“Closed Loop” Study for Wire Bonding Process
Jeremy KOH, GOH Kay Soon, Winston BAUTISTA & Jimmy CASTANEDA SPT Asia Pte Ltd, 970 Toa Payoh, #07-25/26, Singapore 318992.
Abstract:
Presently, in standard and some fine pitch wire bonding applications, the methods for checking the bond quality during volume production still remains the same. The inspection methods used to determine the quality of the bonds have proven to be acceptable and reliable for many current industrial needs are ball shearing, measuring the ball diameter and wire pull measurement. These methods are acceptable, but as the semiconductor sector moves towards ultra fine pitch wire bonding, data obtained by these conventional methods may not be sufficient. As the bonded wires per device increases and the size of the bond decreases, the interaction between machine, bonding tool, material and method has become much more sensitive. This paper discusses the use of a “closed loop”wire bonding study to analyze this area.
Introduction:
The ultra fine pitch applications are commonly done on high frequency wire bonder, which produces smaller displacement but at higher cycle rate as compared to the conventional bonder. Depending on the power setting on the bonder, the ultrasonic energy in the form of vibration or displacement is transmitted directly from the transducer through the capillary to create the necessary ball deformation. Unlike bonding on non-fine pitch devices, which can accommodate a wide range of ball size variation due to the large pad opening, bonding on ultra fine pitch (UFP) devices required the ball size to be controlled within a much tighter tolerance. In most cases, a variation of +/-3μm of the eventual ball size is considered acceptable. Given the tight bonding process requirement, optimum capillary design and machine performance is necessary to achieve a reliable bond process control.
O bjectiv e:
The intent of this paper is to establish the feasibility of using a “closed loop” wire bonding study mainly for fine pitch and UFP bonding application. The study incorporates the use of a laser vibrometer, wire bonder, the bond process analyzer (BPA) and the physical quality checking of the bonds. By using the “closed loop” study, verification on design ideas, bonding set-up and conditions can be done at 3 different stages (pre bonding, during bonding and post bonding). These data obtained at different stages can used to justify the actual bond achieved.
Principle of “closed loop” studies:
The set-up of the monitoring system used for the studies is illustrated in Figure 1. It consists of a PC base laser vibrometer and a B PA connected to the output of the ultrasonic generator and the input to the transducer.
Figure 1: “Closed loop” monitoring system
Actual bonding was performed on an ESEC 3008 wire bonder using a 25μm Au wire. For the visual inspection and measurement, a high power microscope of 0.5μm resolution was used for ball height, and ball size measurement. Ball shear measurement was performed on the ball shear tester with a shear height of 3μhttps://www.doczj.com/doc/df9837599.html,ser Vibrometer
In wire bonding, the bonding tool vibration amplitude is the most important parameter which influences the energy delivered to the bond zone. The amplitude of such nano scale vibration is measured with a laser vibrometer (Figure 2), which utilizes a 3mW helium-neon laser and is aligned perpendicular to the bonding tool. Capillary movement during bonding is feed back to the system, which displays vibration amplitude directly as shown
in Figure 3.
Figure 2: Laser vibrometer set-up
Figure 3: Ultrasonic displacement for a good
waveform
Bond Process Analyzer
During bonding, the impedance at the bond surface changes continuous with time.Depending on the surface condition, the vibration characteristics of the capillary and transducer changes accordingly. The B PA can be used to read the changes in the ultrasonic impedance in real time during wire bonding.The system analyzes the bonding result and the change in the ultrasonic parameters statistically to accumulate the changes, and to determine the bond quality by the extent of the changes. The set-up for the equipment is
shown in Figure 4.
Figure 4: Schematic Diagram for BPA set-up Capillary O ptimization:
During the formation of the ball bond, many factors influence the consistency of the ball deformation. Factors such as machine parameters, capillary material and design have a significant effect on the desirable ball size.Traditionally, capillary selection was based on device type and wire size. In most wire bonding applications, a cone shape ceramic capillary with a taper angle of 20 or 30deg has been utilized and deemed suitable for most devices. With the increase demand for UFP bonding application, which requires a small and consistent ball deformation, current capillary material and design configuration has to be re-defined and optimized.
Initial studies have indicated that the main taper angle (MTA) of the capillary has the most significant effect on the bond stability and consistency. Although other factors, such as tip diameter (T) and bottleneck angle (BNA) can also influence the capillary
characteristic, this is normally dictated by the bond pad pitch (B
PP) of the device.
Figure 5: Profile of a Bottleneck C apillary To further understand the characteristics of the capillary used for UFP bonding, interaction between the laser vibrometer and the wire bonder was set-up. In this experiment, the ultrasonic behavior of Cap A (20 MTA) and Cap B (50MTA) was investigated with real time bonding. B onding parameters was set at,Force=140mN, Time=10msec, Power=9.4%.This parameter setting was based on the actual bonding characterization on a 60μm BPP.
platform.
Figure 6: Ultrasonic behavior comparison
between Cap A and C ap B In wire bonding, it is necessary to ensure that maximum ultrasonic vibration occurs at the tip of the bonding tool for optimum performance.In addition, a consistent ultrasonic displacement with a minimum standard deviation (SD) is necessary for consistent ball deformation. In actual fact, the intent is have a stable bonding response insensitive to a wide range of process variables. From Figure 7, it can be seen that lower ultrasonic displacement was obtained for Cap A design as compared to Cap B. The higher SD observed was verified from the actual bonding responses, which indicates a higher ball shear fluctuation.Lower ball shear reading was obtained for units bonded with Cap A with higher
occurrence of ball lifted failure mode. This observation correlates with the lower ultrasonic displacement seen earlier. During bonding, a 3% ball non-stick was also noticed with smaller ball deformation as shown in Figure 8.
Cap A
Cap B Ultrasonic
displacement, nm SD, nm 68814.47704.6Ball size, μm SD, μm 42.10.643.00.5Ball height, μm SD, μm 10.01.010.40.9Ball Shear Reading, gmf SD, gmf 16.62.419.21.6Failure mode:Ball Shear Ball Lif t
58%42%
73%27%
Figure 7: Bonding behavior comparison
between Cap A and C ap B
Cap A
Cap B
Figure 8: Ball size comparison
Process O ptimization:
In wire bonding it is important to achieve a robust operating window. This means that there should not be any drastic change in the response within the specified parameter range.Currently, the only way to observe this is after bonding (during the ball size measurements).However, the situation can be improved by incorporating the laser vibrometer as a monitoring system to study the displacement of the capillary during bonding.
