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晶圆制备–如何从沙子到wafer?-im电竞

本文摘要:我们所讲的半导体生产,它的载体一定是晶圆(Wafer),这个东西是怎么来的?我们今天就来只想讲讲。 前面谈N-Si和P-Si掺入的时候谈过了,我们的Si一定都是单晶晶格的,而掺入的原子必需跑到它的晶格上与Si构成共用电子对的共价键后多出电子或空穴而参予导电,如果我们用了多晶或者非晶,这些没规律的结构造成我们无法掌控他的载流子迁移率所以无法控制它的电性,所以我们的wafer一定要是是Si的单晶。

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我们所讲的半导体生产,它的载体一定是晶圆(Wafer),这个东西是怎么来的?我们今天就来只想讲讲。  前面谈N-Si和P-Si掺入的时候谈过了,我们的Si一定都是单晶晶格的,而掺入的原子必需跑到它的晶格上与Si构成共用电子对的共价键后多出电子或空穴而参予导电,如果我们用了多晶或者非晶,这些没规律的结构造成我们无法掌控他的载流子迁移率所以无法控制它的电性,所以我们的wafer一定要是是Si的单晶。当然晶体的结构分三种:非晶(Amorphous)、多晶(Polycrystalline)、单晶(singlecrystalline)。

非晶就是没规则没反复的结构,单晶是指晶体结构一致性且长程有序,而多晶顾名思义就是小范围内有顺序,而大范围内无序,所以是短程有序。分别如下图。  现在我们来讲讲,为什么用为什么用沙子当作原材料来制取晶圆?自由选择沙子的主要原因是因为沙子的主要成分是SiO2,而半导体的原材料就是硅(Si),所以必要从沙子里面萃取就可以了。其次是他低廉,因为它取之不尽用之不竭,沙子四处都是吧。

而且Si在地球的元素含量次于氧,多的很呢。当然为什么后面又发展到GaAs、SiGe、GaN?我后面再行谈,主要是因为禁带宽度。

  再行非常简单谈下硅(Si)的特性吧,台湾的教材叫作矽。英文名为Silicon。原子序号为14,原子量为28。在晶格中Si-Si键的长度是2.352A,液体密度是2.33g/cm3,熔点是1414C,正四面体结构。

想起晶格,大自然就有晶向和晶面的概念,我们的半导体晶向有100,110和111三种晶向,晶面大自然就有[100],[110]和[111]三种,分别如下图右图。所以沿着晶向(正对着晶面)的拿起看下去你看见的原子化学键是不一样的(想象下立方体各个角度看见的顶点),如果用转印去不吃Si,所以在每个面沿着晶格不吃下去的凹坑也不会不一样了(这就是为什么有各种各样的晶格缺失),如下图右图。  上面谈的原始的晶格,当然很多情况下晶格都是有缺陷的,有Si瓦解晶格转入间隙,有杂质不出晶格上而在间隙里(interstitial),当然多个缺失在一起那就是错位了(dislocation),比如层错、晶格、堆垛层错(stackingfaults)等等。

而这些dislocation都是将来俘虏载流子的中心(Trappingcenter)造成载流子寿命减少而影响电性或产生漏电。  如何从沙子到硅(Si)?虽然我们嘴巴上说道硅片就是指沙子来的,但是这期间的艰苦又有谁人闻啊?非常简单点谈就是要制备成多晶硅,然后再行用多晶硅为原材料生产单晶硅。


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