种方法优点的vgf法垂直梯度凝固法、vb法垂直布里支曼法和vcz法蒸气压控制直拉法，成功制备出4英寸6英寸大直径gaas单晶。各种方法比较详见表3。
移动电话用电子器件和光电器件市场快速增长的要求，使全球砷化镓晶片市场以30的年增长率迅速形成数十亿美元的大市场，预计未来20年砷化镓市场都具有高增长性。日本是最大的生产国和输出国，占世界市场的7080;美国在1999年成功地建成了3条6英寸砷化镓生产线，在砷化镓生产技术上领先一步。日本住友电工是世界最大的砷化镓生产和销售商，年产gaas单晶30t。美国axt公司是世界最大的vgf
gaas材料生产商[8]。世界gaas单晶主要生产商情况见表4。国际上砷化镓市场需求以4英寸单晶材料为主，而6英寸单晶材料产量和市场需求快速增加，已占据35以上的市场份额。研制和小批量生产水平达到8英寸。
我国gaas材料单晶以2英寸3英寸为主，
4英寸处在产业化前期，研制水平达6英寸。目前4英寸以上晶片及集成电路gaas晶片主要依赖进口。砷化镓生产主要原材料为砷和镓。虽然我国是砷和镓的资源大国，但仅能生产品位较低的砷、镓材料6n以下纯度，主要用于生产光电子器件。集成电路用砷化镓材料的砷和镓原料要求达7n，基本靠进口解决。
国内gaas材料主要生产单位为中科镓英、有研硅股、信息产业部46所、55所等。主要竞争对手来自国外。中科镓英2001年起计划投入近2亿资金进行砷化镓材料的产业化，初期计划规模为4英寸6英寸砷化镓单晶晶片5万片8万片，4英寸6英寸分子束外延砷化镓基材料2万片3万片，目前该项目仍在建设期。目前国内砷化镓材料主要由有研硅股供应，2002年销售gaas晶片8万片。我国在努力缩小gaas技术水平和生产规模的同时，应重视具有独立知识产权的技术和产品开发，发展我国的砷化镓产业。
3.3氮化镓材料
gan半导体材料的商业应用研究始于1970年，其在高频和高温条件下能够激发蓝光的特性一开始就吸引了半导体开发人员的极大兴趣。但gan的生长技术和器件制造工艺直到近几年才取得了商业应用的实质进步和突破。由于gan半导体器件在光电子器件和光子器件领域广阔的应用前景，其广泛应用预示着光电信息乃至光子信息时代的来临。
2000年9月美国kyma公司利用aln作衬底，开发出2英寸和4英寸gan新工艺;2001年1月美国nitronex公司在4英寸硅衬底上制造gan基晶体管获得成功;2001年8月台湾powdec公司宣布将规模生产4英寸gan外延晶片。gan基器件和产品开发方兴未艾。目前进入蓝光激光器开发的公司包括飞利浦、索尼、日立、施乐和惠普等。包括飞利浦、通用等光照及汽车行业的跨国公司正积极开发白光照明和汽车用gan基led发光二极管产品。涉足gan基电子器件开发最为活跃的企业包括cree、rfmicrodevice以及nitronex等公司。
目前，日本、美国等国家纷纷进行应用于照明gan基白光led的产业开发，计划于2015年-2020年取代白炽灯和日光灯，引起新的照明革命。据美国市场调研公司strstegiesunlimited分析数据，2001年世界gan器件市场接近7亿美元，还处于发展初期。该公司预测即使最保守发展，2009年世界gan器件市场将达到48亿美元的销售额。
因gan材料尚处于产业初期，我国与世界先进水平差距相对较小。深圳方大集团在国家“超级863计划”项目支持下，2001年与中科院半导体等单位合作，首期投资8千万元进行gan基蓝光led产业化工作，率先在我国实现氮化镓基材料产业化并成功投放市场。方大公司已批量生产出高性能gan芯片，用于封装成蓝、绿、紫、白光led，成为我国第一家具有规模化研究、开发和生产氮化镓基半导体系列产品、并拥有自主知识产权的企业。中科院半导体所自主开发的gan激光器2英寸外延片生产设备，打破了国外关键设备部件的封锁。我国应对大尺寸gan生长技术、器件及设备继续研究，争取在gan等第三代半导体产业中占据一定市场份额和地位。