Again, the study was based on the characterization report done for the 60μm BPP by SPT. Only the response of the ball bond was monitored and the optimized ball bond parameters are:
Bond Power : 8.4 - 10.0%Bond Force : 140 - 170mN Capillary Type
: Cap B
Figure 9: C ontour plot for bond force and
power From the optimized parameter range, the responses were monitored with the result as shown in Figure 10. Results obtained shows that for all the possible combinations for bond force and bond power, there is no drastic change in the displacement. This indicates that the selected process window is situated in the stable region.
Bond Force : 140mN Displacement (nm)
Bond Power : 8.6%Average Std Dev.
Bond Power : 9.0%Average
684.41.7
725.2
Std Dev.
Bond Power : 9.4%Average Std Dev.
Bond Power : 9.8%Average Std Dev.
1.8768.01.1809.2
2.3
Figure 10: Displacement comparison for different bond power and force combination This method of monitoring can be extended for bonder to bonder portability and compatibility. Theoretically, by getting the same ultrasonic displacement as a function of bond power and bond force, the ball deformation should be similar even though the machine settings might be different.
Figure 11: Relationship between bond power,bond force and ultrasonic displacement In Process Monitoring:
In the industry, bond quality measurement has all along been accessed through visual inspection and destruction test and ball shear is
the predominant method used for such test to determine the bond strength. A good bond can be defined as one that has a high shear value with Au residue left on the bond pad after the ball shear test. As the bond pad pitch and ball size requirements becomes smaller, process robustness decreases as the process variables and other uncontrolled factors become more sensitive. These wide ranges of variables can affect the ball size and ball shear readings resulting in unreliable bonds. In some cases, failure at the bond interface is only noticed during the reliability test.
To understand the effect of such variables on the bond quality, a B PA can be incorporated to the bonder, which captures the change in impedance during actual bonding. The representation of a good bond in time domain is shown in Figure 12. Point 1 indicates that at time 0, the impedance is at infinity. Point 2 indicates the diffusion of the Au ball with the Al pad with the application of power and force. Point 3 indicates a sudden drop in impedance when the voltage is cut off but the current remains.
1st Bond
2nd
Bond
Figure 12: Waveform for a good bond
To investigate the feasibility of using the B PA for in-process monitoring, data obtained from the BPA was correlated with the actual bonding responses. In this experiment, Cap B was selected based on the positive results obtained earlier and the bonding parameter was set at, Force=140mN, Time=10msec, Power=9.4%. To simulate the effect of bond surface variation due to contamination or other causes, bonding was carried out on different bond surface conditions (good and defective) and the impedance in time domain was recorded at 0.6, 2.4, 4.8, 7.2, and 9.6msec as shown in Figure 13.
Good Defectiv e
Impedance at:
0.6 msec
Ave,?
SD, ?
4.8 msec
Ave,?
SD, ?
9.6 msec
Ave,?
SD, ?
46.3
5.9
9.0
0.2
7.2
0.3
44.3
5.6
9.2
0.3
7.3
0.4
Ball Size
Ave,μm
SD,μm
44.0
1.0
40.2
0.5
Ball Shear
Ave,gmf
SD,gmf
19.2
0.8
15.5
2.2
Figure 13: Bonding behavior comparison between
a good and defective bonding surface.
From Figure 13, it can be seen that the variation in impedance between the good and defective bond surface can affect the eventual ball size, ball shear, and SD readings. The change in impedance at the bond interface changes the vibration characteristic of the capillary resulting in different bonding responses.
Lower ball shear readings obtained for the defective surface is due to the non-uniform or poor intermetallic diffusion between the Au and Al pads. This was caused by the loss in ultrasonic power while trying to overcome the various oxide and contamination layers on the Al pad surface before any intermetallic can be occur.
For a reliable bond quality, it is important that the bond surface is free from contamination and other foreign material. Sources of contamination, such as oxidation of Al pad, epoxy out-gassing during curing, etc can degrade the bond quality. Although the source of contamination can be identified by analytical equipment such as the Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS), it is not possible to incorporate such analysis for volume production. In this case, a BPA can be used for real time monitoring.
Conclusion:
With the use of the closed loop system, it has become possible to design and optimize a suitable capillary using the laser vibrometer and the actual bond monitoring through the BPA. Despite the fact that this technique has proven to be feasible, more in-depth study is needed to improve on the accuracy and robustness of the system.
Although the study is mainly focused on the ball bond, this can be extended to the stitch bond, which can be useful for machine set-up for leaded devices or material characterization for BGA substrate.
References:
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Packaging Technology Conference,
1998.
