第一篇：先進(jìn)半導(dǎo)體制程與材料選擇

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先進(jìn)半導(dǎo)體製程與材料選擇

作者：宋健民／中國(guó)砂輪企業(yè)股份有限公司總經(jīng)理 日期：2008/12/10 來(lái)源：半導(dǎo)體科技

人類的物質(zhì)文明可以說(shuō)是建立在「材料科技」上，從史前的石器時(shí)代，到發(fā)明文字後的鐵器時(shí)代，或從近代的塑膠時(shí)代，到現(xiàn)在的矽晶時(shí)代，都是材料科技的里程碑，而物質(zhì)文明的巔峰極緻將為「鑽石時(shí)代」...工欲善其事，必先利其器，鑽石，在現(xiàn)今環(huán)境裡，不再只是首飾，在工業(yè)應(yīng)用可是極為重要的礦材，在一般工業(yè)用途最常見(jiàn)用於切割，為了在車床上做良好的切削，車刀本身也應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度、硬度、而且耐磨、耐熱。其中尤以鑽石刀具，常用於高級(jí)表面加工時(shí)，使用圓形或表面有刃緣的工業(yè)用鑽石來(lái)進(jìn)行光製，得到更為光滑的表面。

鑽石時(shí)代

鑽石不僅質(zhì)地堅(jiān)硬，也早已成工業(yè)製造中不可或缺的超級(jí)磨料(每年使用1,000公噸)，它同時(shí)也是特性最優(yōu)越的半導(dǎo)體！鑽石性能遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)在的主流矽晶?！歌嵤垢延迷谖О雽?dǎo)體的生產(chǎn)上(如臺(tái)灣領(lǐng)先世界的鑽石碟)。此外，鑽石可成為矽晶積體電路(IC)最好的絕緣體及CPU最快的散熱面，有如下述。

摩爾定律

人類科技進(jìn)步最快速的產(chǎn)品，即為積體電路(Integrated Circuit或IC)。1965年Intel的共同創(chuàng)始人Gordon Moore，曾大膽預(yù)言電腦CPU上的電晶體數(shù)目會(huì)以倍數(shù)成長(zhǎng)，這個(gè)所謂的摩爾定律(Moore’s Law)，迄今仍以每18個(gè)月成長(zhǎng)1倍的高速持續(xù)挺進(jìn)。由於電晶體的倍數(shù)成長(zhǎng)已超過(guò)40年，2007年Intel推出的Penryn4核心晶片上竟有高達(dá)8億2,000萬(wàn)個(gè)電晶體。

圖一：摩爾定律使IC內(nèi)電路的線寬急速變窄，而其厚薄的差異更只有線寬的1/10，這種設(shè)計(jì)規(guī)格，使製程的困難度大幅提高，因此IC電路極小時(shí)，電流信號(hào)(Signal)與亂流雜訊(Noise)就難以區(qū)分。

nm IC 由於電晶體越來(lái)越多，它的尺寸越來(lái)越小，而聯(lián)結(jié)電晶體的電路(Interconnect)也越來(lái)越密。上述的Penryn晶片線寬已小至45 nm，相當(dāng)於較小的濾過(guò)性病毒(Virus)?？梢赃@麼形容，Penryn是藥片大小的晶片，其上密佈接近中國(guó)人口總數(shù)，但比病菌小10倍的電路開(kāi)關(guān)。

2007年，只有Intel及臺(tái)積電(TSMC)有能力量產(chǎn)45nm的IC。但全球的其他主要半導(dǎo)體大戶，都加入IBM聯(lián)盟(Consortium)合作發(fā)展45nm的IC製程，預(yù)計(jì)在今年許多聯(lián)盟成員將陸續(xù)導(dǎo)入量產(chǎn)45nm的IC。

圖二：2007年Intel推出以High K Metal Gate的Penryn晶片(45nm)。

半導(dǎo)體的三國(guó)演義

值得注意的是，IBM不僅將移轉(zhuǎn)45nm的技術(shù)給晶圓代工的韓國(guó)三星(Samsung)及新加坡特許(Chartered Semiconductor)，更將技術(shù)賣給了中國(guó)的中芯。

中芯已開(kāi)始規(guī)劃在深圳成立研發(fā)中心，及建設(shè)8吋和12吋兩座晶圓廠，準(zhǔn)備接收IBM領(lǐng)先世界的技術(shù)。中芯本身也開(kāi)始在12吋晶圓上生產(chǎn)65nm的IC。臺(tái)積電及聯(lián)電雖是晶圓代工的龍頭，但面對(duì)IBM的技術(shù)輸出，將會(huì)被北、中、南的低價(jià)製造者聯(lián)合夾殺。Intel早看出國(guó)際無(wú)力封殺中芯，因此就進(jìn)行「以華制華」，它正緊鑼密鼓在大連建立12吋晶圓廠，將在2010年量產(chǎn)90nm的IC。可嘆的是臺(tái)灣目前仍只準(zhǔn)8吋晶圓帶180nm的技術(shù)登陸，以原始的武器和先進(jìn)的對(duì)手「境外交戰(zhàn)」。

中國(guó)已成為世界最大的晶片市場(chǎng)，2010年中芯規(guī)模將超越聯(lián)電，其製造成本會(huì)低於臺(tái)積電。臺(tái)灣晶圓代工主導(dǎo)世界的時(shí)代可能結(jié)束。臺(tái)積電應(yīng)和聯(lián)電聯(lián)盟或合併，組成「臺(tái)聯(lián)」對(duì)抗中、韓、新的3面包抄。臺(tái)積電更應(yīng)和中芯停止互控，在法庭外合解，雙方甚至可討論如何分工生產(chǎn)，以華人晶片佔(zhàn)據(jù)中國(guó)市場(chǎng)?！概_(tái)聯(lián)中」可和Intel及IBM聯(lián)盟演出「三國(guó)演義」，這樣臺(tái)灣就可以持續(xù)主導(dǎo)未來(lái)的晶圓代工。

圖三：IBM聯(lián)盟展示HKMG所製32nm IC的晶圓。圖中的聯(lián)盟成員代表包括IBM、Freescale、AMD、Samsung、Chartered Semiconductor、Infineon等公司。

High K Metal Gate

世界晶圓大戰(zhàn)的下一個(gè)關(guān)鍵，乃是發(fā)展32nm的製程技術(shù)。當(dāng)電晶體的Gate Gap進(jìn)入這個(gè)「次病毒」的領(lǐng)域時(shí)，其電極(多晶矽)的電阻太大，而且電流不穩(wěn)，必須改用金屬(Metal Gate)。更有甚者，絕緣層(二氧化矽)變得太薄(＜1nm)，只有不到10個(gè)原子的堆疊高度，這時(shí)電極的電子便會(huì)穿隧過(guò)去(Tunnel Through)，其結(jié)果為不僅造成漏電，而且使電晶體的開(kāi)關(guān)信號(hào)難以辨認(rèn)。

Intel為了解決這個(gè)漏電問(wèn)題，在設(shè)計(jì)45nm IC時(shí)就把電極改用鉿合金(Hf Alloy)，而其絕緣層則改為鉿化物(HfO2或HfC)。由於鉿化物的誘電率(Dielectric Constant或K)比氧化矽高得多，這種介金屬層的厚度可以加倍(＞2nm)，因此避免了穿隧的漏電。Intel的HKMG(High K Metal Gate)已用在Penryn的晶片上，其設(shè)計(jì)將延伸至32nm線寬的電晶體IC。IBM已驗(yàn)證HKMG可用在32nm的SRAM晶片上。臺(tái)積電雖成功的試製32nm的傳統(tǒng)IC，但尚未成功的開(kāi)發(fā)HKMG。聯(lián)電仍未生產(chǎn)45nm製程，更惶論HKMG了。

