第一篇：半導(dǎo)體材料測(cè)試技術(shù)

常規(guī)材料測(cè)試技術(shù)

一、適用客戶：

半導(dǎo)體，建筑業(yè)，輕金屬業(yè)，新材料，包裝業(yè)，模具業(yè)，科研機(jī)構(gòu)，高校，電鍍，化工，能源，生物制藥，光電子，顯示器。

二、金相實(shí)驗(yàn)室

? Leica DM/RM 光學(xué)顯微鏡

主要特性：用于金相顯微分析，可直觀檢測(cè)金屬材料的微觀組織，如原材料缺陷、偏析、初生碳化物、脫碳層、氮化層及焊接、冷加工、鑄造、鍛造、熱處理等等不同狀態(tài)下的組織組成，從而判斷材質(zhì)優(yōu)劣。須進(jìn)行樣品制備工作，最大放大倍數(shù)約1400倍。

? Leica 體視顯微鏡

主要特性：

1、用于觀察材料的表面低倍形貌，初步判斷材質(zhì)缺陷；

2、觀察斷口的宏觀斷裂形貌，初步判斷裂紋起源。

? 熱振光模擬顯微鏡

? 圖象分析儀

? 萊卡DM/RM 顯微鏡附 CCD數(shù)碼 照相裝置

三、電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)室

? 掃描電子顯微鏡(附電子探針)(JEOL JSM5200，JOEL JSM820，JEOL JSM6335)

主要特性：

1、用于斷裂分析、斷口的高倍顯微形貌分析，如解理斷裂、疲勞斷裂（疲勞輝紋）、晶間斷裂（氫脆、應(yīng)力腐蝕、蠕變、高溫回火脆性、起源于晶界的脆性物、析出物等）、侵蝕形貌、侵蝕產(chǎn)物分析及焊縫分析。

2、附帶能譜，用于微區(qū)成分分析及較小樣品的成分分析、晶體學(xué)分析，測(cè)量點(diǎn)陣參數(shù)/合金相、夾雜物分析、濃度梯度測(cè)定等。

3、用于金屬、半導(dǎo)體、電子陶瓷、電容器的失效分析及材質(zhì)檢驗(yàn)、放大倍率：10X—300,000X；樣品尺寸：0.1mm—10cm；分辯率:1—50nm。

? 透射電子顯微鏡（菲利蒲 CM-20,CM-200）

主要特性：

1、需進(jìn)行試樣制備為金屬薄膜，試樣厚度須<200nm。用于薄膜表面科學(xué)分析，帶能譜，可進(jìn)行化學(xué)成分分析。

2、有三種衍射花樣：斑點(diǎn)花樣、菊池線花樣、會(huì)聚束花樣。斑點(diǎn)花樣用于確定第二相、孿晶、有序化、調(diào)幅結(jié)構(gòu)、取向關(guān)系、成象衍射條件。菊池線花樣用于襯度分析、結(jié)構(gòu)分析、相變分析以及晶體精確取向、布拉格位移矢量、電子波長(zhǎng)測(cè)定。會(huì)聚束花樣用于測(cè)定晶體試樣厚度、強(qiáng)度分布、取向、點(diǎn)群

? XRD-Siemens500—X射線衍射儀

主要特性：

1、專用于測(cè)定粉末樣品的晶體結(jié)構(gòu)（如密排六方，體心立方，面心立方等），晶型，點(diǎn)陣類型，晶面指數(shù)，衍射角，布拉格位移矢量，已及用于各組成相的含量及類型的測(cè)定。測(cè)試時(shí)間約需1小時(shí)。

2、可升溫（加熱）使用。

? XRD-Philips X’Pert MRD—X射線衍射儀

主要特性：

1、分辨率衍射儀，主要用于材料科學(xué)的研究工作，如半導(dǎo)體材料等，其重現(xiàn)性精度達(dá)萬分之一度。

2、具備物相分析（定性、定量、物相晶粒度測(cè)定；點(diǎn)陣參數(shù)測(cè)定），殘余應(yīng)力及織構(gòu)的測(cè)定；薄膜物相鑒定、薄膜厚度、粗糙度測(cè)定；非平整樣品物相分析、小角度散射分析等功能。

3、用于快速定性定量測(cè)定各類材料（包括金屬、陶瓷、半導(dǎo)體材料）的化學(xué)成分組成及元素含量。如：Si、P、S、Mn、Cr、Mo、Ni、V、Fe、Co、W等等，精確度為0.1%。

4、同時(shí)可觀察樣品的顯微形貌，進(jìn)行顯微選區(qū)成分分析。

5、可測(cè)尺寸由φ 10 × 10mm至φ280×120mm；最大探測(cè)深度：10μm

? XRD-Bruker—X射線衍射儀

主要特點(diǎn) ：

1、有二維探測(cè)系統(tǒng)，用于快速測(cè)定金屬及粉末樣品的晶體結(jié)構(gòu)（如密排六方、體心立方、面心立方等）、晶型、點(diǎn)陣類型、晶面指數(shù)、衍射角、布拉格位移矢量。

2、用于表面的殘余應(yīng)力測(cè)定、相變分析、晶體織構(gòu)及各組成相的含量及類型的測(cè)定。

3、測(cè)試樣品的最大尺寸為100×100×10(mm)。

? 能量散射X-射線熒光光譜儀(EDXRF)主要特點(diǎn)：

1、用于快速定性定量測(cè)定各類材料（包括金屬、陶瓷、半導(dǎo)體材料）的化學(xué)成分組成及元素含量。如：Si、P、S、Mn、Cr、Mo、Ni、V、Fe、Co、W等等。

2、同時(shí)可觀察樣品的顯微形貌，進(jìn)行顯微選區(qū)成分分析。

3、最大可測(cè)尺寸為：φ280×120mm

四、光子/激光光譜實(shí)驗(yàn)室

? 傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀(Perkin Elmer 1600)主要特點(diǎn)：

1、通過不同的紅外光譜來區(qū)分不同塑膠等聚合物材料的種類。

2、用于古董的鑒別，譬如：可以分辨翡翠等玉器的真?zhèn)巍?/p>

3、樣品的尺寸范圍：φ25mm – φ0.1mm

? 紫外可見光譜儀(UV-VIS)主要特性：

1、測(cè)試物質(zhì)對(duì)光線的敏感性。譬如：薄膜、電子晶片、透明塑料、化工涂料的透光性或吸光性。

2、測(cè)試液體的濃度。波長(zhǎng)范圍：190nm—1100nm ? 拉曼光譜儀(Spex Rama Log 1403)

? 拉曼顯微鏡光譜儀(T64000)

? 布里淵光譜儀(Sanderock 前后干涉計(jì))

五、表面科學(xué)實(shí)驗(yàn)室

? 原子發(fā)射光譜儀, 俄歇能譜儀(PHI Model 5802)? 原子力顯微鏡，掃描隧道顯微鏡(Park 科技)? 高分辨率電子能量損耗能譜儀(LK技術(shù))

? 低能量電子衍射, 原子發(fā)射光譜&紫外電子能譜儀(Micron)? 熒光光譜儀

? XPS+AES 電子表面能譜儀

主要特點(diǎn)：

用于表面科學(xué)10-12材料跡量，樣品表面層的化學(xué)成分分析（1μm）以內(nèi)，超輕元素分析，所測(cè)成分是原子數(shù)的百分比（He及H除外）；并可分析晶界富集有害雜質(zhì)原子引起的脆斷。

六、熱學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室

? 示差掃描熱量計(jì)（DSC）（Perkin Elmer DSC7,TA MDSC2910）

主要特點(diǎn)：

1、將樣品及標(biāo)樣升高相同的溫度，通過測(cè)試熱量（吸熱及放熱）的變化，來尋找樣品相變開始及結(jié)束的溫度。

2、用于形狀記憶合金及多組分材料Tg的測(cè)量。

? 差熱分析儀DTA/DSC（Setaram Setsys DSC16/ DTA18）

主要特性：

用于熱重量分析，利用熱效應(yīng)分析材料及合金的組織、狀態(tài)轉(zhuǎn)變；可用于研究合金及聚合物的熔化及凝固溫度、多型性轉(zhuǎn)變、固溶體分解、晶態(tài)與非晶態(tài)轉(zhuǎn)變、聚合物的各組份含量分析。