半导体材料与器件发展趋势总结 材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。材料已成为人类发晨的里程碑。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功，导致了电子工业大革命。使微电子技术和计算机技术得到飞速发展。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。我们知道，每一束光纤，可以传输成千上万甚至上百万路电话，这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先进生长技术发展和完善以及超品格量子阱材料包括一维量子线、零维量子点材料的研制成功。彻底改变了光电器件的设计思想。使半导体器件的设计与制造从过去的杂质工程发展到能带工程。出现了以“电学特性和光学特性的剪裁”为特征的新范畴，使人类跨入到以量子效应为基础和低维结构为特征的固态量子器件和电路的新时代，并极有可能触发新的技术革命。半导体微电子和光电子材料已成为21世纪信息社会的二大支柱高技术产业的基础材料。它的发展对高速计算、大容量信息通信、存储、处理、电子对抗、武器装备的微型化与智能化和国民经济的发展以及国家的安全等都具有非常重要的意义。 一、几种重要的半导体材料的发展现状与趋势 1.硅单晶材料 硅单晶材料是现代半导体器件、集成电路和微电子工业的基础。目前微电子的器件和电路，其中有90％到95％都是用硅材料来制作的。那么随着硅单晶材料的进一步发展，还存在着一些问题亟待解决。硅单晶材料是从石英的坩埚里面拉出来的，它用石墨作为加热器。所以，来自石英里的二氧化硅中氧以及加热器的碳的污染，使硅材料里面包含着大量的过饱和氧和碳杂质。过饱和氧的污染，随着硅单晶直径的增大，长度的加长，它的分布也变得不均匀；这就是说材料的均匀性就会遇到问题。杂质和缺陷分布的不均匀，会使硅材料在进一步提高电路集成度应用的时候遇到困难。特别是过饱和的氧，在器件和电路的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂的办法，制成N或P型材料，用于大功率器件及电路的研制，特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面，它有着很好的应用前景。当然还有以硅材料为基础的SOI材料，也就是半导体/氧化物/绝缘体之意，这种材料在空间得到了广泛的应用。总之，从提高集成电路的成品率，降低成本来看的话，增大硅单晶的直径，仍然是一个大趋势；因为，只有材料的直径增大，电路的成本才会下降。我们知道硅技术有个摩尔定律，每隔18个月它的集成度就翻一番，它的价格就掉一半，价格下降是同硅的直径的增大密切相关的。在一个大圆片上跟一个小圆片上，工艺加工条件相同，但出的芯片数量则不同；所以说，增大硅的直径，仍然是硅单晶材料发展的一个大趋势。那我们从提高硅的
半导体材料的发展现状与趋势
半导体材料与器件发展趋势总结 材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。材料已成为人类发晨的里程碑。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功，导致了电子工业大革命。使微电子技术和计算机技术得到飞速发展。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs 等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。我们知道，每一束光纤，可以传输成千上万甚至上百万路电话，这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先进生长技术发展和完善以及超品格量子阱材料包括一维量子线、零维量子点材料的研制成功。彻底改变了光电器件的设计思想。使半导体器件的设计与制造从过去的杂质工程发展到能带工程。出现了以“电学特性和光学特性的剪裁”为特征的新范畴，使人类跨入到以量子效应为基础和低维结构
的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂的办法，制成N或P型材料，用于大功率器件及电路的研制，特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面，
序号：3 半导体材料的发展现状及趋势 姓名：李霄 学号：1111044081 班级：电科1103 科目：微电子设计导论 二〇一三年12 月23 日
半导体材料的发展进展近况及趋向 引言：随着全球科技的飞速发展成长，半导体材料在科技进展中的首要性毋庸置疑，半导体的发展进展历史很短，但半导体材料彻底改变了我们的生活，从半导体材料的发展历程、半导体材料的特性、半导体材料的种类、半导体材料的制备、半导体材料的发展。从中我们可以感悟到半导体材料的重要性 关键词：半导体、半导体材料。 一、半导体材料的进展历程 20世纪50年代，锗在半导体产业中占主导位置，但锗半导体器件的耐高温和辐射性能机能较差，到20世纪60年代后期逐步被硅材料代替。用硅制作的半导体器件，耐高温和抗辐射机能较好，非常适合制作大功率器件。因而，硅已经成为运用最多的一种半导体材料，现在的集成电路多半是用硅材料制作的。二是化合物半导体，它是由两种或者两种以上的元素化合而成的半导体材料。它的种类不少，主要的有砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、锑化铟(InSb)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、硫化镉(CdS)等。此中砷化镓是除了硅以外研讨最深切、运用最普遍的半导体材料。氮化镓可以与氮化铟（Eg＝1.9eV）、氮化铝（Eg＝6.2eV）构成合金InGaN、AlGaN，如许可以调制禁带宽度，进而调理发光管、激光管等的波长。三是非晶半导体。上面介绍的都是拥有晶格构造的半导体材料，在这些材料中原子布列拥有对称性和周期性。但是，一些不拥有长程有序的无定形固体也拥有显著的半导体特征。非晶半导体的种类繁多，大体上也可按晶态物质的归类方式来分类。从现在}研讨的深度来看，很有适用价值的非晶半导体材料首推氢化非晶硅（α－SiH）及其合金材料（α－SiC:H、α－SiN:H），可以用于低本钱太阳能电池和静电光敏感材料。非晶Se（α－Se）、硫系玻璃及氧化物玻璃等非晶半导体在传感器、开关电路及信息存储方面也有普遍的运用远景。四是有机半导体，比方芳香族有机化合物就拥有典范的半导体特征。有机半导体的电导特征研讨可能对于生物体内的基础物理历程研究起着重大推进作用，是半导体研讨的一个热点领域，此中有机发光二极管（OLED）的研讨尤为受到人们的看重。 二、半导体材料的特性 半导体材料是常温下导电性介于导电材料以及绝缘材料之间的一类功效材