圖四：電晶體漏電示意圖。

半導(dǎo)體的散熱

Intel雖以HKMG解決了穿隧的漏電問(wèn)題，但卻有更多的電流，經(jīng)矽晶本身漏掉。原來(lái)矽晶為半導(dǎo)體，並非絕緣層，當(dāng)線寬細(xì)到45nm時(shí)，經(jīng)矽流失的電流已高達(dá)1/3。為了阻絕漏電，法國(guó)的Soitec發(fā)展出氧化矽絕緣層墊在電晶體下。這種技術(shù)稱為絕緣底半導(dǎo)體(Semiconductor On Insulator或SOI)。

SOI已大量用在電晶體緊密的晶片上，例如NVIDIA的繪圖晶片、及Sony的遊戲晶卡都用SOI晶片。然而SOI解除漏電危機(jī)，卻惡化了另一個(gè)更大的問(wèn)題，即目前半導(dǎo)體業(yè)束手無(wú)策的散熱瓶頸。晶片的生熱速度與熱源密度，已遠(yuǎn)超過(guò)煮飯的電爐，所以用晶片煮蛋會(huì)比電爐快得多。過(guò)去摩爾定律除了加密電晶體外，也同時(shí)加速電晶體的開(kāi)關(guān)速率。但當(dāng)這個(gè)速率快到4 GHz時(shí)，電晶體就有燒毀之虞。Intel不能解決這個(gè)問(wèn)題乃將單核心拆成雙核心。

Intel又將電晶體的時(shí)脈(Clock Speed)降下，再加大晶片把熱源分散。但這個(gè)轉(zhuǎn)進(jìn)策略只是以空間換取時(shí)間，當(dāng)線路的寬度更窄時(shí)，生熱的速率更快。Intel被迫只好將雙核心再拆成4核心，而8核心的產(chǎn)品也已經(jīng)上路。這種多核心的設(shè)計(jì)無(wú)法將CPU的運(yùn)算能力發(fā)揮盡致。臺(tái)灣已製成鑽銅散熱片，其熱傳導(dǎo)率可倍於現(xiàn)今散熱最快的銅散熱片。這種快速散熱片可避免晶片分成多核心而可組回單核心使用。

鑽石底半導(dǎo)體

SOI以氧化矽阻電，但氧化矽卻同時(shí)阻擋了熱流，所以晶片的時(shí)脈更難提升，為徹底解決這個(gè)難題，臺(tái)灣發(fā)明了鑽石底半導(dǎo)體(Semiconductor On diamond或SOD)。鑽石的熱傳導(dǎo)率(＞1,000 w/mk)比氧化矽高10倍以上。尤有進(jìn)者，鑽石的晶格是所有材料中最穩(wěn)定的。以SOD製造32nm的IC不僅可以降溫、加速，還可以避免背景輻射所引發(fā)的亂流(Noise)。32nm電晶體的電流信號(hào)極為微弱，因此矽晶內(nèi)自發(fā)的雜訊(Noise)會(huì)干擾開(kāi)關(guān)狀態(tài)判別，SOD新技術(shù)則可把雜訊降到最低。

IC內(nèi)的熱源，除了電晶體的開(kāi)關(guān)及漏電外，也來(lái)自銅導(dǎo)線內(nèi)電流所生電磁波彼此的干擾(RC Delay)。為了隔絕電磁波，銅線乃以低誘電(Low K或LK)材料製成。LK材料內(nèi)含大量氣孔，所以非常脆弱。當(dāng)線寬縮小到32nm時(shí)，LK材料的氣孔率大於50%。這種脆弱材料不僅難以蝕刻，更不能在CMP時(shí)拋光。

此外，LK材料也容易吸附水氣，變得更易於變質(zhì)。幸虧臺(tái)灣已發(fā)明先進(jìn)鑽石碟(Advanced Diamond Disk或ADDTM)。CMP時(shí)ADD可以低接觸應(yīng)力，快速拋光晶圓。LK材料也可使用鑽石和鐵氟龍的網(wǎng)路沈積生成，這樣不僅可以微影蝕刻，也不會(huì)吸附水氣。

全碳積體電路

電腦的中央處理單元(central Process Unit或CPU)，乃以矽晶製造電晶體(Transistor)，再以銅線連接(Interconnect)。電晶體的開(kāi)關(guān)乃以High K Gate(如Hf化合物)控製，而線路之間則以Low K Dielectric(如含HF的SiC)絕緣。

碳是奇蹟?shù)牟牧希尚纬蓪?dǎo)電率比銅高的單晶石墨層(Graphene)，石墨層可蝕刻成為奈米電路，層間可以奈米碳管導(dǎo)通。石墨和鑽石可以交互數(shù)層原子堆砌成超晶格(Supperlattice)。碳的超晶格具有極高的誘電(K)能力，但卻不會(huì)漏電，而且它可以在高電場(chǎng)下運(yùn)作。這種未來(lái)材料可取代鉿化合物的High K Metal Gate。除此之外，碳可和氟形成鐵弗龍(Teflen)似的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有極低(K=2)的誘電力和極高的電阻，它可取代現(xiàn)行的Low K脆弱材質(zhì)(如Black Diamond)。

上述的夢(mèng)幻設(shè)計(jì)可組成全碳的電路，其性能將遠(yuǎn)勝於現(xiàn)有的任何設(shè)計(jì)。全碳IC可延伸摩爾定律至線寬10nm以下。不僅如此，石墨及鑽石散熱速度超過(guò)銅的多倍。全碳CPU有內(nèi)建的散熱系統(tǒng)，它可使電晶體的運(yùn)作頻率遠(yuǎn)高於4GHz。摩爾定律的CPU原來(lái)為單晶片，但因不能解決CPU散熱問(wèn)題，於是拆成多核心，而靠加大面積避免熱源過(guò)度集中。

全碳CPU可使多核心重合成為單一晶片，讓摩爾定律回歸正統(tǒng)。

尤有進(jìn)者，鑽石半導(dǎo)體比矽晶耐溫及抗壓，而且它的運(yùn)算快速。鑽石的P型半導(dǎo)體可填入比矽晶更多的硼原子，而使電洞的濃度大增。鑽石的N型半導(dǎo)體可以鋰氮(LiN)滲透製成。鑽石半導(dǎo)體可和上述的全碳IC整合製成全碳CPU。由於鑽石是散熱極品，全碳CPU的體積會(huì)比矽晶小很多，但速度可高百倍。這種「神算機(jī)」可把人類的物質(zhì)文明推上顛峰，進(jìn)入永遠(yuǎn)的鑽石時(shí)代。

臺(tái)灣的科技向來(lái)尾隨西方的先行國(guó)家，但全碳CPU的發(fā)展可以領(lǐng)先世界。臺(tái)灣政府若有遠(yuǎn)見(jiàn)應(yīng)該加速發(fā)展鑽石科技把缺乏資源的臺(tái)灣建設(shè)成為「鑽石島」。摩爾定律所面對(duì)的漏電、散熱、拋光等難題都可以臺(tái)灣的鑽石科技迎刃而解。

450mm大晶圓

晶圓生產(chǎn)的成本，受限於晶圓上的晶片多寡。臺(tái)灣雖已加碼投資300mm晶圓廠成為最密集的生產(chǎn)國(guó)家，但I(xiàn)ntel、TSMC、Toshiba、Samsung已在規(guī)劃試製450mm(18吋)的晶圓，預(yù)計(jì)在2012年導(dǎo)入量產(chǎn)。但這麼大的晶圓其直徑比線寬大數(shù)千萬(wàn)倍，加上線路的電流對(duì)線寬的敏感度大增，晶圓表面在CMP拋光時(shí)其平坦度比300mm要求更高，目前的CMP技術(shù)根本辦不到。

圖五：Intel的Mike Goldstein手持矽粉燒結(jié)的450mm晶圓，及未來(lái)晶圓表面可能密佈電晶體(電流開(kāi)關(guān))的示意。這種大晶圓與小線寬(22nm)的比率可超過(guò)千萬(wàn)倍(107x)。一片晶圓上旳電晶體總數(shù)將超過(guò)全球人口總數(shù)的百倍。

幸虧臺(tái)灣推出ADD鑽石碟，可以把拋光墊表面修整得非常平坦但卻不溜滑，這樣就可把大晶圓快速拋光，而不傷及纖弱的銅導(dǎo)線路、與有氣孔的Low K絕緣及堅(jiān)硬的High K Metal Gate。SST-AP/Taiwan