? 動(dòng)態(tài)機(jī)械分析儀（DMA）/熱機(jī)械分析儀（TMA）

主要特點(diǎn)：

1、用于低溫合金和低熔點(diǎn)合金材料的熱力學(xué)及熱機(jī)械性能分析。

2、用于測(cè)定材料的熱膨脹系數(shù)（包括體膨脹系數(shù)和線膨脹系數(shù)）、內(nèi)耗、彈性模量。材料的熱膨脹系數(shù)受到材料的化學(xué)成分，冷加工變形量，熱處理工藝等因素的影響。

七、薄膜加工實(shí)驗(yàn)室

（一）物理氣相沉積(PVD)設(shè)備 ? 射頻和直流源磁控濺射系統(tǒng)。? 離子束沉積系統(tǒng)

? 電子槍沉積系統(tǒng) ? 熱蒸發(fā)沉積系統(tǒng) ? 脈沖激光沉積系統(tǒng)

? 閉合磁場(chǎng)非平衡磁控濺射離子鍍

主要特性：

制備高品質(zhì)的表面涂層，賦予產(chǎn)品新的性能(譬如：提高表面硬度，抗磨損性及抗刮擦質(zhì)量，減低摩擦系數(shù)等)。在苛刻的工作環(huán)境中提高產(chǎn)品的使用壽命，并且改善產(chǎn)品的外觀。例如在工業(yè)生產(chǎn)涂層的種類：

1、氮化鈦膜(TiN)：常用于大多數(shù)工具的涂層，包括模具、鉆頭、沖頭、切割刀片等。

2、類金剛石涂層(DLC)---Ti+DLC涂層具有良好硬度及低摩擦系數(shù)，適用于耐磨性表面、鑄模、沖模、沖頭及電機(jī)原件；Cr+DLC涂層為不含氫的固體潤(rùn)滑濺射涂層，適用于汽車部件、紡織工業(yè)、訊息儲(chǔ)存及潮濕環(huán)境。

３、含MoS2的金屬?gòu)?fù)合固體潤(rùn)滑涂層—適用于銑刀、鉆頭、軸承、及極低磨擦需求的環(huán)境、如航空及航天科技的應(yīng)用

（二）化學(xué)氣相沉積(CVD)設(shè)備 ? 熱絲化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)

? 射頻和直流源化學(xué)氣相沉積系統(tǒng) ? 金屬有機(jī)分解及熔解凝固沉積系統(tǒng)

? 電子回旋共振-微波等離子化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)

1、等離子體化學(xué)氣相沉積是一種新型的等離子體輔助沉積技術(shù)。在一定壓力、溫度（大于500℃）及脈沖電壓作用下，在產(chǎn)品表面形成各種硬質(zhì)膜如TiN,TiC,TiCN,(Ti、Si)CN及多層復(fù)合膜，顯微硬度高達(dá)HV2000-2500。

2、PCVD技術(shù)可實(shí)現(xiàn)離子滲氮、滲碳和鍍膜依次滲透復(fù)合，可提高產(chǎn)品表面的耐磨損、耐腐蝕及抗熱疲勞等性能。適用于鈦合金，硬質(zhì)合金，不銹鋼，高速鋼及一些模具材料的表面涂層處理。

（三）PIII等離子實(shí)驗(yàn)室

1、PIII等離子實(shí)驗(yàn)室由一個(gè)半導(dǎo)體等離子注入裝置和一個(gè)多源球形等離子浸沒離子注入裝置組成，通過將高速等離子體注入工件表面，改變表面層的結(jié)構(gòu)及性能，提高產(chǎn)品的硬度，耐蝕性，減少磨擦力以達(dá)到表面強(qiáng)化，延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命及靈敏度的目的。

2、PIII球形等離子注入技術(shù)廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、生物、材料、航空航天關(guān)鍵組件等各個(gè)領(lǐng)域，是一種綜合技術(shù)，用于合成薄膜及修正強(qiáng)化材料的表面性能。與傳統(tǒng)的平面線性等離子注入技術(shù)相比，PIII技術(shù)可從內(nèi)壁注入作表面強(qiáng)化處理，極適用于體積龐大而形狀不規(guī)則的工業(yè)產(chǎn)品。

八、材料加工實(shí)驗(yàn)室

（一）金屬及合金加工實(shí)驗(yàn)室 ? 行星球磨機(jī)

? 激光粒度分析儀(Coulter LS100)

? 比表面積分析儀(NOVA1000)? 滾動(dòng)磨床 ? 水銀孔隙率計(jì) ? 交流磁化率計(jì) ? 振動(dòng)磁力計(jì)

（二）聚合物加工實(shí)驗(yàn)室

? 加工成型設(shè)備（注塑模、比利時(shí)塑料擠出機(jī)、壓塑模、擠壓機(jī)）

? 性能測(cè)試設(shè)備(霍普金森壓力系統(tǒng)、FTIR、掃描電鏡、透射電鏡、光學(xué)顯微鏡及所有來自熱學(xué)實(shí)驗(yàn)室的儀器)

（三）高級(jí)陶瓷實(shí)驗(yàn)室 ? 陶瓷加工成形設(shè)備

? 微平衡系統(tǒng)、球磨機(jī)與等靜壓系統(tǒng)(ABB QIH-3)? 電子陶瓷性能測(cè)試儀器

標(biāo)準(zhǔn)精度鐵電測(cè)試系統(tǒng)(鐳射技術(shù))，MTI2000 鍵盤薄膜傳感器，壓電尺，精密電阻分析儀(HP4294A)，Pico-Amp Meter，直流電壓環(huán)境。

? 超聲波測(cè)試系統(tǒng)

先進(jìn)電子陶瓷--標(biāo)準(zhǔn)化電性能測(cè)試系統(tǒng)Signatone Model S106R 用于測(cè)試先進(jìn)電子陶瓷材料（包括片狀樣品和薄膜樣品）的鐵電和壓電及熱釋電性能。測(cè)試不同溫度下電容、電阻的變化曲線及頻譜曲線。

九、機(jī)械性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)室

? 單一拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)（型號(hào)為Instron 4206和5567）

主要特性：

1、拉伸試驗(yàn)是最常規(guī)的塑性材料準(zhǔn)靜載試驗(yàn)。

2、用于測(cè)量各類材料（包括Cu,Al,鋼鐵，聚合物等）的屈服強(qiáng)度，抗拉（壓）強(qiáng)度，剪切強(qiáng)度，斷面收縮率，屈服點(diǎn)及制定應(yīng)力—應(yīng)變曲線。

3負(fù)荷由30KN—1KN。

? 金屬疲勞強(qiáng)度測(cè)試儀（型號(hào)為Instron 8801）? 沖擊性能測(cè)試機(jī)：

（懸臂梁式?jīng)_擊測(cè)試儀（Ceast），落錘式重力沖擊測(cè)試儀（Ceast））

主要特性：

1、用于測(cè)定塑膠及電子材料的沖擊韌性σk、應(yīng)力應(yīng)變曲線，對(duì)材料品質(zhì)、宏觀缺陷、顯微組織十分敏感，故常成為材質(zhì)優(yōu)劣的度量。

2、最大負(fù)荷為19KN，溫度變化范圍為-50℃—150 ℃，能測(cè)出百萬分之一秒內(nèi)時(shí)間與力的變化。

? 蠕變測(cè)試儀（Creep Testers ESH）

主要特性：

1、用于測(cè)定高溫和持續(xù)載荷作用下金屬產(chǎn)生隨時(shí)間發(fā)展的塑性變形量及金屬材料在高溫下發(fā)生蠕變的強(qiáng)度極限。

2、試驗(yàn)使用溫度與合金熔點(diǎn)的比值大于0.5，能精確測(cè)定微小變形量，試驗(yàn)時(shí)間在幾萬小時(shí)以內(nèi)。

? 維氏顯微硬度測(cè)試儀Vickers FV-700 主要特性：

1、用于測(cè)量顯微組織硬度，不同相的硬度，滲層（如氮化層，滲碳層，脫碳層等）及鍍層的硬度分布和厚度。

2、硬度—材料對(duì)外部物體給予的變形所表現(xiàn)出的抵抗能力的度量，與強(qiáng)度成正比。

第二篇：半導(dǎo)體制造技術(shù)總結(jié)

第一章

2、列出20世紀(jì)上半葉對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出貢獻(xiàn)的4種不同產(chǎn)業(yè)。P2 答：真空管電子學(xué)、無線電通信、機(jī)械制表機(jī)及固體物理。答：高速、耐久性、功率控制能力。缺陷：功耗高。19.場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）有什么優(yōu)點(diǎn)？P49 答：利于提高集成度和節(jié)省電能。22.FET的最大優(yōu)勢(shì)是什么？P49