2014级研究生《高等半导体器件物理》试题 1.简单说明抛物线性能能带和非抛物线性能带的能带结构以及各自 的特点、应用。 2.试描述载流子的速度过冲过程和弹道输运过程，以及它们在实际 半导体器件中的应用。 3.什么是半导体超晶格？半导体器件中主要的量子结构有哪些？ 半导体超晶格:两种或者两种以上不同组分或者不同导电类型超薄层材料,交替堆叠形成多个周期结构,如果每层的厚度足够薄,以致其厚度小于电子在该材料中的德布罗意波的波长, 这种周期变化的超薄多层结构就叫做超晶格. 主要的量子结构:超晶格中, 周期交替变化的超薄层的厚度很薄,相临势阱中的电子波函数能够互相交叠, 势阱中的电子能态虽然是分立的, 但已被展宽. 如果限制势阱的势垒进度足够厚, 大于德布罗意波的波长, 那么不同势阱中的波函数不再交叠, 势阱中电子的能量状态变为分立的能级. 这种结构称之为量子阱( QW).在上述结构中,电子只在x 方向上有势垒的限制, 即一维限制,而在y , z 两个方向上是二维自由的. 如果进一步增加限制的维度,则构成量子线和量子点. 对于量子线而言, 电子在x , y 两个方向上都受到势垒限制; 对于量子点来说, 在x , y , z 三个方向上都有势垒限制. 我们通常将这些量子结构称为低维结构, 即量子阱、量子线和量子点分别为二维、一维和零维量子结构. 4.PHEMT的基本结构、工作原理以及电学特点。 5.隧道谐振二极管的主要工作特点，RITD的改进优势有哪些？ 6.突变发射结、缓变基区HBT的工作原理、特点及其应用。 7.举例讨论半导体异质结光电器件的性能。
参考文献： 1.沃纳，半导体器件电子学，电子工业出版社，2005 2.施敏，现代半导体器件物理，科学出版社，2002 3.王良臣等，半导体量子器件物理讲座（第一讲~第七讲），物理（期刊），2001~2002
主持人： 观众朋友，欢迎您来到CETV学术报告厅，最近美国的一家公司生产出一千兆的芯片，它是超微技术发展史上的一个分水岭，个人电脑业的发展，也将步入一个新的历史阶段，对整个信息业来说，它的意义不亚于飞行速度突破音速的极限，当然整个技术上的突破，也要依赖于以硅材料为基础的大规模集成电路的进一步微型化，50年代以来，随着半导体材料的发现与晶体管的发明，以硅为主的半导体材料，成为整个信息社会的支柱，成为微电子、光电子等高技术产业的核心与基础，这个情况，将会持续到下个世纪的中叶，当然，面对更大信息量的需求，硅电子技术也有它的极限，将会出现新的、替补性的半导体材料。关于半导体材料的发展现状与发展趋势，请您收看中国科学院王占国院士的学术报告。 王占国： 材料已经成为人类历史发展的里程碑，从本世纪的中期开始，硅材料的发现和硅晶体管的发明以及五十年代初期的以硅为基的集成电路的发展，导致了电子工业大革命。今天，因特网、计算机的到户，这与微电子技术的发展是密不可分的，也就是说以硅为基础的微电子技术的发展，彻底地改变了世界的政治、经济的格局，也改变着整个世界军事对抗的形式，同时也深刻影响着人们的生活方式。今天如果没有了计算机，没有了网络，没有了通信，世界会是什么样子，那是可想而知的。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs 等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。我们知道，每一束光纤，可以传输成千上万甚至上百万路电话，这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。 70年代超晶格概念的提出，新的生长设备，像分子束外延和金属有机化合物化学汽相淀积等技术的发展，以及超晶格、量子阱材料的研制成功，使半导体材料和器件的设计思想发生了彻底的改变。就硅基材料的器件和电路而言，它是靠P型与N型掺杂和PN结技术来制备二极管、晶体管和集成电路的。然而基于超晶格、量子阱材料的器件和电路的性质，则不依赖于杂质行为，而是由能带工程设计决定的。也就是说，材料和器件的光学与电学性质，可以通过能带的设计来实现。设计思想从杂质工程发展到能带工程，以及建立在超晶格、量子阱等半导体微结构材料基础上的新型量子器件，极有可能引发新的技术革命。从微电子技术短短50年的发展历史来看，半导体材料的发展对高速计算、大容量信息通信、存储、处理、电子对抗、武器装备的微型化与智能化和国民经济的发展以及国家的安全等都具有非常重要的意义。 现在，我来讲一讲几种重要的半导体材料的发展现状与趋势。我们首先来介绍硅单晶材料。硅单晶材料是现代半导体器件、集成电路和微电子工业的基础。目前微电子的器件和电路，其中有90％到95％都是用硅材料来制作的。根据预测，到2000年底，它的规模将达到60多亿平方英寸，整个硅单晶材料的产量将达到1万吨以上。目前，8英寸的硅片，已大规模地应用于集成电路的生产。到2000年底，或者稍晚一点，这个预计可能会与现在的情况稍微有点不同，有可能完成由8英寸到12英寸的过渡。预计到2007年前后，18英寸的硅片将投入生产。我们知道，直径18英寸相当于45厘米，一个长1米的晶锭就有几百公斤重。那么随着硅单晶材料的进一步发展，是不是存在着一些问题亟待解决呢？我们知道硅单晶材料是从石英的坩埚里面拉出来的，它用石墨作为加热器。所以，来自石英里的二氧化硅中氧以及加热器的碳的污染，使硅材料里面包含着大量的过饱和氧和碳杂质。过饱和氧的污染，随着硅单晶直径的增大，长度的加长，它的分布也变得不均匀；这就是说材料的均匀性就会遇到问题。杂质和缺陷分布的不均匀，会使硅材料在进一步提高电路集成度应用的时候遇到困难。特别是过饱和的氧，在器件和电路的制作过程中，它要发生沉淀，沉淀时的体积要增大，会导致缺陷产生，这将直接影响器件和电路的性能。因此，为了克服这个困难，满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高，人们不得不采用硅外延片，就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样，可以有效地避免氧和碳等杂质的污染，同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法，还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结，这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产，8英寸的硅外延片，也正在从实验室走向工业生产；更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外，还有一些大功率器件，一些抗辐照的器件和电路等，也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的，它在生长时，不与石英容器接触，材料的纯度可以很高；利用这种材料，采用中子掺杂