圖六：ADD的面相(左圖)，其尖錐乃以微米鑽石在超高壓(6GPa)及高溫(1400℃)燒結(jié)製成。這是臺(tái)灣產(chǎn)品壟斷全球獨(dú)一無(wú)二的設(shè)計(jì)。右圖為下一世代的IDD產(chǎn)品，它乃由氣相沈積的多晶鑽石構(gòu)建而成，這也是臺(tái)灣的獨(dú)門絕活。

作者

宋健民，現(xiàn)為中國(guó)砂輪企業(yè)股份有限公司總經(jīng)理，亦為鑽石科技專利發(fā)明人。在CMP的領(lǐng)域，作者亦為臺(tái)灣品牌DiaGrid鑽石碟及ADD鑽石碟的發(fā)明人，亦協(xié)助Applied Materials發(fā)展eCMP，現(xiàn)正協(xié)助韓國(guó)的SKC及臺(tái)灣的IVT研究次世代的CMP Pad。

第二篇：半導(dǎo)體激光疼痛治療儀檢測(cè)制程

半導(dǎo)體激光疼痛治療儀檢測(cè)制程

1、檢測(cè)激光功率

檢測(cè)設(shè)備：光功率表、電源供應(yīng)器

檢測(cè)方法：把PCB接電流供應(yīng)器正負(fù)極，調(diào)整電源電壓4.2V、注意正負(fù)極，切不可接反，按下開(kāi)關(guān)，激光點(diǎn)亮。把激光器發(fā)光口貼到激光功率表授光面內(nèi)讀其最大值，在1.15—1.35MW之間為OK,否則調(diào)整PCB上的VR使其達(dá)到指定功率。

2、電壓檢測(cè)

檢測(cè)設(shè)備：電源供應(yīng)器、數(shù)字示波器

檢測(cè)方法：把電源供應(yīng)器調(diào)到4.2V與PCB電池的正負(fù)極接通，按下開(kāi)關(guān)，示波器調(diào)到電壓檔，用T探針接到彈簧的兩極測(cè)其電壓，旋轉(zhuǎn)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)大小，其電壓在140V—160V之間為OK.3、充電IC檢測(cè)

檢測(cè)設(shè)備：電源供應(yīng)器

檢測(cè)方法：把電源供應(yīng)器調(diào)到4.2V,接通PCB的充電接口，按下開(kāi)關(guān)，激光及電脈沖分別正常工作。OK

第三篇：質(zhì)量管理---IQC與制程整改建議范文

針對(duì)協(xié)作部門對(duì)于本部門兩項(xiàng)投訴內(nèi)容的改善意見(jiàn)和建議

2011年11月10日會(huì)后分析報(bào)告

報(bào)告人：顏 佳

針對(duì)協(xié)作部門對(duì)于本部門的兩項(xiàng)投訴內(nèi)容，11月10日上午本部門召開(kāi)了內(nèi)部通告會(huì)議，方經(jīng)理傳達(dá)了協(xié)作部門相關(guān)投訴內(nèi)容，現(xiàn)場(chǎng)要求各生產(chǎn)車間QE工程師總結(jié)兩方面的原因并做出改善意見(jiàn)和建議?，F(xiàn)針對(duì)IQC重復(fù)發(fā)生來(lái)料不良以及生產(chǎn)線制程控制環(huán)節(jié)薄弱這兩個(gè)投訴問(wèn)題提出一些自己淺顯的意見(jiàn)和建議，希望能夠幫助部門內(nèi)部的流程完善，一線品質(zhì)人員的判定立場(chǎng)和原則得到提升。

首先，說(shuō)一點(diǎn)題外話，但還是以質(zhì)量管理的八項(xiàng)基本原則出發(fā)，強(qiáng)調(diào)過(guò)程和方法，一切變革，改善都需要由內(nèi)而外。只有先解決了內(nèi)部問(wèn)題，才能夠著手去解決外部問(wèn)題。否則將是事倍功半，達(dá)不到預(yù)期效果。正如“其身正，不令而行。其身不正，雖令不從?！钡览矶际呛軠\顯的。但是作為目前的質(zhì)量管理部?jī)?nèi)部的隊(duì)伍建設(shè)和整個(gè)氛圍，都是各自為政，已經(jīng)形成一個(gè)凡事先從外部找原因的思維定勢(shì)。

所以，這里需要強(qiáng)調(diào)的是人與人之間的溝通及觀念的提升，“天下事非一人之所能獨(dú)力，事事欲有所為，必與其類同心共濟(jì)”，搞好品質(zhì)不是靠一個(gè)人或者幾個(gè)人就能把事情做得好，也需要一個(gè)分工協(xié)作的過(guò)程，各個(gè)部門不一樣，立場(chǎng)也就不一樣，看問(wèn)題的角度自然也不一樣。所以這就對(duì)于質(zhì)量管理人員來(lái)說(shuō)，必須要具備接納和換位思考的能力，只有接納他，才能更好的改變他。

要解決這個(gè)問(wèn)題，必須要統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，消除溝通失效，這就需要大量的培訓(xùn)和團(tuán)隊(duì)活動(dòng)提升凝聚力和彼此的信任度。

其次，對(duì)于制程控制這一塊，IPQC專業(yè)技能方面，目前僅停留在初級(jí)階段，僅僅是對(duì)于產(chǎn)品比較熟悉，對(duì)于自身的職責(zé)不夠清晰。制程中缺失數(shù)據(jù)監(jiān)控環(huán)節(jié)，IPQC在生產(chǎn)全過(guò)程，行使的只是基本的現(xiàn)場(chǎng)巡查，抽檢和不良判定三大基本職能。就判定這一方面，沒(méi)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件提供支持，造成在線IPQC該判不判，甚至不敢判的情況出現(xiàn)。試想一下，作為生產(chǎn)一線的IPQC而言，只有建議權(quán)，而沒(méi)有行使權(quán)，所以我們無(wú)法要求他們主動(dòng)去處理問(wèn)題，解決問(wèn)題。我們自然也就無(wú)法要求他們有很強(qiáng)的執(zhí)行力。畢竟人員素質(zhì)參差不齊。另外一點(diǎn)，我們是否有崗位說(shuō)明書，是否有將該崗位的作業(yè)內(nèi)容和職責(zé)告知該崗工作人員。

要解決這個(gè)問(wèn)題，首先是標(biāo)準(zhǔn)化的建立，完善制程相關(guān)文件，以標(biāo)準(zhǔn)文件作為他們的作業(yè)支撐，提供給他們可以操作的準(zhǔn)則做為依據(jù)，其次是充分放權(quán)，明確崗位權(quán)責(zé)，將相應(yīng)的權(quán)利下放給相關(guān)崗位和人員，主管領(lǐng)導(dǎo)切實(shí)支持各方面工作并加以肯定，以激勵(lì)他們正確的，有原則性的做出判定和敢于做出判定的能力。其三才是適時(shí)的加強(qiáng)專業(yè)技能方面的培訓(xùn)。否則我們的一線IPQC人員將變?yōu)槭褂霉ぞ叩墓ぞ?，操縱機(jī)器的機(jī)器，毫無(wú)價(jià)值可言。

另外，制程不在受控狀態(tài)的情況，在鄙人剛到車間四天的時(shí)間以內(nèi)，發(fā)生了兩次，有作業(yè)指導(dǎo)書，而且作業(yè)指導(dǎo)書上面有相關(guān)工序要求，作業(yè)人員不按照作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)IPQC不打單，不知會(huì)相關(guān)基層管理，只在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于作業(yè)人員進(jìn)行糾正，而糾正之后仍不在受控狀態(tài)，IPQC無(wú)任何對(duì)策，不了了之。那我們還做什么質(zhì)量？ 讓你在生產(chǎn)線玩了嗎？ 有問(wèn)題也不管，也不知道外部溝通協(xié)作，這跟閉門造車有什么分別？ 作業(yè)指導(dǎo)書作為體系文件的一部分，我們將他視為他律，而在線人員的自律又體現(xiàn)在哪里？ 脫離了自律的他律，就等于是白紙一張。