3、什么時(shí)間、什么地點(diǎn)、由誰(shuí)發(fā)明了固體晶體管？P3 答：1947年12月16日在貝爾電話實(shí)驗(yàn)室由威廉·肖克利、約翰·巴丁和沃爾特·布拉頓發(fā)明了固體晶體管。

5、列出5個(gè)集成時(shí)代，指出每個(gè)時(shí)代的時(shí)間段，并給出每個(gè)時(shí)代每個(gè)芯片上的元件數(shù)。P46、什么是硅片？什么是襯底？什么是芯片？

答：芯片也稱為管芯（單數(shù)和復(fù)數(shù)芯片或集成電路），硅圓片通常被稱為襯底

8、列出集成電路制造的5個(gè)重要步驟，簡(jiǎn)要描述每個(gè)步驟。P410、列出提高微芯片制造技術(shù)相關(guān)的三個(gè)重要趨勢(shì)，簡(jiǎn)要描述每個(gè)趨勢(shì)。P811、什么是芯片的關(guān)鍵尺寸？這種尺寸為何重要？P9

13、什么是摩爾定律？它預(yù)測(cè)了什么？這個(gè)定律正確嗎？P1014、自1947年以來靠什么因素使芯片價(jià)格降低？給出這種變化的兩個(gè)原因。

16、描述硅片技師和設(shè)備技師的職責(zé)。P16

第三章

11.解釋pn結(jié)反偏時(shí)發(fā)生的情況。P45

答：導(dǎo)致通過二極管的電流很小，甚至沒有電流。12.解釋pn結(jié)正偏時(shí)發(fā)生的情況。P45

答：將一正偏施加于pn結(jié)，電路中n區(qū)電子從偏壓電源負(fù)極被排斥。多余的電子從負(fù)極注入到充滿空穴的p區(qū)，使n區(qū)中留下電子的空穴。同時(shí)，p區(qū)的空穴從偏壓電源正極被排斥。由偏壓電源正極提供的空穴中和由偏壓電源負(fù)極提供的電子。空穴和電子在結(jié)區(qū)復(fù)合以及克服勢(shì)壘電壓大大的減小了阻止電流的行為。只要偏壓對(duì)二極管能維持一個(gè)固定的空穴和電子注入，電流就將持續(xù)的通過電路。

13.雙極晶體管有多少個(gè)電極、結(jié)和類型？電極的名稱分別是什么？類型名稱分別是什么？P46

答：有三電極和兩個(gè)pn結(jié)、兩種類型。電極名稱：發(fā)射極、基極、集電極。類型名稱：pnp、npn.16．BJT是什么類型的放大器器件？它是怎么根據(jù)能量要求影響它的應(yīng)用的？P47

答：驅(qū)動(dòng)電流的電流放大器件。發(fā)射極和集電極都是n型的重?fù)诫s，比如砷或磷?；鶚O是p型雜質(zhì)硼的輕摻雜?；鶚O載流子減少，基極吸引的電流將明顯地比集電極吸引的電流小。這種差別說明了晶體管從輸入到輸出電流的增益。晶體管能線性地將小的輸入信號(hào)放大幾百倍來驅(qū)動(dòng)輸出器件。

18.雙極技術(shù)有什么顯著特征？雙極技術(shù)的最大缺陷是什么？P48

答：低電壓和低功耗。

25.FET的兩種基本類型是什么？他們之間的主要區(qū)別是什么？P50

答：結(jié)型（JFET）和金屬-氧化物型（MOSFET）半導(dǎo)體。區(qū)別是：MOSFET作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管輸入端的柵極由一層薄介質(zhì)與晶體管的其他兩極絕緣。JFET的柵極實(shí)際上同晶體管其他電極形成物理的pn結(jié)。

26.MOSFET有哪兩種類型？它們?cè)趺磪^(qū)分？P50 答：nMOS(n溝道)和pMOS（p溝道）。每種類型可由各自器件的多數(shù)載流子來區(qū)分。

第四章

1.列舉得到半導(dǎo)體級(jí)硅的三個(gè)步驟。半導(dǎo)體級(jí)硅有多純？P64

4.描述非晶材料。為什么這種硅不能用于硅片？P65 9.為什么要用單晶進(jìn)行硅片制造？P67 14.什么是CZ單晶生長(zhǎng)法？P68

22.為什么要用區(qū)熔法生長(zhǎng)硅晶體？P71 23.描述區(qū)熔法。P71

25.給出更大直徑硅片的三大好處。P72 26.什么是晶體缺陷？P73

37.在直徑為200mm及以上硅片中切片是怎么進(jìn)行的？P77

41.為什么要對(duì)硅片表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械平坦化？P78 43.列舉硅片的7種質(zhì)量要求。P79

第五章

1.什么是物質(zhì)的四種形態(tài)？試分別描述之。P87

6.描述三種溫標(biāo)，哪一種是科學(xué)工作中最常用的溫標(biāo)？P89

8.給出真空的定義。什么是最常用的真空單位，它是怎么定義的？P91

9.給出冷凝和蒸發(fā)的定義。吸收和吸附之間有什么不同？P91-92

11.給出升華和凝華的定義。P92 13.什么是表面張力？P93

14.給出材料的熱膨脹系數(shù)P94。

20.什么是酸？列出在硅片廠中常用的三種酸。P95 21.什么是堿？列出在硅片廠中常用的三種堿。P96 23.什么是溶劑？列出在硅片廠中常用的三種溶劑。P97 24.描述在硅片廠中使用的去離子水的概念。P97 31.什么是處理特殊氣體所面臨的最大挑戰(zhàn)？P99 38.描述三種特殊氣體并分別舉例。P101

第六章

4.說明五類凈化間沾污。P107

6.解釋半導(dǎo)體制造中可以接受的顆粒尺寸的粗略規(guī)則。P108

9.什么是MIC?P109

13.解釋自然氧化層。識(shí)別由自然氧化層引起的三種問題。27．為什么潮濕是工藝腔的一大問題.P183

28．列出減少設(shè)備維修中的沾污的必要步驟。P184

第九章

1．列出芯片廠中6個(gè)不同的生產(chǎn)區(qū)域并對(duì)每一個(gè)區(qū)域做P110

15.給出在硅片制造中由ESD引起的三種問題。P111 16.列舉硅片制造廠房中7種沾污源。P112 30.列舉并解釋ESD的三種控制方法。P117 34.描述反滲透(RO)過濾。什么是超過濾？P119 39.列舉并討論四類過濾器。P121 42.描述工藝氣體的過濾。P121

49.描述微環(huán)境，解釋為何這種環(huán)境在凈化間內(nèi)改善了沾污控制。P125

53.描述RCA清洗工藝。P126

61.列出典型的硅片濕法清洗順序。什么是清洗槽？P127

第七章

1.什么是測(cè)量學(xué)？集成電路制造中測(cè)量學(xué)的目的是什么？P140

2.缺陷的定義。硅片缺陷密度是怎樣定義的？P140

6.半導(dǎo)體質(zhì)量測(cè)量的定義。列出在集成電路制造中12種不同的質(zhì)量測(cè)量。陳述使用不同質(zhì)量測(cè)量的工藝。P142 10.解釋四探針法，并給出測(cè)方塊電阻四探針法的優(yōu)點(diǎn)。P144-145

12.解釋等值線圖。P145

13.解釋橢偏儀的基本原理。用橢偏儀測(cè)薄膜厚度有哪些優(yōu)點(diǎn)？P145-146

17.用X射線怎樣測(cè)薄膜厚度？XRF是什么的縮寫。什么是全反射XRF?P147

24.什么是亮場(chǎng)探測(cè)？什么是暗場(chǎng)探測(cè)？P151 28.解釋什么是每步每片上的顆粒數(shù)（PWP）。P153 29.哪些是硅片關(guān)鍵尺寸的主要測(cè)量工具。P154 30.解釋SEM的主要操作。P154

33.什么是套準(zhǔn)精度？陳述并解釋測(cè)量套準(zhǔn)精度的主要技術(shù)。P156

36.描述二次離子質(zhì)譜儀（SMIS）。P160 38.解釋什么是原子加力顯微鏡。P162 41.解釋透射電子能顯微鏡。P163

43.描述聚焦離子束加工并解釋它的好處。P165

第八章

1．什么是工藝腔？它的五項(xiàng)功能是什么？P171 4．半導(dǎo)體制造業(yè)中的真空由有什么優(yōu)點(diǎn)？P173 7．什么是平均自由程？為什么它很重要？P173 12．描述冷凝泵的原理，并解釋其過程。P176