ASM 全自动Wire Bonding 机编程手册 ASM 全自动Wire Bonding 机系微电子封装工艺中常用的金线Bonding 设备,其利用光反射工作原理具有准确定位的 优良特性, 超声波发热技术的应用有效保证了熔结点的可靠性, Wire Bonding 设备的应用主要是编程方面,以下将结合实例和图解分步介绍 一.编程前的准备: 1.取5pcs 待Bonding 的产品(Die Bonding 完成后的产品)依序排列在一片Carrier 上(从Carrier 右端开始排),所有Pin 尽量拉正,切不可往外偏 2.将Carrier 装上Tray 后定位于入料口待送入工作区 3.按住Shift 键,敲击OM/Main 键将装有产品的Carrier 对准入料口 4.击Zoom/Ink 键一次将Carrier 推入工作区 5.在1.2菜单下选取第5项Delete Program,按Enter 将目前的程序清除,开始编写新的程序 二,Bonding 点数确定: 1.先标示出待Bonding 产品的基本拉线(拉线需遵循由高到低的原则)及Bonding 点的编号,以便后续编程时参照 2.在菜单1.2. 3.1下选取第0项Get Bonding Point,输入需Bonding 的点数(Die 点数+1) 3.依照第1步标好的顺序,用光标依次选中需Bonding 的Die * 以图示的TOSA 为例说明 : 从上图我们可以看出,在第2步需要输入的点数为6 (5个Die + 1个Lead),第3步依次用光标选中D1,D2,D3,D4,D5(选中 每个Die 后按Enter 输入,再将光标移去下一个). 三.设定参考点: 1.所有的Die 选择完成后,界面将会有提示,看到提示后开始选择参考点 2.将光标选中第一个Die 的中心按Enter 确定 3.再将光标移至与第一个对角位置的Die 中心,按Enter 确定 4.以上设定完成后,光标将自动退回第一个Die 的中心位置 实例操作说明: A. 将光标选中D-1中心后按Enter 确定 B. 将光标移至D-2中心后按Enter 确定,如右图所示 C. 以上完成后光标自动退回D-1中心点 四,两参照Die 的参数设定: 1.在菜单1. 2. 3.1下选取第_项Template 线标号及拉线方向
2011-2015年中国半导体材料行业市场调 研及投资前景预测报告 半导体材料是指电阻率在10-3~108Ωcm，介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，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。近几年来，中国电子信息产品以举世瞩目的速度发展，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。 中国报告网发布的《2011-2015年中国半导体材料行业市场调研及投资前景预测报告》共十六章。首先介绍了半导体材料相关概述、中国半导体材料市场运行环境等，接着分析了中国半导体材料市场发展的现状，然后介绍了中国半导体材料重点区域市场运行形势。随后，报告对中国半导体材料重点企业经营状况分析，最后分析了中国半导体材料行业发展趋势与投资预测。您若想对半导体材料产业有个系统的了解或者想投资半导体材料行业，本报告是您不可或缺的重要工具。 本研究报告数据主要采用国家统计数据，海关总署，问卷调查数据，商务部采集数据等数据库。其中宏观经济数据主要来自国家统计局，部分行业统计数据主要来自国家统计局及市场调研数据，企业数据主要来自于国统计局规模企业统计数据库及证券交易所等，价格数据主要来自于各类市场监测数据库。 第一章半导体材料行业发展概述 第一节半导体材料的概述 一、半导体材料的定义 二、半导体材料的分类 三、半导体材料的特点 四、化合物半导体材料介绍 第二节半导体材料特性和制备 一、半导体材料特性和参数 二、半导体材料制备
第三节产业链结构及发展阶段分析 一、半导体材料行业的产业链结构 二、半导体材料行业发展阶段分析 三、行业所处周期分析 第二章全球半导体材料行业发展分析 第一节世界总体市场概况 一、全球半导体材料的进展分析 二、全球半导体材料市场发展现状 三、第二代半导体材料砷化镓发展概况 四、第三代半导体材料GaN发展概况 第二节世界半导体材料行业发展分析 一、2010年世界半导体材料行业发展分析 二、2011年世界半导体材料行业发展分析 三、2011年半导体材料行业国外市场竞争分析 第三节主要国家或地区半导体材料行业发展分析 一、美国半导体材料行业分析 二、日本半导体材料行业分析 三、德国半导体材料行业分析 四、法国半导体材料行业分析 五、韩国半导体材料行业分析 六、台湾半导体材料行业分析 第三章我国半导体材料行业发展分析 第一节2010年中国半导体材料行业发展状况 一、2010年半导体材料行业发展状况分析 二、2010年中国半导体材料行业发展动态 三、2010年半导体材料行业经营业绩分析 四、2010年我国半导体材料行业发展热点 第二节2011年半导体材料行业发展机遇和挑战分析一、2011年半导体材料行业发展机遇分析
几种半导体材料的现状与发展趋势 摘要：本文重点对半导体硅材料，gaas和inp单晶材料，半导体超晶格、量子阱材料，一维量子线、零维量子点半导体微结构材料等目前达到的水平和器件应用概况及其发展趋势作了概述。 关键词：半导体材料量子线量子点材料 上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和gaas激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。 一、硅材料 从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（cz-si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后cz-si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（ic’s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ulsi生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。 从进一步提高硅ic’s的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，soi材料，包括智能剥离（smart cut）和simox材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和soi材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。 理论分析指出30nm左右将是硅mos集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、sio2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高k介电绝缘材料（如用si3n4等来替代sio2），低k介电互连材料，用cu代替al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ulsi的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和dna生物计算等之外，还把目光放在以gaas、inp为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容gesi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。 二、gaas和inp单晶材料 gaas和inp与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。 目前，世界gaas单晶的总年产量已超过200吨，其中以低位错密度的垂直梯度凝固法（vgf）和水平（hb）方法生长的2-3英寸的导电gaas衬底材料为主；近年来，为满足高速移动通信的迫切需求，大直径（4，6和8英寸）的si-gaas 发展很快。美国莫托罗拉公司正在筹建6英寸的si-gaas集成电路生产线。inp具有比gaas更优越的高频性能，发展的速度更快，但研制直径3英寸以上大直径的inp单晶的关键技术尚未完全突破，价格居高不下。