所以說(shuō)，還是要強(qiáng)調(diào)一個(gè)全員參與的過(guò)程，我們?cè)谧銎焚|(zhì)的過(guò)程當(dāng)中，與其他部門之間的溝通協(xié)作是必不可少的，前面談的要先解決自身問(wèn)題，但是在解決自身問(wèn)題的過(guò)程當(dāng)中，這種正常的溝通和協(xié)調(diào)是有必要的。而部門之間的配合程度，也在一定程度上決定了IPQC是否愿意反映問(wèn)題。

要解決流程失控這個(gè)問(wèn)題，不僅僅要對(duì)于生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量意識(shí)的灌輸和培訓(xùn)，而更為重要的是人的自律問(wèn)題。自律對(duì)于一線IPQC人員來(lái)說(shuō)，是相當(dāng)重要的。比如說(shuō)，政府頒布的法律法規(guī)，你去觸犯了，你就必須受到相應(yīng)的懲罰，而且你頒布的懲罰越重，老百姓的自律性就越高。

其三，IQC重復(fù)發(fā)生來(lái)料不良這個(gè)問(wèn)題，就質(zhì)量管理部而言，首先要理清思路，從源頭上著手，解決問(wèn)題。建立健全供應(yīng)商管理體系，從各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手，對(duì)來(lái)料進(jìn)行全面的掌控，只有將主動(dòng)權(quán)掌握在自己部門手上，才能更高質(zhì)量的保證生產(chǎn)用料的品質(zhì)。

首先，在新產(chǎn)品研發(fā)階段，專案工程師確認(rèn)用料涉及到采購(gòu)的，應(yīng)向供應(yīng)商索要承認(rèn)書，確認(rèn)該物料可用后，簽字確認(rèn)，并將承認(rèn)書以及剩余的樣本，交到IQC封樣存檔。該供應(yīng)商入選IQC合格供應(yīng)商名錄。而由采購(gòu)新開(kāi)發(fā)供應(yīng)商，樣品應(yīng)交研發(fā)部審核驗(yàn)證，再執(zhí)行如上程序。

其次，新開(kāi)發(fā)供應(yīng)商，以降低獨(dú)家供應(yīng)商供貨風(fēng)險(xiǎn)。保證每個(gè)元器件有2-3家合格供應(yīng)商，可供挑選。這樣做的意義，可以從性能，價(jià)格，交期三方面進(jìn)行比較，控制成本的同時(shí)不降低產(chǎn)品質(zhì)量，與供方互利。

其三，將采購(gòu)的一系列的采購(gòu)活動(dòng)，納入到供應(yīng)商管理體系的管理當(dāng)中來(lái)，采購(gòu)活動(dòng)發(fā)生的對(duì)象，必須為合格供應(yīng)商名錄之內(nèi)的合格供應(yīng)商。否則，IQC對(duì)于非在冊(cè)的物料，有拒絕接收的權(quán)利。當(dāng)然，對(duì)于特殊情況，必須作出讓步接收的，必須由IQC開(kāi)具書面材料，說(shuō)明原因，并請(qǐng)相關(guān)人員簽字確認(rèn)，以便于追溯。

其四，在有條件的情況下，比如采購(gòu)數(shù)量較大，盡量使用月結(jié)貨款的方式，以便于IQC對(duì)于物料質(zhì)量的判定，更具備主動(dòng)權(quán)。另外在供銷合同上，建議爭(zhēng)取品質(zhì)管理部門審核的權(quán)利，并約定質(zhì)量方面的要求，可以使用扣款，罰款等方式進(jìn)行控制。

其五，對(duì)于在錄的合格供應(yīng)商，在供貨三次以上，無(wú)質(zhì)量問(wèn)題的情況下，IQC部門可以適度放寬檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)AQL值。而對(duì)于來(lái)料檢驗(yàn)不良的供應(yīng)商，應(yīng)加嚴(yán)AQL值進(jìn)行檢驗(yàn)。同一供應(yīng)商出現(xiàn)兩次來(lái)料檢驗(yàn)不良，IQC對(duì)該供應(yīng)商作刪除合格供應(yīng)商名錄之處罰，并知會(huì)采購(gòu)部門，不得繼續(xù)采購(gòu)活動(dòng)。如需再次加入，必須重新送檢，承認(rèn)。

總之，作為IQC部門，必須充分掌控和健全合格供應(yīng)商管理體系，使之成為一個(gè)閉環(huán)，方能更好的保證來(lái)料質(zhì)量以及生產(chǎn)用料。但是，同時(shí)也就要求我們的IQC人員，有較強(qiáng)的專業(yè)技能和業(yè)務(wù)水平。整改和整頓的過(guò)程是漫長(zhǎng)的，只有持續(xù)改進(jìn)，就一定會(huì)有效果。當(dāng)然，也需要內(nèi)部和外部的各位同仁的大力支持。需要變革的推動(dòng)者，堅(jiān)定立場(chǎng)，獲得高層的支持，充分發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)的作用。以上，僅是本人的一些意見(jiàn)和建議，僅作為參考，如有不當(dāng)之處，還請(qǐng)批評(píng)，指正。

第四篇：制程防呆結(jié)訓(xùn)測(cè)試題與答案[范文模版]

制程防呆結(jié)訓(xùn)測(cè)試題答案

部門：

姓名：

得分：

一、填空，每項(xiàng)5分，共25分

1、防錯(cuò)法：又稱（愚巧法）、（防呆法）。是指沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的、做事馬虎的甚或愚笨的人來(lái)做,都不會(huì)出錯(cuò)的方法。是指在（過(guò)程失誤發(fā)生）之前就加以防止。

2、防錯(cuò)法、防呆法中，“錯(cuò)”與“呆”的理解：(發(fā)生錯(cuò)誤）、（效率低下）、(工作難度大）、（容易疲勞）。

3、主動(dòng)防呆是指采用專門防呆機(jī)構(gòu)，器具，儀器，軟件等工具或設(shè)計(jì)自動(dòng)化來(lái)防止失誤產(chǎn)生，特點(diǎn)是（不依賴操作者的注意力）。被動(dòng)防呆是指在機(jī)構(gòu)，夾具等設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)改善硬件的某些特性使人少犯錯(cuò)誤以實(shí)現(xiàn)防呆的手法，特點(diǎn)是（依賴操作者的注意力）。

4、防錯(cuò)法、防呆法的功用：(提升品質(zhì)）、（減少浪費(fèi)）、(提高效率）、（保證安全）。

5、防呆的基本思路：(削 除）、（替 代）、(簡(jiǎn) 化）、（檢 測(cè)）、（減 少）

二、簡(jiǎn)要敘述防呆的基本原則。（10分）

1、使作業(yè)的動(dòng)作輕松；

2、使作業(yè)不要技能與直覺(jué)；

3、使作業(yè)不會(huì)有危險(xiǎn) ；

4、使作業(yè)不依賴感官。

三、你認(rèn)為我們?nèi)粘９ぷ髦谐鲥e(cuò)的原因有哪些? 請(qǐng)舉例說(shuō)明（20分）

1、忘記；

2、對(duì)過(guò)程/作業(yè)不熟悉。

3、識(shí)別錯(cuò)誤。

4、缺乏工作經(jīng)驗(yàn)。

5、故意失誤。

6、疏忽。

7、行動(dòng)遲緩；

8、缺乏適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)指導(dǎo)；

9、突發(fā)事件

四、簡(jiǎn)要敘述防呆法的應(yīng)用原理，并分別就每種原理舉出自身工作生活的一個(gè)案例。（20分）

1.斷根原理：將會(huì)造成錯(cuò)誤的原因從根本上排除掉，使絕不發(fā)生錯(cuò)誤，藉“排除”的方法來(lái)達(dá)成。

2.保險(xiǎn)原理：藉用二個(gè)以上的動(dòng)作必需共同或依序執(zhí)行才能完成工作。

3.自動(dòng)原理：以各種光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、化學(xué)等原理來(lái)限制某些動(dòng)作的執(zhí)行或不執(zhí)行，以避免錯(cuò)