16．列出氣流控制中4個(gè)基本的對(duì)工藝腔的要求。P178 19．質(zhì)量流量計(jì)的原理是什么？P178

23．什么是等離子體？它對(duì)工藝腔有什么益處？P181

簡(jiǎn)單的描述。P188-189

3．舉出在高溫設(shè)備中進(jìn)行的5步工藝。P189 4．光刻的目的是什么？P189

11．舉出薄膜區(qū)用到的4種不同的設(shè)備和工藝。P191 13．列出典型的CMOS工藝的14個(gè)主要生產(chǎn)步驟。P192 17．離子注入后進(jìn)行退火工藝的原因是什么？P194 19．什么是淺槽隔離？它取代了什么工藝？P194 25．輕摻雜漏（LDD）注入是如何減少溝道漏電流效應(yīng)的？P197

26．解釋側(cè)墻的目的。P198 29．什么是局部互連？P200

31．什么是通孔？什么是鎢塞？P201

第十章

1．生長(zhǎng)氧化層與淀積氧化層間的區(qū)別是什么？P210 3．熱預(yù)算的定義，解釋為什么其不受歡迎。P211

11．列出熱氧化物在硅片制造的6種用途，并給出各種用途的目的。不懂這題。

14．如果熱生長(zhǎng)氧化層厚度為2000A，那么硅消耗多少？0

17．舉出氧化工藝中摻氯的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。P217 24．解釋晶體晶向?qū)ρ趸锷L(zhǎng)的影響。P218

27．LOCOS是什么，熱氧化中如何使用？鳥嘴效應(yīng)是什么，為什么它不受歡迎？P220 28．解釋淺槽隔離（STI）。P220 32．什么是熱壁爐？P222

33．列出臥式爐和立式爐的五個(gè)性能因素，判斷哪種爐體是最適合的。P223

47．什么是快速熱處理（RTP）？相比于傳統(tǒng)爐其6大優(yōu)點(diǎn)是什么？P228

第十一章

1． 什么是多層金屬化？它對(duì)芯片加工來說為什么是必

需的？P240

3． 解釋ILD層的作用。在芯片中，ILD-1層所在的位置

是哪里？P241

4． 什么是薄膜？列舉并描述可接受的薄膜的8個(gè)特征。

P242

5． 什么是深度比？為什么高深度比對(duì)ULSI器件很重

要？P243

6． 列舉并描述薄膜生長(zhǎng)的三個(gè)階段。P244 7． 列舉淀積的5種主要技術(shù)。P245 8． 什么是CVD?P246

11．識(shí)別并描述CVD反應(yīng)中的8個(gè)步驟。P247

20．為什么LPCVD較APCVD更普遍？描述LPCVD的工藝過程。P253

27．什么是PECVD?PECVD和LPCVD的主要差別是什么？P257

40．什么是外延？解釋自摻雜和外擴(kuò)散。P267 41．列舉并討論外延的三種方法。P268

第十二章

9． 列出并討論引入銅金屬化的5大優(yōu)點(diǎn)。P283

17．描述鎢塞填充，并討論它是怎樣被用于多層金屬化的？P289

18．為什么蒸發(fā)作為金屬淀積系統(tǒng)被取代？P290 30．在高級(jí)IC中，什么是產(chǎn)生鎢填充的典型方法？ 32．解釋銅電鍍的基本過程。P299

35．列出雙大馬士革金屬化過程的10個(gè)步驟。P302

第十三章

1． 什么是光刻？P310

2． 描述投影掩膜版和掩膜版的區(qū)別。P311 4，定義分辨率。P312

5．什么是套準(zhǔn)精度？它對(duì)掩膜版的套準(zhǔn)容差有什么作用？P313

6．討論工藝寬容度。P314

7．解釋負(fù)性和正性光刻的區(qū)別。P314 8．描述亮場(chǎng)掩膜版。P315 10．列出光刻的8個(gè)步驟，并對(duì)每一步做出簡(jiǎn)要解釋。P316 14．HMDS是什么？起到什么作用？P317 17．給出硅片制造中光刻膠的兩種目的。P322 28．列出并描述I線光刻膠的4種成分。P325 29．負(fù)膠的兩大缺點(diǎn)是什么？P326

34．給出I線正膠具有良好分辨率的原因。P327 35．為什么I線光刻膠不能用在深紫外波長(zhǎng)？P328 42．列出并描述旋轉(zhuǎn)涂膠的4個(gè)基本步驟。P330 45．描述邊圈去除。P333

46．陳述軟烘的4個(gè)原因。P333

第十四章

3． 步進(jìn)光刻機(jī)的三個(gè)基本目標(biāo)是什么？P342 7．列出并解釋兩種形式的光波干涉。什么是濾波器？P344 8．什么是電磁波譜，什么是UV范圍？P345

9．列出并描述光刻中使用的兩種UV曝光光源。P346 13．哪種激光器用做248nm的光源？193nm的光源是什么？P348

14．什么是空間想干？為什么在光刻中控制它？P348 24．什么是數(shù)值孔徑？陳述它的公式，包括近似公式。P353 26．列出并解釋硅片表面光反射引起的最主要的兩個(gè)問題。P354

27．什么是抗反射涂層，它是怎樣減小駐波的？P354 28．陳述分辨率公式。影響光刻分辨率的三個(gè)參數(shù)是什么？P358

30．計(jì)算掃描光刻機(jī)的分辨率，假設(shè)波長(zhǎng)是248nm，NA是0.65，k是0.6。P358

31．給出焦深和焦面的定義。寫出計(jì)算焦深的公式。P359 35．解釋接觸光刻機(jī)。它使用掩膜還是投影掩膜？P360 36．解釋接近光刻機(jī)是怎樣工作的。它要解決什么問題？P361

37．解釋掃描投影光刻機(jī)是怎樣工作的。掃描投影光刻機(jī)努力解決什么問題？P361

38．解釋分步重復(fù)光刻機(jī)的基本功能。P363

39．光刻中采用步進(jìn)掃描技術(shù)獲得了什么好處？P364

第十五章

1． 解釋光刻膠顯影，其目的是什么？P387第一段第一句 2． 為什么要對(duì)化學(xué)放大深紫外光刻膠進(jìn)行后烘？簡(jiǎn)述

去保護(hù)作用。P385

3． 為什么溫度均勻性對(duì)后烘很重要？P385

.5。簡(jiǎn)述負(fù)膠顯影。負(fù)膠用于亞微米圖形的主要問題是什么？P386

6．為什么正膠是普遍使用的光刻膠？P88 9．最常用的正膠是指哪些光刻膠？P388 12．對(duì)化學(xué)放大深紫外光刻膠而言，PHS與顯影液之間是否發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)？P389

13．列舉兩種光刻膠顯影方法。P389 14．解釋連續(xù)噴霧顯影。P389 15．描述旋覆浸沒顯影。P390

17．解釋為什么要進(jìn)行堅(jiān)膜。P391 19．為什么要進(jìn)行顯影后檢查？P392

21．列舉出下一代光刻技術(shù)中4種正在研究的光刻技術(shù)。P393

第十六章

1． 定義刻蝕，刻蝕的目的是什么？P404

2． 刻蝕工藝有哪兩種類型？簡(jiǎn)要描述各類刻蝕工藝。

P405

3． 列出按資料分類的三種主要干法蝕刻。P405 4． 解釋有圖形和無圖形刻蝕的區(qū)別。P405 5． 列舉9個(gè)重要的刻蝕參數(shù)。P406

7．解釋負(fù)載效應(yīng)以及它與刻蝕速率的關(guān)系。P406 10．什么是方向性？為什么在刻蝕中需要方向性？P407？（這個(gè)沒找到確切的答案）

12．定義選擇比。干法刻蝕有高的或低的選擇比？高選擇比意味著什么？描述并解釋選擇比公式。P409 13．什么是刻蝕均勻性？獲得均勻性刻蝕的難點(diǎn)是什么？解釋ARDE并討論它與刻蝕均勻性的關(guān)系。ARDE的另一個(gè)名字是什么？P409~410

14．討論刻蝕殘留物，他們?yōu)槭裁串a(chǎn)生以及要怎樣去除？P410

16．什么刻蝕中的等離子體誘導(dǎo)損傷，以及這些損傷帶來

什么問題?P411 18．干法刻蝕的目的是什么？列舉干法刻蝕同濕法刻蝕相比具有的優(yōu)點(diǎn)。干法刻蝕的不足之處是什么？P411

19．列舉在干法刻蝕中發(fā)生刻蝕反應(yīng)的三種方法。P412 20．解釋發(fā)生刻蝕反應(yīng)的化學(xué)機(jī)理和物理機(jī)理。P412 25．描述圓桶式等離子體刻蝕機(jī)。P414 26．描述平板反應(yīng)器。P415