半导体材料的发展简史 半导体材料是半导体工业的基础，它的发展对半导体工业的发展具有极大的影响。如果按化学成分及内部结构，半导体材料大致可以分为以下几类：一是元素半导体材料，包括锗(Ge)、硅(Si)、硒(Se)、硼(B)等。20世纪50年代，锗在半导体工业中占主导地位，但锗半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差，到20世纪60年代后期逐渐被硅材料取代。用硅制造的半导体器件，耐高温和抗辐射性能较好，特别适宜制作大功率器件。因此，硅已成为应用最多的一种半导体材料，目前的集成电路大多数是用硅材料制造的。 二是化合物半导体，它是由两种或两种以上的元素化合而成的半导体材料。它的种类很多，重要的有砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、锑化铟(InSb)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、硫化镉(CdS)等。其中砷化镓是除硅之外研究最深入、应用最广泛的半导体材料。由于砷化镓是一种直接带隙的半导体材料，并且具有禁带宽度宽、电子迁移率高的优点，因而砷化镓材料不仅可直接研制光电子器件，如发光二极管、可见光激光器、近红外激光器、量子阱大功率激光器、红外探测器和高效太阳能电池等，而且在微电子方面，以半绝缘砷化镓(Si-GaAs)为基体，用直接离子注入自对准平面工艺研制的砷化镓高速数字电路、微波单片电路、光电集成电路、低噪声及大功率场效应晶体管，具有速度快、频率高、低功耗和抗辐射等特点。碳化硅由于其抗辐射能力强、耐高温和化学稳定性好，在航天技术领域有着广泛的应用。氮化镓材料是近十年才成为研究热点，它是一种宽禁带半导体材料（Eg＝3.4eV），具有纤锌矿结构的氮化镓属于直接跃迁型半导体，是制作绿光、蓝光、紫光乃至紫外发光二极管、探测器和激光器的材料。氮化镓可以与氮化铟（Eg＝1.9eV）、氮化铝（Eg＝6.2eV）形成合金InGaN、AlGaN，这样可以调制禁带宽度，进而调节发光管、激光管等的波长。 三是非晶半导体。上面介绍的都是具有确定晶格结构的半导体材料，在这些材料中原子排列具有对称性和周期性。然而，一些不具有长程有序的无定形固体（非晶体）也具有明显的半导体特征。非晶半导体的种类繁多，大体上也可按晶态物质的归类方法来分类。从目前研究的深度来看，颇有实用价值的非晶半导体材料首推氢化非晶硅（α－SiH）及其合金材料（α－SiC:H、α－SiN:H），可以用于低成本太阳能电池和静电光敏感材料。非晶Se（α－Se）、硫系玻璃及氧化物玻璃等非晶半导体在传感器、开关电路及信息存储方面也有广泛的应用前景。 四是有机半导体，例如芳香族有机化合物就具有典型的半导体特征。有机半导体的电导特性研究可能对生物体内的基本物理过程研究起着重大推动作用，是半导体研究的一个热门领域，其中有机发光二极管（OLED）的研究尤其受到人们的重视。 半导体材料有重要的战略地位，上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地着世界的、格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。 常用的半导体材料分为元素半导体和化合物半导体。元素半导体是由单一元素制成的半导体材料。主要有硅、锗、硒等，以硅、锗应用最广。化合物半导体
半导体器件物理 Physics of Semiconductor Devices 教学大纲 课程名称：半导体器件物理 课程编号：M832001 课程学分：2 适用专业：集成电路工程领域 一、课程性质 本课程的授课对象为集成电路工程专业硕士研究生，课程属性为专业基础必修课。要求学生在学习过《电路分析》，《数字电路》，《模拟电路》和《半导体物理》的基础上选修这门课程。 二、课程教学目的 通过本课程教学，使得学生知道微电子学的用途、主要内容，明白学习微电子学应该掌握哪些基础知识；对微电子学的发展历史、现状和未来有一个比较清晰的认识；学会应用《半导体物理》的基础知识来对半导体器件物理进行分析，初步掌握电子器件物理、工作原理等基本概念，对微电子学的整体有一个比较全面的认识。
三、教学基本内容及基本要求 第一章微电子学常识 （一）教学基本内容 第一节晶体管的发明 1.1 晶体管发明的历史过程 1.2 晶体管发明对现代文明的作用 第二节集成电路的发展历史 2.1 集成电路的概念 2.2 集成电路发展的几个主要里程碑 2.3 目前集成电路的现状 2.4 集成电路未来发展的主要趋势 第三节集成电路的分类 3.1 集成电路的分类方法 3.2 MOS集成电路的概念 3.3 双极集成电路的概念 第四节微电子学的特点 4.1 微电子学的主要概念 4.2 微电子学的主要特点 （二）教学基本要求 了解：晶体管发明的过程，晶体管发明对人类社会的作用； 微电子学的概念，微电子学的特点； 掌握：集成电路的概念，集成电路发展的几个主要里程碑；集成电路的分
类方法，MOS集成电路的概念，双极集成电路的概念；第二章p-n结二极管 （一）教学基本内容 第一节p-n结的空间电荷区 1.1 p-n结的结构和制造概述 1.2 p-n结的空间电荷层和内建电场、内建电势 1.3 p-n结的耗尽层（势垒）电容 第二节p-n结的直流特性 2.1 p-n结中载流子的注入和抽取 2.2 理想p-n结的伏-安特性 2.3 实际p-n结的伏-安特性 2.4 大注入时p-n结的伏-安特性 2.5 实际p-n结的电流、正向结电压与温度的关系 第三节p-n结的小信号特性 3.1 p-n结的交流电流密度 3.2 扩散电容C d 第四节p-n结的开关特性 4.1 p-n结中少数载流子存储的电荷 4.2 p-n结的瞬变过程 4.3 p-n结反向恢复时间的计算 第五节p-n结的击穿特性 5.1 隧道击穿（Zener击穿）
题目半导体材料的发展导师马晓华 学生姓名王语晨 学生学号1614123118