誤之發(fā)生。

4.相符原理：藉用檢核是否相符合的動(dòng)作，來(lái)防止錯(cuò)誤的發(fā)生。

5.順序原理：避免工作之順序或流程前后倒置，可依編號(hào)順序排列，可以減少或避免錯(cuò)誤的發(fā)生。

6.隔離原理：藉分隔不同區(qū)域的方式，來(lái)達(dá)到保獲某些地區(qū)，使其不能造成危險(xiǎn)或錯(cuò)誤的現(xiàn)象發(fā)生。隔離原理亦稱保護(hù)原理。

7.復(fù)制原理：同一件工作，如需做二次以上，最好采用“復(fù)制”方式來(lái)達(dá)成，省時(shí)又不錯(cuò)誤。8.層別原理：為避免將不同之工作做錯(cuò)，而設(shè)法加以區(qū)別出來(lái)。

9.警告原理：如有不正常的現(xiàn)象發(fā)生，能以聲光或其它方式顯示出各種“警告”的訊號(hào)，以避免錯(cuò)誤的發(fā)生。

五、您認(rèn)為咱們公司的防呆運(yùn)用狀況如何？關(guān)于防呆應(yīng)樹(shù)立什么樣的觀點(diǎn)？（25分）

1.自檢和互檢是最基礎(chǔ)但有效的防呆方式。

2.防呆裝置并不需要大量的資金投入或很高的技術(shù)。

3.任一作業(yè)均可通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)時(shí)加入防呆技術(shù)而防止人為失誤。4.通過(guò)持續(xù)過(guò)程改善和防呆，零缺陷是可以實(shí)現(xiàn)的。5.防呆應(yīng)立足于預(yù)防，在設(shè)計(jì)開(kāi)始即應(yīng)考慮各過(guò)程操作時(shí)的防呆方法。

6.在所有可能產(chǎn)生問(wèn)題的場(chǎng)所均考慮防呆方法。

第五篇：半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

半導(dǎo)體材料與器件發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)

材料是人類社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)與先導(dǎo)。每一種重大新材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用都把人類支配自然的能力提高到一個(gè)全新的高度。材料已成為人類發(fā)晨的里程碑。本世紀(jì)中期單晶硅材料和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研究成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)大革命。使微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)得到飛速發(fā)展。從20世紀(jì)70年代的初期，石英光纖材料和光學(xué)纖維的研制成功，以及GaAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功與半導(dǎo)體激光器的發(fā)明，使光纖通信成為可能，目前光纖已四通八達(dá)。我們知道，每一束光纖，可以傳輸成千上萬(wàn)甚至上百萬(wàn)路電話，這與激光器的發(fā)明以及石英光纖材料、光纖技術(shù)的發(fā)展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先進(jìn)生長(zhǎng)技術(shù)發(fā)展和完善以及超品格量子阱材料包括一維量子線、零維量子點(diǎn)材料的研制成功。徹底改變了光電器件的設(shè)計(jì)思想。使半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)與制造從過(guò)去的雜質(zhì)工程發(fā)展到能帶工程。出現(xiàn)了以“電學(xué)特性和光學(xué)特性的剪裁”為特征的新范疇，使人類跨入到以量子效應(yīng)為基礎(chǔ)和低維結(jié)構(gòu)為特征的固態(tài)量子器件和電路的新時(shí)代，并極有可能觸發(fā)新的技術(shù)革命。半導(dǎo)體微電子和光電子材料已成為21世紀(jì)信息社會(huì)的二大支柱高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料。它的發(fā)展對(duì)高速計(jì)算、大容量信息通信、存儲(chǔ)、處理、電子對(duì)抗、武器裝備的微型化與智能化和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及國(guó)家的安全等都具有非常重要的意義。

一、幾種重要的半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

1.硅單晶材料

硅單晶材料是現(xiàn)代半導(dǎo)體器件、集成電路和微電子工業(yè)的基礎(chǔ)。目前微電子的器件和電路，其中有90％到95％都是用硅材料來(lái)制作的。那么隨著硅單晶材料的進(jìn)一步發(fā)展，還存在著一些問(wèn)題亟待解決。硅單晶材料是從石英的坩堝里面拉出來(lái)的，它用石墨作為加熱器。所以，來(lái)自石英里的二氧化硅中氧以及加熱器的碳的污染，使硅材料里面包含著大量的過(guò)飽和氧和碳雜質(zhì)。過(guò)飽和氧的污染，隨著硅單晶直徑的增大，長(zhǎng)度的加長(zhǎng)，它的分布也變得不均勻；這就是說(shuō)材料的均勻性就會(huì)遇到問(wèn)題。雜質(zhì)和缺陷分布的不均勻，會(huì)使硅材料在進(jìn)一步提高電路集成度應(yīng)用的時(shí)候遇到困難。特別是過(guò)飽和的氧，在器件和電路的制作過(guò)程中，它要發(fā)生沉淀，沉淀時(shí)的體積要增大，會(huì)導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生，這將直接影響器件和電路的性能。因此，為了克服這個(gè)困難，滿足超大規(guī)模集成電路的集成度的進(jìn)一步提高，人們不得不采用硅外延片，就是說(shuō)在硅的襯底上外延生長(zhǎng)的硅薄膜。這樣，可以有效地避免氧和碳等雜質(zhì)的污染，同時(shí)也會(huì)提高材料的純度以及摻雜的均勻性。利用外延方法，還可以獲得界面非常陡、過(guò)渡區(qū)非常窄的結(jié)，這樣對(duì)功率器件的研制和集成電路集成度進(jìn)一步提高都是非常有好處的。這種材料現(xiàn)在的研究現(xiàn)狀是6英寸的硅外延片已用于工業(yè)的生產(chǎn)，8英寸的硅外延片，也正在從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)生產(chǎn)；更大直徑的外延設(shè)備也正在研制過(guò)程中。

除此之外，還有一些大功率器件，一些抗輻照的器件和電路等，也需要高純區(qū)熔硅單晶。區(qū)熔硅單晶與直拉硅單晶拉制條件是不一樣的，它在生長(zhǎng)時(shí)，不與石英容器接觸，材料的純度可以很高；利用這種材料，采用中子摻雜的辦法，制成N或P型材料，用于大功率器件及電路的研制，特別是在空間用的抗輻照器件和電路方面，它有著很好的應(yīng)用前景。當(dāng)然還有以硅材料為基礎(chǔ)的SOI材料，也就是半導(dǎo)體/氧化物/絕緣體之意，這種材料在空間得到了廣泛的應(yīng)用?？傊?，從提高集成電路的成品率，降低成本來(lái)看的話，增大硅單晶的直徑，仍然是一個(gè)大趨勢(shì)；因?yàn)?，只有材料的直徑增大，電路的成本才?huì)下降。我們知道硅技術(shù)有個(gè)摩爾定律，每隔18個(gè)月它的集成度就翻一番，它的價(jià)格就掉一半，價(jià)格下降是同硅的直徑的增大密切相關(guān)的。在一個(gè)大圓片上跟一個(gè)小圓片上，工藝加工條件相同，但出的芯片數(shù)量則不同；所以說(shuō)，增大硅的直徑，仍然是硅單晶材料發(fā)展的一個(gè)大趨勢(shì)。那我們從提高硅的集成度來(lái)看，最終要研制出適用于硅深亞微米乃至硅納米工藝所需要的硅外延片，將會(huì)成為硅材料發(fā)展的主流。