4结语
不可否认，微电子时代将逐步过渡到光电子时代，最终发展到光子时代。预计到2010年或2014年，硅材料的技术和产业发展将走向极限，第二代和第三代半导体技术和产业将成为研究和发展的重点。我国政府决策部门、半导体科研单位和企业在现有的技术、市场和发展趋势面前应把握历史机遇，迎接挑战。
参考文献
[1]师昌绪.材料大辞典[m].北京化学工业出版社，19941314
[2]http//bjjc.org.cn/10zxsc/249.htm.我国电子信息产业总规模居世界第三.北方微电子产业基地门户网
[3]蓬勃发展的中国电子信息产业.信息产业部电子信息产品管理司司长张琪在“icchina2003”上的主题报告
[4]梁春广.gan-第三代半导体的曙光.新材料产业，2000，53136
[5]李国强.第三代半导体材料.新材料产业，2002,61417
[6]万群，钟俊辉.电子信息材料[m].北京冶金工业出版社，199012
[7]中国电子工业年鉴编委会.中国电子工业年鉴2002[m].
半导体器件分析范文6
电子具有电荷和自旋两个重要属性，传统的半导体器件仅利用了电子的电荷属性，稀磁半导体材料可以同时利用电子的电荷和自旋属性，成为未来半导体自旋电子器件的关键材料之一。人们期望通过对稀磁半导体材料的研究获得具有非易失、多功能、超高速和低功耗等特性的半导体自旋器件，这对材料和信息技术领域都将是一场质的革命。从上世纪80年代末90年代初，人们就开始关注Mn掺杂III—V族稀磁半导体材料，如（In，Mn）As和（Ga，Mn）As等，并设计出以其为基的半导体自旋相关概念型器件，如自旋发光二极管，自旋场效应晶体管等。然而在过去的几十年中，稀磁半导体材料并没有得到广泛应用，其中一个主要原因是其居里温度（TC）低于室温。所以，探索TC高于室温，且具有原子尺度均匀替代掺杂的本征稀磁半导体成为半导体自旋电子学领域的一个难点和热点［5］。宽禁带氧化物稀磁半导体由于具有高于室温的TC和自旋与载流子分离调控的特性而受到人们广泛关注［6―9］，但这些材料仍然存在一些科学问题需要解决，主要有如何获得稳定的本征氧化物稀磁半导体，如何有效提高半导体自旋注入效率，室温铁磁性的来源和产生机制需要进一步探索，自旋在半导体结构中的输运、寿命和光、电等方法对自旋的操控还不是很清楚，以及以氧化物稀磁半导体为基的自旋电子器件原型还有待于人们去设计和研制等。因此，开展氧化物稀磁半导体本征铁磁性和自旋注入效率与输运特性的研究、磁性产生机制的探索以及初步应用模型的设计等非常必要，这将为推动稀磁半导体器件化提供重要的实验依据和单元雏形。
1非补偿p－n共掺氧化物稀磁半导体薄膜的本征铁磁性
一般来说，过渡金属元素在氧化物半导体中的溶解度较小，容易形成磁性金属原子团簇或第二相杂质，因此制备本征氧化物稀磁半导体具有很大的挑战性。人们尝试不同的氧化物材料和掺杂方法来研究稀磁半导体的本征磁性，但都很难排除磁性原子团簇和第二相杂质的影响［10］。项目组采用非补偿p－n共掺的方法研究了氧化物稀磁半导体，有效克服了磁性原子团簇和第二相杂质的形成，为制备具有本征铁磁性的稀磁半导体材料开辟了新的途径。根据热力学理论，由于p－n离子对之间存在库仑引力，这使掺杂离子在宿主半导体中形成能较低，从而有效增加了其在半导体中的热力学溶解度和稳定性。