半导体材料发展 第一代半导体硅材料 第一代半导体材料主要是指硅（Si）、锗元素（Ge）半导体材料。作为第一代半导体材料的锗和硅，在国际信息产业技术中的各类分立器件和应用极为普遍的集成电路、电子信息网络工程、电脑、手机、电视、航空航天、各类军事工程和迅速发展的新能源、硅光伏产业中都得到了极为广泛的应用，硅芯片在人类社会的每一个角落无不闪烁着它的光辉。硅制程是大量生产且便宜的制程。且硅（Si）有较好的物理应力，所以可做成大尺寸的晶圆（现今，Si晶圆直径约为300 mm，而GaAs晶圆最大直径约只有150 mm）。在地球表面上有大量硅（Si）的原料：硅酸盐矿。硅工业已发展到规模经济（透过高的产能以降低单位产品的成本）的情形了。第二个主要的优点是，硅很容易就会变成二氧化硅，二氧化硅在电子元件中是一种很好的绝缘体。二氧化硅可以轻易地被整合到硅电路中，且二氧化硅和硅（Si）拥有很好的界面特性。第三，大概也是最重要的优点，是硅拥有高很多的空穴移动率。在需要CMOS逻辑时，高的空穴率可以做成高速的P-沟道场效应晶体管。如果需要快速的CMOS结构时，虽然GaAs的电子迁移率快，但因为它的功率消耗高，所以使的GaAs电路无法被整合到Si逻辑电路中。 第二代半导体GaAs和InP单晶材料 GaAs 和InP是微电子和光电子的基础材料，为直接带隙，具有电子饱和漂移速度高、耐高温、抗辐照等特点，在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。近年来,为满足高速移动通信的迫切需求，大直径（4，6 和8 英寸）的SI-GaAs 发展很快，4 英寸70cm 长，6 英寸35cm 长和8 英寸的半绝缘砷化钾S I - G a A s）也在日本研制成功。 第三代半导体GaN和SiC 以碳化硅和氮化镓为代表的第三代半导体材料凭借其宽禁带、高热导率、高击穿电场、高抗辐射能力等特点，在许多应用领域拥有前两代半导体材料无法比拟的优点，有望突破第一、二代半导体材料应用技术的发展瓶颈，市场应用潜力巨大。根据第三代半导体不同的发展情况，其主要应用为半导体照明、电力电子器件、激光器和探测器以及其他4个领域，每个领域产业成熟度各不相同，其中前沿研究领域，宽禁带半导体还处于实验室研发阶段。预计到2020年，第三代半导体技术应用将在节能减排、信息技术、国防三大领域催生上万亿元潜在市场，而碳化硅和氮化镓器件很可能成为推动整个电力电子、光电子和微波射频三大领域效率提升和技术升级的关键动力之一。 国际上第三代半导体产业已经整体进入产业形成期，并开始步入激烈竞争的阶段，众多国家将其列入国家战略，从国际竞争角度看，美、日、欧等发达国家已将第三代半导体材料列入国家计划，并展开全面战略部署，欲抢占战略制高点。我国政府高度重视第三代半导体材料的研究与开发，从2004年开始对第三代半导体领域的研究进行了部署，启动了一系列重大研究项目，2013年科技部在863计划新材料技术领域项目征集指南中明确将第三代半导体材料及应用列为重要内容。2015年5月，国务院发布《中国制造2025》，新材料是《〈中国制造
半导体发展现状与发展 趋势 文件编码（TTU-UITID-GGBKT-POIU-WUUI-0089）
半导体发展现状与发展趋势 学院：机电学院班级：材成102 学号：80 姓名：雷强强 摘要:半导体照明具有节能、环保、寿命长、尺寸小等优点，能够应用在各种各样的彩色和白色照明领域。发展半导体照明产业具有重大意义,能缓解能源危机，改善环境污染问题，有利于国民经济可持续发展。本文在介绍半导体照明特点的基础上，论述了半导体照明研究进展，分析了我国半导体照明产业发展面临的相关技术问题，最后对半导体照明工程发展趋势作了展望。 关键词：半导体照明、发光二极管、节能与环保 引言： 1879年，爱迪生发明了第一只作为热辐射电光源的碳丝白炽灯，使人类从漫长的火光照明时代进入了电气照明
时代，第一次革命性地改变了人们的照明方式，拉开了人类现代文明的帷幕。 照明电光源经历了白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯三代产品，光效不断提高，耗电量不断下降，对人类社会的发展起了至关重要的作用。今天，人们在关注光照效率的同时，更注重照明方式对环境的影响。随着科学技术的进步，又一种新型电光源---发光二极管照明（LED）即半导体照明，真正引发了电光源照明技术的质变，以其体积小、寿命长、耐闪烁、抗震动、色彩丰富、安全可控、节能环保、无紫外线和红外线辐射等全面优势掀起了第四次电光源技术革命，将电光源照明推进到节能环保的时代。 半导体照明应用的意义，绝不亚于前几次照明领域的技术革命。因为半导体照明将作为最有效的节能和环保的手段，将通过改善人类生存环境、发展照明的新概念和新模式来改善和提高人类的生活质量。 1.半导体照明的特点 半导体照明的机理
半导体材料的发展现状及趋势 2008-12-8 13:46:59 | 转载 | 固定链接 | 评论(0) | 浏览(959) 半导体材料是指电阻率在10-3~108Ωcm，介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，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。近几年来，中国电子信息产品以举世瞩目的速度发展，2003年中 国电子信息产业销售收入1.88万亿元，折合2200～2300亿美元，产业规模已超过 日本位居世界第二（同期日本信息产业销售收入只有1900亿美元），成为中国第 一大支柱产业。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。 一、概述 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 化锢、磷化镓、砷化锢、砷化铝及其合金等称为第二代半导体材料；而将宽禁带(E g>2.3eV)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。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。 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。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
2020年半导体材料行业市场前景及发展趋势 2020年
目录 1.半导体材料行业现状 (4) 1.1半导体材料行业定义及现状介绍 (4) 1.2半导体材料行业特征 (5) 1.3半导体材料市场规模分析 (7) 1.4半导体材料市场运营情况分析 (8) 1.5行业服务无序化 (11) 1.6供应链整合度低 (11) 1.7基础工作薄弱 (11) 1.8产业结构调整进展缓慢 (12) 1.9供给不足，产业化程度较低 (12) 2.半导体材料行业前景趋势 (14) 2.1半导体材料应用贯穿半导体制造全过程 (14) 2.2中国半导体材料市场规模持续增长 (14) 2.3全球占比逐渐上升 (14) 2.4行业活跃度整体上行 (15) 2.5晶圆产能加速扩张拉动半导体材料需求增长 (15) 2.6用户体验提升成为趋势 (15) 2.7延伸产业链 (15) 2.8行业协同整合成为趋势 (16) 2.9生态化建设进一步开放 (16) 2.10信息化辅助 (17)