目前硅技術(shù)的線條發(fā)展越來(lái)越細(xì)了?，F(xiàn)在我們國(guó)家的909工程是0.35微米的工藝，可以做到0.25微米；然而隨著集成度的提高，要求光刻線條越來(lái)越細(xì)，是否有個(gè)極限呢？當(dāng)線條的寬度變到35個(gè)納米的時(shí)候，或者比35個(gè)納米更小的時(shí)候，或許就是硅集成電路的“極限”，當(dāng)然這個(gè)極限不是物理的極限。因?yàn)檫@個(gè)所謂的極限預(yù)測(cè)過(guò)多次，曾經(jīng)預(yù)測(cè)過(guò)1微米是硅線條的極限，后來(lái)是0.5微米，又變到0.35微米，現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室的0.18微米的集成電路也已經(jīng)做出來(lái)了。通過(guò)人們的努力和新的技術(shù)的發(fā)明，線條也許還可以進(jìn)一步的減小，當(dāng)然它最終將受到量子力學(xué)測(cè)不準(zhǔn)原理、光速和熱力學(xué)的限制。這里講的所謂的技術(shù)限制，就是說(shuō)在目前這樣的條件和技術(shù)下，它能夠達(dá)到的一個(gè)極限。我們知道現(xiàn)在的集成電路的布線可多達(dá)七、八層以上。如果多層分布的連線過(guò)長(zhǎng)，那么電子從一個(gè)器件到另一個(gè)器件的所需的時(shí)間完全消耗在走的路上了。也就是說(shuō)，延遲時(shí)間限制了速度的進(jìn)一步提高。硅材料雖然可能到21世紀(jì)的中期仍將占有很重要的地位，然而，硅微電子技術(shù)最終是難以滿足人們對(duì)更大信息量的需求的；所以，發(fā)展新型半導(dǎo)體材料比如說(shuō)Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料，超晶格量子阱材料以及硅基鍺硅合金材料等，作為硅材料的一個(gè)替補(bǔ)材料也是很重要的。

2.GaAs和InP等Ⅲ-Ⅴ族化合物材料

GaAs和InP等Ⅲ-Ⅴ族化合物材料可能是一個(gè)好的替補(bǔ)材料。我們知道硅材料是間接帶隙材料，它的發(fā)光效率很低，所以它不可能作為光電集成的基礎(chǔ)材料，用硅來(lái)做發(fā)光管、激光器目前還是不可能的。那么Ⅲ-Ⅴ族化合物材料，像GaAs和InP，首先，它的電子的光躍遷不需要聲子的參與，它的發(fā)光效率很高；與硅相比，它的電子的漂移速度高，同時(shí)它耐高溫，抗輻照；與此同時(shí)，作為微電子器件來(lái)講，它具有高速、高頻，低噪音，故在光電子器件和光電集成方面，占據(jù)非常獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。Ⅲ-Ⅴ族化合物,現(xiàn)在的市場(chǎng)情況怎么樣呢？隨著移動(dòng)通信的發(fā)展，目前工作在0.8GHz以下的手機(jī)，是以硅材料為主體，那么到2.2GHz的時(shí)候，或超過(guò)這個(gè)頻段到7.5GHz的時(shí)候，硅材料作為它的接收和發(fā)射器件或電路，可能就不行了；這個(gè)時(shí)候，一定要用GaAs, InP或者GeSi材料。從光纖通信來(lái)看，也是如此。所以說(shuō)從移動(dòng)通信和光纖通信的發(fā)展需求看，對(duì)半導(dǎo)體Ⅲ-Ⅴ族化合物材料，特別是用于集成電路的GaAs材料的需求，將會(huì)每年以20％到30％的速度增長(zhǎng)。那么它的研究現(xiàn)狀是怎么樣的呢？以GaAs, InP為代表的Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料，兩英寸和三英寸的n型的和p型的材料，基本上能夠滿足現(xiàn)代的微電子和光電子器件的需求。沒(méi)有摻雜的半絕緣體的GaAs單晶材料，它是GaAs集成電路的一個(gè)基礎(chǔ)材料，目前主要采取一種叫作液封直拉法LEC的方法制造。就是將GaAs熔體放置在一個(gè)熱解BN的坩堝里面，因?yàn)锳s是易揮發(fā)的，而氧化砷有很大毒性，因此在它上面覆蓋一層材料，比如說(shuō)三氧化二硼。三氧化二硼的熔點(diǎn)低于GaAs的熔點(diǎn)，可以把熔體的GaAs覆蓋起來(lái)。在單晶爐里面充了很高的氣壓，使As不能揮發(fā)出來(lái)，然后把GaAs籽晶通過(guò)氧化硼這個(gè)透明的液體伸入到GaAs的熔體里面拉晶。這項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)，叫做液封直拉法。目前用這種辦法，直徑為兩英寸、三英寸、四英寸的片材已經(jīng)商品化。我們國(guó)家可以拉制三英寸GaAs單晶。兩英寸的可以小批量生產(chǎn)。在國(guó)際上，六英寸的半絕緣砷化單晶已在實(shí)驗(yàn)室里拉制成功。

這種材料也存在的問(wèn)題。半絕緣體GaAs的純度與硅相比，是遠(yuǎn)不如硅的。硅可以做得非常純，有12個(gè)9的純度。就是10－6PPM，就是說(shuō)它的雜質(zhì)的含量?jī)H為百萬(wàn)分之一PPM。但GaAs呢，僅僅只有6個(gè)9，就是一個(gè)PPM，即它的雜質(zhì)和缺陷的濃度高達(dá)一個(gè)PPM。所以說(shuō)GaAs半絕緣體的性質(zhì)并不是由純度高、雜質(zhì)少?zèng)Q定的，而是由雜質(zhì)和缺陷互相補(bǔ)償，這樣的材料實(shí)際上是電學(xué)補(bǔ)償導(dǎo)致的高阻材料。這種材料的熱學(xué)穩(wěn)定性較差，在器件工藝的熱處理過(guò)程中，缺陷產(chǎn)生、雜質(zhì)缺陷絡(luò)合等，可能改變它的導(dǎo)電性能。這是什么原因呢？我們知道，硅是一個(gè)元素半導(dǎo)體，它只有兩種點(diǎn)缺陷，即硅的空位和硅間隙。那么對(duì)于Ⅲ-Ⅴ族材料，它的點(diǎn)缺陷就有六種，有兩種空位，兩種間隙，兩種反位的缺陷。比如As占了Ga位，Ga占了As位，這都是點(diǎn)缺陷。這些缺陷都對(duì)導(dǎo)電性能產(chǎn)生影響。所以對(duì)這種材料，如果把它的雜質(zhì)和缺陷絡(luò)合物加起來(lái)的話，缺陷就更多了，因而這種材料的制作是非常困難的。它是用LEC法拉制的。晶體拉制過(guò)程中，在固體與液體交界面處，它的溫度剃度比較大，在晶體內(nèi)部存在著大的應(yīng)力；在晶體冷卻過(guò)程中應(yīng)力的釋放將產(chǎn)生大量缺陷，它的位錯(cuò)密度非常高。所以說(shuō)這種材料目前存在著很多的問(wèn)題要求克服。從硅來(lái)講，硅可以做到無(wú)位錯(cuò)，所以說(shuō)它可以用于制作超大規(guī)模集成電路。比如說(shuō)，對(duì)于一個(gè)平方微米內(nèi)有一個(gè)器件，或多個(gè)器件的電路，那么GaAs就不行了；因?yàn)?，它每一個(gè)平方厘米就有一萬(wàn)個(gè)以上的缺陷。如果一個(gè)器件，碰到這個(gè)缺陷，那么整個(gè)電路就失效了。所以說(shuō)，用GaAs研制大規(guī)模集成電路，它的質(zhì)量還有待提高。

Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料的發(fā)展趨勢(shì)，也可以總結(jié)為下面幾點(diǎn)。從提高它的價(jià)格和性能比來(lái)看，增大直徑仍是大趨勢(shì)，只有增大直徑，它的價(jià)格才可能進(jìn)一步降低。從另外一個(gè)方面來(lái)講，為滿足大規(guī)模集成電路和光電器件的襯底的需求，它的位錯(cuò)密度必須降下去。要降到每個(gè)平方厘米1000或100以下，甚至更小，這最終取決于集成度和材料將要用在什么地方。我剛才講到，GaAs的高阻性能是雜質(zhì)與缺陷補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果，很不均勻；如何提高這種材料的電學(xué)和光學(xué)均勻性，也是需要解決和克服的問(wèn)題。此外，還要重視片材制備技術(shù)，即要做到片材拿來(lái)就可以用的要求，不需要再去拋光或腐蝕和再去作其他的處理。這就是說(shuō)，要將拉制的錠條進(jìn)行滾圓、磨定位邊、拋光和在保護(hù)氛圍下將拋好的片子封裝起來(lái)等。當(dāng)然，還要求片材的表面沒(méi)有被損傷，除了肉眼看不見(jiàn)的損傷以外，亞表面損傷，即在材料的表層下面，比如說(shuō)幾十個(gè)納米以下的地方，人的肉眼甚至光學(xué)顯微鏡看不見(jiàn)的損傷也是不能有的。即在片材制備的過(guò)程中，不能在它的表皮下面一層產(chǎn)生應(yīng)力或缺陷。