29．解釋離子束銑。他是用什么材料？P417 33．描述電子回旋共振。P419 37．什么是終點(diǎn)檢測(cè)？為什么在干法刻蝕中它是必需的？最常用的終點(diǎn)檢測(cè)類型是什么？P422

十七章

1、什么是摻雜？ P442

3、簡(jiǎn)要描述熱擴(kuò)散。P4434、簡(jiǎn)要描述離子注入。P4435、請(qǐng)列舉用于硅片制造的5種常用雜質(zhì)。

8、什么是結(jié)深？P44410、列舉并解釋擴(kuò)散的三個(gè)步驟。P445

14、為什么雜質(zhì)需要激活？P446

15、什么是雜質(zhì)的固溶極限？P44616、解釋橫向擴(kuò)散以及不希望有橫自擴(kuò)散的原因。P447

21、給出離子注入機(jī)的概況、P44822、說明亞0.25微米工藝中摻雜的兩個(gè)主要目標(biāo)。P448

23、列舉離子注入優(yōu)于擴(kuò)散的7點(diǎn)。P44924、離子注入的主要缺點(diǎn)是什么？如何克服？P450

27、什么是射程？解釋能量與射程之間的關(guān)系。P450

28、如果電荷數(shù)為1的正離子在電勢(shì)差200keV的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，它的能量是多少？P45029、列舉離子注入機(jī)的4種類型，并簡(jiǎn)要描述。P451

32、描述注入過程中的兩種主要能量損失機(jī)制。P451

34、列舉離子注入設(shè)備的5個(gè)主要子系統(tǒng)。P45335、離子源的目的是什么？最常用的離子源材料是什么？0N P45339、質(zhì)量分析器磁鐵的作用是什么？描述質(zhì)量分析器的功能。P45540、加速管是怎樣增加粒子束能量的？P456

45、解釋離子束擴(kuò)散和空間電荷中和。P458

46、形成中性離子束陷阱的原因是什么？P458

47、列舉并簡(jiǎn)要解釋4種掃描系統(tǒng)。P45950、討論硅片充電、二次電子噴淋和等離子電子噴淋。P46053、退火的目是什么？高溫爐退火和RTA哪一個(gè)更優(yōu)越？P46355、描述溝道效應(yīng)。列舉并簡(jiǎn)要解釋控制溝道效應(yīng)的三種機(jī)制P464。

十八章

41、描述表面形貌，較高的芯片封裝密度會(huì)引起表面形貌的何種變化？ 4783、列舉和論述三種傳統(tǒng)的平坦化方法。4805、描述化學(xué)機(jī)械平坦化，CMP是在恩怨實(shí)現(xiàn)的平坦化的？4824、什么是平坦度？如果SHpre?10um,SHpost?1um，那么DP是多少？4835、解釋W(xué)IWNU和WTWNU之間的差別。484

6、列舉并解釋CMP的9個(gè)優(yōu)點(diǎn)。484

7、列舉并解釋CMP的4個(gè)缺點(diǎn)。4848、敘述用于解釋CMP平坦化表面方式的兩種機(jī)理484

2、解釋金屬拋光的原理。48536、定義磨料。為什么磨料對(duì)CMP很重要？487

22、描述拋光墊。48823、解釋表面平滑。修正的目的是什么？488~~489

54、CMP中為什么需要終點(diǎn)檢測(cè)？49111、列舉并描述在CMP中用的兩種終點(diǎn)檢測(cè)類型。電機(jī)電流終點(diǎn)檢測(cè)，光學(xué)終點(diǎn)監(jiān)測(cè)

36、CMP清洗的終點(diǎn)是什么？49340、列舉并簡(jiǎn)單描述硅片制造中用到CMP的6個(gè)例子。495

十九章

1、定義硅片測(cè)試。硅片測(cè)試的目的是什么？ 506

2、列舉并描述IC生產(chǎn)過程中的5種不同電學(xué)測(cè)試。507

3、列出硅片制造過程中完成的兩種硅片級(jí)測(cè)試。507

6、在線參數(shù)測(cè)試的另一個(gè)名稱是什么？在線參數(shù)測(cè)試是直流測(cè)試還是交流測(cè)試？ 5097、列舉并解釋5個(gè)進(jìn)行在線參數(shù)測(cè)試的理由。509

48、什么是劃片道監(jiān)控？50949、列舉并解釋在線參數(shù)測(cè)試中要做的5種不同測(cè)試。51030、解釋硅片級(jí)可靠性。給出一個(gè)硅片級(jí)可靠性測(cè)試的例子。51216、列舉在線參數(shù)測(cè)試的4個(gè)主要子系統(tǒng)。512

31、列舉并解釋硅片挑選測(cè)試的目標(biāo)。51517、列舉并描述硅片挑選測(cè)試中的三種典型電學(xué)測(cè)試。51651、列出影響硅片挑選測(cè)試的4個(gè)要素。519

41、列舉并描述三種成品率模型。523

17-607宿舍終結(jié)版

第三篇：半導(dǎo)體二極管技術(shù)教案

教學(xué)課時(shí)安排：

本章教學(xué)為半導(dǎo)體封裝固晶流程的實(shí)操課程，教學(xué)課時(shí)安排為4個(gè)課時(shí)，本實(shí)驗(yàn)流程為：擴(kuò)晶—刷銀膠—固晶—烘烤（以數(shù)碼管為例）；對(duì)于單顆引腳式半導(dǎo)體封裝的實(shí)驗(yàn)流程為擴(kuò)晶—點(diǎn)銀膠—固晶—烘烤。

教學(xué)目標(biāo)：

根據(jù)教材的結(jié)構(gòu)與內(nèi)容分析，依據(jù)課程的教學(xué)要求，考慮到學(xué)生的之前所學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，在之前已經(jīng)掌握半導(dǎo)體封裝基礎(chǔ)知識(shí)的課程下進(jìn)一步了解LED封裝技術(shù)中的固晶的原理和作用。掌握手動(dòng)固晶流程的擴(kuò)晶、刷銀膠、固晶、烘烤等工序。實(shí)驗(yàn)工具儀器;擴(kuò)晶機(jī)、4寸擴(kuò)晶環(huán)、顯微鏡、紅光芯片、0.5寸電路板、涂膠機(jī)、臺(tái)燈、刷子、銀膠、剪刀、攪拌玻璃棒、玻璃容器、固晶筆

教學(xué)實(shí)驗(yàn)過程;1.先介紹擴(kuò)晶工序流程：（第一課時(shí)）

(1)接入220v電源，打開氣管電源，打開擴(kuò)晶機(jī)電源開關(guān)和溫控開關(guān)，將調(diào)溫器調(diào)至70°C左右（冬天調(diào)至80°左右）。

(2)過10分鐘待擴(kuò)晶機(jī)升溫到預(yù)設(shè)溫度時(shí)，輕輕點(diǎn)動(dòng)紅色按鈕將加熱盤（下汽缸）緩慢升到合適的高度（調(diào)節(jié)下汽缸定位螺母調(diào)整發(fā)熱盤最大升起的高度并保證高度一樣，不同的高度擴(kuò)開的芯片的距離不一樣）將子環(huán)套在發(fā)熱盤上。

(3)將晶片膜放在發(fā)熱盤正中央，注意芯片朝上；將母環(huán)套于子環(huán)上。

(4)用壓晶模（上汽缸）將母環(huán)壓到加熱盤底，將擴(kuò)好的芯片取出，再按下綠色按鈕使發(fā)熱盤回復(fù)原位。(5)用剪刀將露出子母環(huán)外膠紙割掉，再在膜上注明具體芯片規(guī)格及數(shù)量等。

2.然后介紹銀膠的解凍，（第二課時(shí)）

使用前一天，由冷凍柜改放冷藏室保存。從冷凍冰箱內(nèi)取出銀膠，置于室溫下進(jìn)行解凍（常溫25°C，濕度85%以下），小罐解凍時(shí)間在90分鐘以上。在介紹銀膠攪拌：銀膠回溫后開罐，再用玻璃棒或不銹鋼棒進(jìn)行攪拌；攪拌方式自下而上全方位攪拌，時(shí)間10分鐘以上，攪拌速度不宜過快，以免空氣混入。