2.11新的价格战将不可避免 (17) 3.半导体材料行业政策环境分析 (17) 3.1半导体材料行业政策环境分析 (17) 3.2半导体材料行业经济环境分析 (19) 3.3半导体材料行业社会环境分析 (19) 3.4半导体材料行业技术环境分析 (19) 4.半导体材料行业竞争分析 (21) 4.1半导体材料行业竞争分析 (21) 4.1.1对上游议价能力分析 (21) 4.1.2对下游议价能力分析 (22) 4.1.3潜在进入者分析 (22) 4.1.4替代品或替代服务分析 (23) 4.2中国半导体材料行业品牌竞争格局分析 (23) 4.3中国半导体材料行业竞争强度分析 (23) 5.半导体材料产业投资分析 (24) 5.1中国半导体材料技术投资趋势分析 (24) 5.2中国半导体材料行业投资风险 (24) 5.3中国半导体材料行业投资收益 (25)
半导体器件物理复习题 1．简述Schrodinger 波动方程的物理意义及求解边界条件。 2．简述隧道效应的基本原理。 3．什么是半导体的直接带隙和间接带隙。 4．什么是Fermi-Dirac 概率函数和Fermi 能级，写出n(E) 、p(E) 与态密度和Fermi 概率函数的关系。 5．什么是本征Ferm 能级？在什么条件下，本征Ferm 能级处于中间能带上。 6．简述硅半导体中电子漂移速度与外加电场的关系。 7．简述Hall 效应基本原理。解释为什么Hall 电压极性跟半导体类型( N 型或P 型) 有关。 8．定性解释低注入下的剩余载流子寿命。 9．一个剩余电子和空穴脉冲在外加电场下会如何运动，为什么？ 10．当半导体中一种类型的剩余载流子浓度突然产生时，半导体内的净电荷密度如何变化？为什么？ 11．什么是内建电势？它是如何保持热平衡的？ 12．解释p-n 结内空间电荷区的形成机理及空间电荷区宽度与外施电压的关系。 13．什么是突变结和线性剃度结。 14．分别写出p-n 结内剩余少子在正偏和反偏下的边界条件。 15．简述扩散电容的物理机理。 16．叙述产生电流和复合电流产生的物理机制。 17．什么理想肖特基势垒？用能带图说明肖特基势垒降低效应。 18．画出隧道结的能带图。说明为什么是欧姆接触。 19．描述npn三极管在前向有源模式偏置下的载流子输运过程。 20．描述双极晶体管在饱和与截止之间开关时的响应情况。 21．画出一个n-型衬底的MOS 电容在积聚、耗尽和反型模式下的能带图。 22．什么是平带电压和阈值电压 23．简要说明p-沟道器件的增强和耗尽型模式。 24．概述MESFET 的工作原理。 25．结合隧道二极管的I-V 特性，简述其负微分电阻区的产生机理。 26．什么是短沟道效应？阐述短沟道效应产生的原因及减少短沟道效应的方法。 短沟道效应( shortchanneleffect )：当金属- 氧化物- 半导体场效应晶体管( MOSFE)T 的沟道长度L 缩短到可与源和漏耗尽层宽度之和(WS WD)相比拟时，器件将发生偏离长沟道 (也即L 远大于WSW D)的行为，这种因沟道长度缩短而发生的对器件特性的影响，通常称为短沟道效应。由于短沟道效应使MOSFET的性能变坏且工作复杂化，所以人们希望消除或 减小这个效应，力图实现在物理上是短沟道的器件，而在电学上仍有长沟道器件的特性。 当器件尺寸缩减时,必须将短沟道效应降至最低程度,以确保正常的器件特性及电路工作在器件按比例缩小设计时需要一些准则，一个简要维持长沟道特性的方法为将所有的尺寸及电压，除上一按比例缩小因素К (> 1)，如此内部电场将保持如同长沟道MOSFET 一般，此方法称为定电场按比例缩小(constant-field scaling) [ 随器件尺寸的缩减，其电路性能(速度以及导通时的功率损耗)得到加强§．然而，在实际的IC 制作中，较小器件的内部电场往往被迫增加而很难保持固定．这主要是因为一些电压因子( 如电源供 电、阈值电压等）无法任意缩减．由于亚阈值摆幅是无法按比例缩小的，所以，假若阈值电压过低，则关闭态（ off state ）（V G=0 ）的漏电流将会显著增加， 因此，待机功率（standby power）损耗亦将随之上升[12]．通过按比例缩小规范，
半导体材料的发展历史 半导体材料是半导体工业的基础，它的发展对半导体工业的发展具有极大的影响。如果按化学成分及内部结构，半导体材料大致可以分为以下几类：一是元素半导体材料，包括锗(Ge)、硅(Si)、硒(Se)、硼(B)等。20世纪50年代，锗在半导体工业中占主导地位，但锗半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差，到20世纪60年代后期逐渐被硅材料取代。用硅制造的半导体器件，耐高温和抗辐射性能较好，特别适宜制作大功率器件。因此，硅已成为应用最多的一种半导体材料，目前的集成电路大多数是用硅材料制造的。二是化合物半导体，它是由两种或两种以上的元素化合而成的半导体材料。它的种类很多，重要的有砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、锑化铟(InSb)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、硫化镉(CdS)等。其中砷化镓是除硅之外研究最深入、应用最广泛的半导体材料。由于砷化镓是一种直接带隙的半导体材料，并且具有禁带宽度宽、电子迁移率高的优点，因而砷化镓材料不仅可直接研制光电子器件，如发光二极管、可见光激光器、近红外激光器、量子阱大功率激光器、红外探测器和高效太阳能电池等，而且在微电子方面，以半绝缘砷化镓(Si-GaAs)为基体，用直接离子注入自对准平面工艺研制的砷化镓高速数字电路、微波单片电路、光电集成电路、低噪声及大功率场效应晶体管，具有速度快、频率高、低功耗和抗辐射等特点。碳化硅由于其抗辐射能力强、耐高温和化学稳定性好，在航天技术领域有着广泛的应用。氮化镓材料是近十年才成为研究热点，它是一种宽禁带半导体材料
（Eg＝3.4eV），具有纤锌矿结构的氮化镓属于直接跃迁型半导体，是制作绿光、蓝光、紫光乃至紫外发光二极管、探测器和激光器的材料。氮化镓可以与氮化铟（Eg＝1.9eV）、氮化铝（Eg＝6.2eV）形成合金InGaN、AlGaN，这样可以调制禁带宽度，进而调节发光管、激光管等的波长。三是非晶半导体。上面介绍的都是具有确定晶格结构的半导体材料，在这些材料中原子排列具有对称性和周期性。然而，一些不具有长程有序的无定形固体（非晶体）也具有明显的半导体特征。非晶半导体的种类繁多，大体上也可按晶态物质的归类方法来分类。从目前研究的深度来看，颇有实用价值的非晶半导体材料首推氢化非晶硅（α－SiH）及其合金材料（α－SiC:H、α－SiN:H），可以用于低成本太阳能电池和静电光敏感材料。非晶Se（α－Se）、硫系玻璃及氧化物玻璃等非晶半导体在传感器、开关电路及信息存储方面也有广泛的应用前景。四是有机半导体，例如芳香族有机化合物就具有典型的半导体特征。有机半导体的电导特性研究可能对生物体内的基本物理过程研究起着重大推动作用，是半导体研究的一个热门领域，其中有机发光二极管（OLED）的研究尤其受到人们的重视。 5 o4 _" I4 n/ @5 F# l. 半导体材料的战略地位 上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs 激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件