3.半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料

比如說(shuō)GaAlAs和GaAs的晶格常數(shù)相差很小，而它們的禁帶的寬度不同。GaAlAs的寬度要大于GaAs的，把這兩種半導(dǎo)體材料用新的生長(zhǎng)技術(shù)，像分子束外延技術(shù)，金屬有機(jī)化合物化學(xué)汽相淀積技術(shù)等一層一層的、周期性的生長(zhǎng)出來(lái)。這個(gè)周期人為地可以控制，不像硅單晶，它的晶格常數(shù)是一定的；這樣的結(jié)構(gòu)，我們稱為超晶格結(jié)構(gòu)。這種超晶格結(jié)構(gòu)的想法，是1969年由日本的江琦和美籍華人朱兆祥提出來(lái)的，而且江琦因此獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。我們知道，超晶格的概念提出來(lái)的時(shí)候，還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)這種想法的技術(shù)，只是從理論上預(yù)測(cè)這種結(jié)構(gòu)會(huì)有很多新的性質(zhì)。一直到20世紀(jì)70年代中期的時(shí)候，分子束外延技術(shù)的發(fā)展，還有MOCVD技術(shù)的發(fā)展，才使這種材料生長(zhǎng)得到了實(shí)現(xiàn)。我們知道，現(xiàn)在的分子束外延，MOCVD可以控制一個(gè)原子層一個(gè)原子層的生長(zhǎng)，界面的陡峭度也可以做到單原子層。由于這種材料的結(jié)構(gòu)可以人為地改變，可以設(shè)計(jì)一個(gè)程序，通過(guò)計(jì)算機(jī)的控制，把它生長(zhǎng)出來(lái)；如果設(shè)計(jì)的是一個(gè)器件結(jié)構(gòu)，那么它的電學(xué)和光學(xué)的性質(zhì)則可由人工控制，所以，能帶工程設(shè)計(jì)是研制新一代量子器件的基礎(chǔ)。

4.高溫半導(dǎo)體材料

主要介紹幾種重要的高溫半導(dǎo)體材料。如Ⅲ族氮化物，它主要有GaN、AlGaN和InGaN等，它不僅僅是一個(gè)高溫微電子材料，也是很好的光電子材料。比如現(xiàn)在發(fā)藍(lán)光、綠光的半導(dǎo)體發(fā)光二極管和激光器，就是用這種材料作出來(lái)的。另外，碳化硅，立方氮化硼和金剛石，也是很好的高溫半導(dǎo)體材料。當(dāng)然，要達(dá)到應(yīng)用，還存在很多問(wèn)題要解決。這類材料，主要是應(yīng)用在一些惡劣的環(huán)境，像在高溫、航空、航天、石油鉆探等方面?，F(xiàn)在的電視，廣播發(fā)射臺(tái)仍然用的是一人高的電子管，它的壽命短、笨重且耗電多。那么將來(lái)，若用碳化硅和氮化鎵材料制成的數(shù)字電視用發(fā)射模塊的話，有可能使體積大大減少，壽命增加。從研究現(xiàn)狀來(lái)看，美國(guó)西屋公司，已經(jīng)研制成功的4H碳化硅的晶體管的功率已達(dá)到了400瓦。在碳化硅襯底上生長(zhǎng)GaN制成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，功率也已達(dá)2.3瓦。GaN高電子遷移率晶體管的最高頻率已做到67GHz。那么這種材料存在的問(wèn)題是什么呢？例如GaN，這種材料沒(méi)有好的襯底，現(xiàn)在都是在藍(lán)寶石襯底上外延生長(zhǎng)的。GaN外延層的位錯(cuò)密度高達(dá)每平方厘米108以上；所幸的是這種材料的鍵能比較強(qiáng)，即使這么高的位錯(cuò)密度，作為發(fā)光管，它的壽命仍然可以達(dá)到10萬(wàn)小時(shí)以上。但是用這種材料作激光器，如藍(lán)光或綠光激光器的話，這么高的缺陷密度是不行的。此外金剛石單晶薄膜制備，是另一個(gè)重要方向。金剛石有著比氮化鎵更大的禁帶寬度，可以耐更高的溫度，它抗腐蝕性能好，可工作在非常惡劣的環(huán)境。但是，這種材料存在主要的一個(gè)問(wèn)題是單晶薄膜生長(zhǎng)非常難。至今還沒(méi)有人能夠生長(zhǎng)出單晶金剛石薄膜。P型金剛石材料已經(jīng)研制出來(lái)，但N型摻雜至今沒(méi)有完全解決。單晶金剛石薄膜是一個(gè)具有非常重要應(yīng)用前景的材料，但要實(shí)用，還要走很長(zhǎng)的路。

二、低維半導(dǎo)體材料和量子器件

1.一維量子線和零維量子點(diǎn)材料

維的定義是構(gòu)成空間中的每一個(gè)因素，如長(zhǎng)、寬、高，甚至?xí)r間，都可以叫做一個(gè)維。若不考慮時(shí)間，空間是三維的，平面是二維的，而直是一維的，零維的就是一個(gè)點(diǎn)。如果載流子僅在一個(gè)方向可以自由運(yùn)動(dòng)，在另外兩個(gè)方向受到約束，那么這種材料我們稱為量子線材料。如果在載流子運(yùn)動(dòng)的三個(gè)方向都受到約束，就是說(shuō)它只能在一個(gè)小點(diǎn)內(nèi)或就像在一個(gè)小箱子里頭運(yùn)動(dòng)，這時(shí)，電子的運(yùn)動(dòng)受到了三維的約束，我們稱之為量子點(diǎn)。按照量子力學(xué)原理，量子點(diǎn)里的電子或空穴，它的能量是量子化的。因?yàn)樗豢梢宰杂蛇\(yùn)動(dòng)，它只能是一級(jí)一級(jí)地跳躍。量子點(diǎn)的這種分立的態(tài)密度函數(shù)與體材料是截然不同的，體材料是拋物線分布，量子線則像脈沖一樣的函數(shù)分布，量子點(diǎn)則完全是分立的線，就像分子光譜那樣，這樣的密度函數(shù)就決定了低維材料有著非常優(yōu)越的性能。隨著材料尺寸減小，維度降低，量子尺寸效應(yīng)、量子干涉效應(yīng)、量子隧穿、庫(kù)侖阻塞效應(yīng)變得越來(lái)越明顯。這就構(gòu)成了量子器件的基礎(chǔ)，這完全不同于基于PN結(jié)里面電子、空穴通過(guò)擴(kuò)散和漂移運(yùn)動(dòng)的器件，它是一種嶄新的器件。量子點(diǎn)可以是半導(dǎo)體材料，也可以是金屬材料做成?；谶@種量子效應(yīng)的新器件，很可能成為新一代微電子技術(shù)、光電子技術(shù)的發(fā)展的基礎(chǔ)，它是一個(gè)有著非常重要應(yīng)用前景的研究領(lǐng)域。