涂銀膠過程，將攪拌好的銀膠均勻涂在涂膠機(jī)工作槽上；然后將擴(kuò)晶膜（芯片朝下）小心置于刷膠機(jī)夾具上，輕輕提起工作槽并用刷子同一方向刷擴(kuò)晶膜，使銀膠涂于芯片上。注意銀膠高度為芯片高度的1/3。3.固晶（第三課時(shí)）

(1)將涂好銀膠擴(kuò)晶好的芯片膜放在固晶的框架上，并用手將其按到底且保持水平。

(2)將待固晶的電路板平整固定在拖板支架上。(3)通過固晶座的四個(gè)螺釘調(diào)節(jié)好電路板與芯片間的距離。

(4)調(diào)節(jié)顯微鏡觀察到清晰的芯片像和電路板。(5)左手抓住拖板，右手持點(diǎn)晶筆，在顯微鏡下將芯片輕輕的固定在電路板相應(yīng)的位置上。4.烘烤（第四課時(shí)）

(1)開啟烤箱電源總開關(guān)、加熱開關(guān)、計(jì)時(shí)開關(guān)、風(fēng)機(jī)開關(guān)。

(2)設(shè)定溫度表至所需溫度（LED標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定溫度為150°C）。

(3)當(dāng)升溫完成后再將烤箱超溫保護(hù)調(diào)至所需溫度（LED超溫設(shè)定溫度為152°C左右）。(4)烤箱先進(jìn)行空箱烘烤10分鐘除濕。

(5)將固晶好的電路板整齊粘在裝料鋼盤（鋼盤貼有雙面膠），烘烤時(shí)間為90分鐘（烤箱具有計(jì)時(shí)功能），其中前30分鐘銀膠基本硬化，后60分鐘保證結(jié)合度。必須一次性烤干，若有軟化、松動(dòng)現(xiàn)象，為前一次未烤干，取出材料后空氣進(jìn)入銀膠再次加溫膨脹導(dǎo)致結(jié)合度變差。烘干硬化后不能立即從烤箱中取出，應(yīng)待其自然冷卻后再取出。

(6)材料進(jìn)出烤箱時(shí)需正確填寫生產(chǎn)型號(hào)、數(shù)量、進(jìn)出烤箱時(shí)間等。

教學(xué)總結(jié)

通過以上四個(gè)課時(shí)的實(shí)操學(xué)習(xí)，學(xué)生能掌握半導(dǎo)體封裝技術(shù)中的固晶的原理和作用。掌握手動(dòng)固晶流程的擴(kuò)晶、刷銀膠、固晶、烘烤四個(gè)重要工序流程。最后對(duì)本章實(shí)操過程的總結(jié)，說明實(shí)驗(yàn)中遇到問題及解決方法，最后布置實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求，總結(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

第四篇：現(xiàn)代教育技術(shù)課件——半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)教案

《半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)》說課稿

尊敬的各位評(píng)委、各位老師：

大家好！今天我說課的內(nèi)容是《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》第一章第1課時(shí)的《半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)》。下面我將從以下六個(gè)方面對(duì)本節(jié)課的設(shè)計(jì)加以闡述：

一、說教材的地位與作用

半導(dǎo)體是模擬電路的的主要內(nèi)容，在模擬電子技術(shù)占有重要的地位。半導(dǎo)體技術(shù)應(yīng)用廣泛，衍生出很多半導(dǎo)體材料，其中半導(dǎo)體二極管，三極管為模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)的重點(diǎn)，所以本章節(jié)為本書籍的最底層，最基礎(chǔ)的部分。同時(shí)，本章節(jié)也讓同學(xué)認(rèn)識(shí)到模擬電子技術(shù)的最原始的理論。

二、教學(xué)目標(biāo)的確定及依據(jù)

根據(jù)教學(xué)大綱要求，結(jié)合教材，考慮到學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)心理特征，我制定了如下的教學(xué)目標(biāo)：

(1)知識(shí)目標(biāo)：認(rèn)識(shí)什么是半導(dǎo)體，半導(dǎo)體的材料物理特性，電特性等概念。(2)能力目標(biāo)：通過類比，讓同學(xué)們認(rèn)識(shí)到空穴，電子等概念，半導(dǎo)體的工作原理。

(3)情感目標(biāo)：通過圖解法與等效電路法的對(duì)比，使學(xué)生體驗(yàn)到兩種方法能化難為簡(jiǎn)美妙之處，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的積極性。

三、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

重點(diǎn)：

1、PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?/p>

2、PN結(jié)的伏安特性； 難點(diǎn)：

1、半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理:兩種載流子參與導(dǎo)電；

2、摻雜半導(dǎo)體中的多子和少子

3、PN結(jié)的形成；

四、教學(xué)組織過程

本講宜教師講授。用多媒體演示半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電機(jī)理、PN結(jié)的形成過程及其伏安特性等，便于學(xué)生理解和掌握。

五、主要內(nèi)容

1、半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性能

根據(jù)物體的導(dǎo)電能力的不同，電工材料可分為三類：導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體。半導(dǎo)體可以定義為導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的電工材料，半導(dǎo)體的電阻率為10-3～10-9 ??cm。典型的半導(dǎo)體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。

半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力在不同的條件下有很大的差別：當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化；往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些特定的雜質(zhì)元素時(shí)，會(huì)使它的導(dǎo)電能力具有可控性；這些特殊的性質(zhì)決定了半導(dǎo)體可以制成各種器件。

2、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)及其導(dǎo)電性能

本征半導(dǎo)體是純凈的、沒有結(jié)構(gòu)缺陷的半導(dǎo)體單晶。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到99.9999999%，常稱為“九個(gè)9”，它在物理結(jié)構(gòu)上為共價(jià)鍵、呈單晶體形態(tài)。在熱力學(xué)溫度零度和沒有外界激發(fā)時(shí),本征半導(dǎo)體不導(dǎo)電。

3、半導(dǎo)體的本征激發(fā)與復(fù)合現(xiàn)象

當(dāng)導(dǎo)體處于熱力學(xué)溫度0 K時(shí)，導(dǎo)體中沒有自由電子。當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，價(jià)電子能量增高，有的價(jià)電子可以掙脫原子核的束縛而參與導(dǎo)電，成為自由電子。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)（也稱熱激發(fā)）。因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時(shí)成對(duì)出現(xiàn)的，稱為電子空穴對(duì)。

游離的部分自由電子也可能回到空穴中去，稱為復(fù)合。

在一定溫度下本征激發(fā)和復(fù)合會(huì)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)，載流子濃度一定，且自由電子數(shù)和空穴數(shù)相等。

4、半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理

自由電子的定向運(yùn)動(dòng)形成了電子電流，空穴的定向運(yùn)動(dòng)也可形成空穴電流，因此，在半導(dǎo)體中有自由電子和空穴兩種承載電流的粒子（即載流子），這是半導(dǎo)體的特殊性質(zhì)?？昭▽?dǎo)電的實(shí)質(zhì)是:相鄰原子中的價(jià)電子（共價(jià)鍵中的束縛電子）依次填補(bǔ)空穴而形成電流。由于電子帶負(fù)電，而電子的運(yùn)動(dòng)與空穴的運(yùn)動(dòng)方向相反，因此認(rèn)為空穴帶正電。

5、雜質(zhì)半導(dǎo)體

摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體是半導(dǎo)體器件的基本材料。在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)元素（如磷），就形成N型（電子型）半導(dǎo)體；摻入三價(jià)元素（如硼、鎵、銦等）就形成P型（空穴型）半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能與其摻雜濃度和溫度有關(guān)，摻雜濃度越大、溫度越高，其導(dǎo)電能力越強(qiáng)。在N型半導(dǎo)體中，電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。多子（自由電子）的數(shù)量＝正離子數(shù)＋少子（空穴）的數(shù)量 在P型半導(dǎo)體中，空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子。多子（空穴）的數(shù)量＝負(fù)離子數(shù)＋少子（自由電子）的數(shù)量

6、PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦?/p>

半導(dǎo)體中的載流子有兩種有序運(yùn)動(dòng)：載流子在濃度差作用下的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和電場(chǎng)作用下的漂移運(yùn)動(dòng)。同一塊半導(dǎo)體單晶上形成P型和N型半導(dǎo)體區(qū)域，在這兩個(gè)區(qū)域的交界處，當(dāng)多子擴(kuò)散與少子漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，空間電荷區(qū)（亦稱為耗盡層或勢(shì)壘區(qū)）的寬度基本上穩(wěn)定下來，PN結(jié)就形成了。