从动力学角度分析，非平衡生长时，p－n对之间的库仑引力有利于掺杂离子越过形成势垒，也有利于其在宿主半导体中从间隙位置进入替代位置，从而增加了掺入离子在替代位的浓度。可见，利用非补偿p－n共掺可以增大掺杂离子在宿主半导体中的热力学和动力学溶解度，有效阻止过渡金属离子的团聚和化合，形成均相稀磁半导体。以ZnO薄膜为例，以Mn为p型掺杂剂，Ga，Cr和Fe为n型掺杂剂对ZnO进行非补偿p－n共掺，可以得到均匀单相结构的本征ZnO稀磁半导体。图1（a）为Mn／Ga共掺ZnO薄膜的高分辨透射电镜图，没有发现任何团簇和第二相杂质。由于掺杂均匀性和替代位离子浓度的提高使其铁磁性得到明显加强，如图1（b）所示［13］。非补偿p－n共掺的另一个优点是可以通过控制掺入p型和n型掺杂剂的摩尔比有效调控其载流子类型和浓度，在实现局域自旋的同时调节载流子浓度。所以，非补偿p－n共掺的方法既可以降低体系能量，增加过渡金属元素的掺杂浓度，实现氧化物稀磁半导体的本征铁磁性，同时还可以调控体系的载流子浓度和磁性大小。
2氧化物稀磁半导体中缺陷和载流子对磁性的贡献
自从2000年Dietl等预言ZnO基稀磁半导体的TC可以达到室温以来，人们已经通过各种实验方法在过渡金属掺杂的氧化物稀磁半导体中实现了TC高于室温的铁磁性。然而，对于稀磁半导体的铁磁性来源一直没有形成统一的认识，存在较多的理论解释，比如载流子诱导磁性理论、束缚磁极子理论［以及电荷转移铁磁性理论［17］等。在这些氧化物稀磁半导体磁性来源的理论解释中，都分别涉及到材料的载流子浓度和缺陷。项目组在结合氧化物稀磁半导体实验研究的基础上，通过构建双磁极子模型，计算了两个束缚磁极子间隔距离不同时的铁磁稳定化能，如图2所示。氧空位缺陷是形成局域束缚磁极子必不可少的，而载流子则扮演着双重作用，既能增强束缚磁极子的稳定性，又能调控磁极子间产生长程铁磁相互作用。由此提出了载流子调控束缚磁极子间产生长程铁磁性的模型，这个模型综合了载流子诱导和束缚磁极子模型的优点，对进一步阐明氧化物稀磁半导体中磁性产生机制有一定贡献。
3氧化物稀磁半导体的应用
自从发现具有室温铁磁性的氧化物稀磁半导体以来，人们并没有仅停留在新材料的探索和磁性机制的理解上，还初步设计了氧化物稀磁半导体的器件模型，以促进其在自旋电子器件上的应用。隧道结是研究电子自旋极化、注入与输运的理想模型，同时也可以在磁性随机存储器、磁性传感器及逻辑器等器件上广泛应用。人们已经在氧化物稀磁半导体基隧道结中实现了较大的低温磁电阻效应，并且通过优化稀磁半导体／势垒层界面以及提高势垒层结晶质量，使隧道磁电阻效应一直保持到室温，实现了室温下电子自旋注入。但由于非弹性隧穿电导的增强，室温时有效自旋注入效率非常低。项目组在氧化物稀磁半导体实验和理论研究基础上，设计并制备出一种特殊“金属磁性纳米粒子核”与“稀磁半导体壳”的核壳结构，这种核壳结构弥散在半导体基质中形成一种复合薄膜，如图3（a）所示。在这种复合薄膜中获得高达12．3％的室温磁电阻率和37．5％的电子自旋极化率，在室温下实现了有效的自旋注入和探测，如此大的室温磁电阻效应可能与薄膜中“稀磁半导体壳”的自旋过滤效应有关。这不仅为研究金属／半导体界面自旋注入指出了新的途径，而且为新一代室温半导体自旋器件的实现提供了可能［23，24］。与此同时，在这种复合结构中还可以通过改变薄膜的电阻率调节其室温磁电阻率，实现自旋注入效率的宏观调控，并且制备出的一种具有大室温磁电阻率和高透光率的复合超薄磁性金属／半导体复合薄膜有望在透明自旋电子器件中得到应用。
4小结