這種低維材料有哪些特點(diǎn)呢？為什么會(huì)引起人們的興趣？首先，它的工作頻率高。假設(shè)一個(gè)電子在一個(gè)10個(gè)納米的線上運(yùn)動(dòng)，若電子在真空中運(yùn)動(dòng)的速度接近光速，那么我們可以算出它通過(guò)10nm線所需時(shí)間，電子從這一點(diǎn)飛到那一點(diǎn)，中間若不經(jīng)過(guò)任何的散射，就像一個(gè)炮彈打過(guò)來(lái)，所以它的工作頻率可以非常高，可達(dá)到1000GHz以上?，F(xiàn)在做到的InP基P-HEMT器件，最高頻率已達(dá)600GHz。其次它具有很高的集成度。因?yàn)檫@種器件非常小，可以做到每個(gè)平方厘米1010個(gè)器件以上，相當(dāng)于每平方厘米有100億個(gè)器件。第三功耗很小。從光電子器件的激光器看，用這種材料制成的量子點(diǎn)激光器的閾值電流密度非常低。所謂閾值，就像一個(gè)門檻，當(dāng)注入激光器的電流高于這個(gè)門檻的時(shí)候，發(fā)光不再是向四面八方的自發(fā)輻射，而是光突然集中起來(lái)了，沿著一個(gè)方向發(fā)射出相干的光，稱為激光。用低維材料制成的激光器，它的閾值電流密度是非常低的。原因就是由于它分立的態(tài)密度函數(shù)決定了的。它的量子轉(zhuǎn)換效率非常高，它的調(diào)制速度很高，它激光的線寬非常窄，這是因?yàn)樗从诠潭ǚ至⒘孔幽芗?jí)之間的躍遷；窄的線寬在光纖通信上是非常有用的。所以說(shuō)這種材料在光電子和微電子技術(shù)應(yīng)用上，特別在將來(lái)的納米電子學(xué)、光子學(xué)以及新一代的超大規(guī)模集成電路方面都有著重要的應(yīng)用前景，極有可能觸發(fā)新的技術(shù)革命。這里強(qiáng)調(diào)的低維半導(dǎo)體材料實(shí)際上是一個(gè)人工設(shè)計(jì)、通過(guò)先進(jìn)技術(shù)如MBE等制造的材料，但是這種材料自然界是不存在的?；谶@種新型半導(dǎo)體材料的新一代量子器件，很可能成為21世紀(jì)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要支柱。

MBE等生長(zhǎng)技術(shù)與精細(xì)加工技術(shù)相結(jié)合，可以制備出量子線、量子點(diǎn)材料。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就是可以人為地控制量子線的形狀、尺寸、密度。它的缺點(diǎn)是電子束的曝光。干法、濕法刻蝕技術(shù)制備的量子結(jié)構(gòu)尺寸遠(yuǎn)比生長(zhǎng)厚度大，目前最好為幾十個(gè)納米。剛才講的量子阱的材料的阱寬可以控制到一個(gè)單原子層。一個(gè)單原子層就是幾個(gè)埃，零點(diǎn)幾個(gè)納米。要保證橫向尺寸同縱向尺寸一樣，現(xiàn)在的加工技術(shù)是做不到的，要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，需要發(fā)展新的加工技術(shù)。我們知道，用電子束曝光也好，離子束注入隔離也好，都要產(chǎn)生缺陷。沿直線兩邊產(chǎn)生的損傷，都會(huì)成為散射中心。電子沿著這樣的直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)碰到損傷的地方，就發(fā)生散射，其結(jié)果使低維材料所具有的優(yōu)異特性，就被這些缺陷完全抵消掉了。所以用這種技術(shù)制備的低維材料，要想真正達(dá)到理論上預(yù)計(jì)的性能，必須要發(fā)展一種高空間分辨和沒(méi)有損傷的加工技術(shù)。

2.基于低維半導(dǎo)體材料的量子器件的研究和發(fā)展現(xiàn)狀

量子線調(diào)制摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，共振隧穿二極管和三極管等都已經(jīng)研制成功。單電子器件，單電子存儲(chǔ)器和單電子晶體管也分別于1993年和1994年在實(shí)驗(yàn)室研制成功。這是一個(gè)單電子存儲(chǔ)器原形器件，源和漏之間有一條寬為10納米的線，線中間是一個(gè)7×7納米量子點(diǎn)，線與量子點(diǎn)之間有兩個(gè)縮徑，比10納米還要小?；趲?kù)侖阻塞效應(yīng)的單電子器件的工作原理是兩邊是金屬電極，中間是一個(gè)小島，如果這個(gè)島的面積足夠小，它的電容也就非常小。如果有一個(gè)電子已經(jīng)在這個(gè)小島上，當(dāng)另外一個(gè)電子進(jìn)入這個(gè)小島時(shí)，這兩個(gè)電子則相互排斥，使系統(tǒng)能量提高，致使第二個(gè)電子也無(wú)法進(jìn)入這個(gè)小島；同時(shí)，處在這個(gè)狀態(tài)的電子也不可能自由地跑走，而要留在這個(gè)島上；只有當(dāng)加一個(gè)偏壓使第一個(gè)電子離開(kāi)這個(gè)小島后，下一個(gè)電子才會(huì)再來(lái)。而有電子和沒(méi)有電子相應(yīng)于0和1態(tài)，這就是單電子存貯器的基本原理。如何利用STM去制作單電子器件？它是在硅襯底上首先氧化生成SiO2，然后鍍上金屬鈦薄膜，在針尖和鈦金屬膜間放點(diǎn)純水，加電場(chǎng)使鈦氧化，氧化鈦是不導(dǎo)電的，而鈦是導(dǎo)電的，只要按一定的圖形就可以做出一個(gè)單電子晶體管來(lái)。當(dāng)有一個(gè)電子到這個(gè)小島上以后，它就會(huì)被陷在島上，只有當(dāng)加一個(gè)偏壓將這個(gè)電子移走以后，第二個(gè)電子才能來(lái)，那就完成了一個(gè)0，1操作。這就是上面說(shuō)的單電子存儲(chǔ)器的工作原理。最近，據(jù)報(bào)道，在單電子存儲(chǔ)器的原形樣機(jī)的研制上已取得了突破進(jìn)展。日本用0.25微米的工藝模擬了一個(gè)單電子存儲(chǔ)器電路，獲得成功。我這里講的所謂單電子，可能不止是一個(gè)電子，可能有十幾個(gè)或幾十個(gè)電子。與現(xiàn)在的幾千，幾萬(wàn)個(gè)電子的存儲(chǔ)器來(lái)說(shuō)，功耗是小多了，存儲(chǔ)密度也高多了。

低維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)發(fā)展很快，取得很大進(jìn)展，但存在很多問(wèn)題。除了超晶格、量子阱的材料在微電子器件、光電子器件中已經(jīng)得到使用以外，納米器件研制也已經(jīng)開(kāi)始。人們利用STM和AFM這種技術(shù)可以研制分立的器件已經(jīng)不是非常困難的了，但是我們所關(guān)心的是要做到每平方厘米制造上億或更多的器件，而且要連在一起形成一個(gè)電路，目前還是難以實(shí)現(xiàn)的。采取什么樣的連結(jié)方式，什么樣的技術(shù)，還沒(méi)有解決。從現(xiàn)在來(lái)看，如果使用GaAs材料，要制成0.1mm的工藝的器件，要在4.2度K下，才可以工作。在50個(gè)納米的情況下，工作溫度也要在77K。因而必須發(fā)展納米加工工藝，才能夠滿足納米器件在室溫下的工作需要。這種工藝應(yīng)該是無(wú)損傷的納米加工工藝。若能在每一個(gè)探針上配一個(gè)可三維移動(dòng)的微機(jī)械，100×100的陣列，就是一萬(wàn)個(gè)探針，自動(dòng)控制一次制作一個(gè)芯片就成為可能。設(shè)想中這個(gè)納米加工技術(shù)，據(jù)報(bào)道目前已經(jīng)做到了16×16的規(guī)模。納米技術(shù)采用什么材料，也有很多問(wèn)題。硅材料本身雖然很好，加之天然SiO2的絕緣介質(zhì)，真可以說(shuō)是天賜的！但作為絕緣隔離器件的二氧化硅是非晶，雜質(zhì)、缺陷、表面和界面態(tài)的存在，使它作為納米電子學(xué)的基礎(chǔ)材料也會(huì)遇到問(wèn)題。我們剛才講的SK生長(zhǎng)模式，量子點(diǎn)的密度、形狀、尺寸是比較難以控制的。