當(dāng)P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位時(shí)，稱為加正向電壓（或稱為正向偏置），此時(shí)，PN結(jié)導(dǎo)通，呈現(xiàn)低電阻，流過mA級(jí)電流，相當(dāng)于開關(guān)閉合；

當(dāng)N區(qū)的電位高于P區(qū)的電位時(shí)，稱為加反向電壓（或稱為反向偏置），此時(shí)，PN結(jié)截止，呈現(xiàn)高電阻，流過μA級(jí)電流，相當(dāng)于開關(guān)斷開。

PN結(jié)是半導(dǎo)體的基本結(jié)構(gòu)單元，其基本特性是單向?qū)щ娦裕杭串?dāng)外加電壓極性不同時(shí)，PN結(jié)表現(xiàn)出截然不同的導(dǎo)電性能。

PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。這正是PN結(jié)具有單向?qū)щ娦缘木唧w表現(xiàn)。

7、PN結(jié)伏安特性

?uUT?i?IS?e?1???結(jié)伏安特性方程：PN

UT式中：Is為反向飽和電流；UT為溫度電壓當(dāng)量，當(dāng)T＝300K時(shí)，≈26mV

u當(dāng)u＞0且u >>UT時(shí)，i?ISeUT，伏安特性呈非線性指數(shù)規(guī)律 ；，電流基本與u無關(guān)；由此亦可說明當(dāng)u＜0且︱u︱>>UT時(shí)，PN結(jié)具有單向?qū)щ娦阅堋?/p>

i??IS?0PN結(jié)的反向擊穿特性：當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增大到一定值時(shí)，反向電流隨電壓數(shù)值的增加而急劇增大。PN結(jié)的反向擊穿有兩類：齊納擊穿和雪崩擊穿。無論發(fā)生哪種擊穿，若對(duì)其電流不加以限制，都可能造成PN結(jié)的永久性損壞。

8、PN結(jié)溫度特性

當(dāng)溫度升高時(shí)，PN結(jié)的反向電流增大，正向?qū)妷簻p小。這也是半導(dǎo)體器件熱穩(wěn)定性差的主要原因。

9、PN結(jié)電容效應(yīng)

PN結(jié)具有一定的電容效應(yīng)，它由兩方面的因素決定:一是勢(shì)壘電容CB，二是擴(kuò)散電容CD，它們均為非線性電容。

勢(shì)壘電容是耗盡層變化所等效的電容。勢(shì)壘電容與PN結(jié)的面積、空間電荷區(qū)的寬度和外加電壓等因素有關(guān)。

擴(kuò)散電容是擴(kuò)散區(qū)內(nèi)電荷的積累和釋放所等效的電容。擴(kuò)散電容與PN結(jié)正向電流和溫度等因素有關(guān)。

PN結(jié)電容由勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容組成。PN結(jié)正向偏置時(shí)，以擴(kuò)散電容為主；反向偏置時(shí)以勢(shì)壘電容為主。只有在信號(hào)頻率較高時(shí)，才考慮結(jié)電容的作用。

六、課堂小結(jié)

引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)回顧，使學(xué)生對(duì)本節(jié)課有一個(gè)整體把握．從兩方面進(jìn)行小結(jié)：

(1)認(rèn)識(shí)半導(dǎo)體的工作原理；(2)掌握半導(dǎo)體的PN節(jié)特性；

七、課外作業(yè)

第五篇：現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)

《現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)》

課程考核論文

學(xué)院：xxxxxxxxxxxxxxxxx

姓名：XXX班級(jí)：xxxx 學(xué)號(hào)：xxxxxxxxxxxxxx

摘要：CCD，英文全稱：Charge-coupled Device，中文全稱：電荷耦合元件?？梢苑Q為CCD圖像傳感器。CCD是一種半導(dǎo)體器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素（Pixel）。一塊CCD上包含的像素?cái)?shù)越多，其提供的畫面分辨率也就越高。CCD的作用就像膠片一樣，但它是把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)。CCD上有許多排列整齊的光電二極管，能感應(yīng)光線，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，經(jīng)外部采樣放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)。關(guān)鍵字：電信號(hào)、圖像信號(hào)、相機(jī)、攝像機(jī)。

該傳感器的工作原理

構(gòu)成CCD的基本單元是MOS（金屬－氧化物－半導(dǎo)體）結(jié)構(gòu)。CCD的基本功能是電荷的存儲(chǔ)和電荷的轉(zhuǎn)移。工作時(shí)，需要在金屬柵極上加一定的偏壓，形成勢(shì)阱以容納電荷，電荷的多少與光強(qiáng)成線性關(guān)系。電荷讀出時(shí)，在一定相位關(guān)系的移位脈沖作用下，從一個(gè)位置移動(dòng)到下一個(gè)位置，直到移出CCD，經(jīng)過電荷ˉ電壓變換，轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。由于在CCD中每個(gè)像元的勢(shì)阱所容納電荷的能力是有一定限制的，所以如果光照太強(qiáng)，一旦電荷填滿勢(shì)阱，電子將產(chǎn)生“溢出”現(xiàn)象。另外，在電荷讀出時(shí)，由于它是從一個(gè)位置到下一個(gè)位置的電荷轉(zhuǎn)移過程，所以存在電荷的轉(zhuǎn)移效率和轉(zhuǎn)移損失問題

電荷耦合攝像器件（CCD）的突出特點(diǎn)是以電荷為信號(hào)載體。它的功能是接受存儲(chǔ)模擬電荷信號(hào)，并將它逐級(jí)轉(zhuǎn)移（并存儲(chǔ)）輸送到輸出端。其基本工作過程主要是信號(hào)電荷的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移和檢測(cè)，因此實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)模擬移位存儲(chǔ)器。主要有信息處理用延遲線、存儲(chǔ)器和光電攝像器件三個(gè)方向應(yīng)用

CCD有表面（溝道）CCD（SCCD）和埋溝CCD（BCCD）兩種基本類型。作為圖像傳感器用攝像器件還另外具有光敏元陣列和轉(zhuǎn)移柵，以進(jìn)行光電轉(zhuǎn)移，并將光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到CCD轉(zhuǎn)移電極下。

該傳感器的的測(cè)量的物理量及范圍

線型CCD即CCD的感光元件排列在一條直線上。它成像方式是CCD在光學(xué)系統(tǒng)成像所在的焦平面上垂直掃過，地到一幅完整的影像。傳統(tǒng)的掃描儀都使用這種類型的CCD，因此我們又稱它為掃描型CCD。線性CCD的這種工作方式?jīng)Q定了

2它得到一幅完整的影像需要很長(zhǎng)的時(shí)間，即嚗光時(shí)間很長(zhǎng)。自然它就無法用于拍攝動(dòng)態(tài)的物體，另外在嚗光過程中需要一致的光線環(huán)境，它也不支持閃光拍攝。雖然有如此重大的缺陷，但線性CCD的感光元件可以做到很高的線密度，這樣用線性CCD可以得到極高像素?cái)?shù)量的影像，因此它仍然被用于數(shù)碼相機(jī)，拍攝需要超高分辨率的靜物影像。典型的例子是Agfa的StudioCam相機(jī)，它用三條線性CCD分別感應(yīng)紅藍(lán)綠三色光，每條3648像素，色彩灰度為12位，可得到1640萬像素分辨率高達(dá)4500*3648的圖象，最終的影像容量高達(dá)50-100MB。其預(yù)掃描時(shí)間需要12秒，每一線依精度需要1/15-1/200秒。

面型CCD 又稱全幅式CCD,陣列型CCD。面型CCD的嚗光方式有以下三種。1．單CCD芯片三次嚗光：即通過三色濾鏡輪盤分別將紅藍(lán)綠三色光投射在CCD上，三次采集后合成得到影像。這種方式得到的影像質(zhì)量很高，但三次嚗光，不能用于拍攝動(dòng)態(tài)影像。

2．三CCD一次嚗光：三個(gè)CCD芯片，分別感應(yīng)紅綠藍(lán)三色光（或其中兩片感應(yīng)綠色光，另一片感應(yīng)紅藍(lán)光），自然光通過分光棱鏡系統(tǒng)將三色光分別投影在CCD上，一次嚗光得到完整影像。這種方式得到的影像質(zhì)量和單芯片三次嚗光一樣，而一次嚗光可拍攝動(dòng)態(tài)影像.缺點(diǎn)是三CCD的成本很高，分光棱鏡的制作技術(shù)難度也很大。

3.單CCD芯片一次嚗光：CCD上組合排列感應(yīng)三種色光的像素，一次嚗光后得到影像，由于人眼對(duì)綠色最為敏感，通常CCD上的感綠色像素最多。這種方式的影像質(zhì)量最低，但受成本的限制和對(duì)動(dòng)態(tài)影像的拍攝要求，市面上主流產(chǎn)品大都采用單CCD芯片一次嚗光。

CCD-CCD原理

說到CCD的尺寸，其實(shí)是說感光器件的面積大小，這里就包括了CCD和CMOS。感光器件的面積大小，CCD/CMOS面積越大，捕獲的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。CCD/CMOS是數(shù)碼相機(jī)用來感光成像的部件，相當(dāng)于光學(xué)傳統(tǒng)相機(jī)中的膠卷。

CCD上感光組件的表面具有儲(chǔ)存電荷的能力，并以矩陣的方式排列。當(dāng)其表面感受到光線時(shí)，會(huì)將電荷反應(yīng)在組件上，整個(gè)CCD上的所有感光組件所產(chǎn)生的信號(hào)，就構(gòu)成了一個(gè)完整的畫面

該傳感器的對(duì)測(cè)量某一物理量的具體應(yīng)用

CCD圖像傳感器可直接將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電流信號(hào)，電流信號(hào)經(jīng)過放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)圖像的獲取、存儲(chǔ)、傳輸、處理和復(fù)現(xiàn)。CCD一般可分為線陣CCD和面陣CCD兩大類。線陣CCD將CCD內(nèi)部電極分成數(shù)組，并施加同樣的時(shí)鐘脈沖，以滿足不同場(chǎng)合的應(yīng)用。面陣CCD較線陣CCD結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，由很多光敏區(qū)排列成一個(gè)方陣并以一定的形式連接成一個(gè)器件，以獲取大量信息，完成復(fù)雜圖像的處理。

一般考察CCD質(zhì)量性能，可以對(duì)其不同參數(shù)進(jìn)行考慮。包括CCD的光譜靈敏度、暗電流與噪聲、轉(zhuǎn)移效率和轉(zhuǎn)移損失率、時(shí)鐘頻率的上、下限、動(dòng)態(tài)范圍、非均勻性、非線性度、時(shí)間常數(shù)、CCD芯片像素缺陷等。

CCD圖像傳感器一般體積較小，功耗也較低，因此適應(yīng)于各類電子產(chǎn)品而不會(huì)占用太大空間。同時(shí)CCD靈敏度高、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、響應(yīng)速度快、像素集成度高、尺寸精確等，都讓它的應(yīng)用得到普及。

含格狀排列像素的CCD應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、光學(xué)掃瞄儀與攝影機(jī)的感光元件。經(jīng)冷凍的CCD亦廣泛應(yīng)用于天文攝影與各種夜視裝置，而各大型天文臺(tái)亦不斷研發(fā)高像數(shù)CCD以拍攝極高解像之天體照片。CCD能使固定式的望遠(yuǎn)鏡發(fā)揮有如帶追蹤望遠(yuǎn)鏡的功能，讓CCD上電荷讀取和移動(dòng)的方向與天體運(yùn)行方向一致，速度也同步，以CCD導(dǎo)星不僅能使望遠(yuǎn)鏡有效糾正追蹤誤差，還能使望遠(yuǎn)鏡記錄到比原來更大的視場(chǎng)。一般的CCD大多能感應(yīng)紅外線，所以衍生出紅外線影像、夜視裝置、零照度（或趨近零照度）攝影機(jī)/照相機(jī)等

該傳感器的技術(shù)指標(biāo)及參考價(jià)格、可能的生產(chǎn)廠家 1.光譜靈敏度

CCD的光譜靈敏度取決于量子效率、波長(zhǎng)、積分時(shí)間等參數(shù)。量子效率表征CCD芯片對(duì)不同波長(zhǎng)光信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換本領(lǐng)。不同工藝制成的CCD芯片，其量子效率不同。靈敏度還與光照方式有關(guān)，背照CCD的量子效率高，光譜響應(yīng)曲線無起伏，正照CCD由于反射和吸收損失，光譜響應(yīng)曲線上存在若干個(gè)峰和谷。

2.CCD的暗電流與噪聲

CCD暗電流是內(nèi)部熱激勵(lì)載流子造成的。CCD在低幀頻工作時(shí)，可以幾秒或幾千秒的累積（曝光）時(shí)間來采集低亮度圖像，如果曝光時(shí)間較長(zhǎng)，暗電流會(huì)在

4光電子形成之前將勢(shì)阱填滿熱電子。由于晶格點(diǎn)陣的缺陷，不同像素的暗電流可能差別很大。在曝光時(shí)間較長(zhǎng)的圖像上，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)星空狀的固定噪聲圖案。這種效應(yīng)是因?yàn)樯贁?shù)像素具有反常的較大暗電流，一般可在記錄后從圖像中減去，除非暗電流已使勢(shì)阱中的電子達(dá)到飽和。

晶格點(diǎn)陣的缺陷產(chǎn)生不能收集光電子的死像素。由于電荷在移出芯片的途中要穿過像素，一個(gè)死像素就會(huì)導(dǎo)致一整列中的全部或部分像素?zé)o效；過渡曝光會(huì)使過剩的光電子蔓延到相鄰像素，導(dǎo)致圖像擴(kuò)散性模糊。

3.轉(zhuǎn)移效率和轉(zhuǎn)移損失率

電荷包從一個(gè)勢(shì)阱向另一個(gè)勢(shì)阱轉(zhuǎn)移時(shí)，需要一個(gè)過程。像素中的電荷在離開芯片之前要在勢(shì)阱間移動(dòng)上千次或更多，這要求電荷轉(zhuǎn)移效率極其高，否則光電子的有效數(shù)目會(huì)在讀出過程中損失嚴(yán)重。

引起電荷轉(zhuǎn)移不完全的主要原因是表面態(tài)對(duì)電子的俘獲，轉(zhuǎn)移損失造成信號(hào)退化。采用“胖零”技術(shù)可減少這種損耗。

4.時(shí)鐘頻率的上、下限

下限取決于非平衡載流子的平均壽命，上限取決于電荷包轉(zhuǎn)移的損失率，即電荷包的轉(zhuǎn)移要有足夠的時(shí)間。

5.動(dòng)態(tài)范圍

表征同一幅圖像中最強(qiáng)但未飽和點(diǎn)與最弱點(diǎn)強(qiáng)度的比值。數(shù)字圖像一般用DN表示。

6.非均勻性

表征CCD芯片全部像素對(duì)同一波長(zhǎng)、同一強(qiáng)度信號(hào)響應(yīng)能力的不一致性。

7.非線性度

表征CCD芯片對(duì)于同一波長(zhǎng)的輸入信號(hào)，其輸出信號(hào)強(qiáng)度與輸入信號(hào)強(qiáng)度比例變化的不一致性。

8.時(shí)間常數(shù)

表征探測(cè)器響應(yīng)速度，也表示探測(cè)器響應(yīng)的調(diào)制輻射能力。時(shí)間常數(shù)與光導(dǎo)和光伏探測(cè)器中的自由載流子壽命有關(guān)。

9.CCD芯片像素缺陷

a.像素缺陷：對(duì)于在50%線性范圍的照明，若像素響應(yīng)與其相鄰像素偏差超過30%，則為像素缺陷。

b.簇缺陷：在3*3像素的范圍內(nèi)，缺陷數(shù)超過5個(gè)像素。

c.列缺陷：在1*12的范圍內(nèi)，列的缺陷超過8個(gè)像素。

d.行缺陷：在一組水平像素內(nèi)，行的缺陷超過8個(gè)像素

價(jià)格：600~800元之間

生產(chǎn)廠家：索尼、尼康

優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：CCD制造工藝較復(fù)雜，成像通透性、明銳度都很好，色彩還原、曝光可以保證基本準(zhǔn)確一般是顏色好，缺點(diǎn)：費(fèi)電，曝光時(shí)間長(zhǎng)的時(shí)候溫升大，噪點(diǎn)相對(duì)嚴(yán)重，最重要的是大規(guī)格的成品率低，成本高

針對(duì)缺點(diǎn)有何改進(jìn)措施

1)圍繞空間CCD相機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)要求,本文在相機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中完成了以下工作:(a)通過對(duì)星載空間相機(jī)常用材料的性能分析比較,合理地完成部件結(jié)構(gòu)的材料選擇,為達(dá)到輕量化的設(shè)計(jì)要求奠定基礎(chǔ);(b)應(yīng)用有限元分析方法,對(duì)相機(jī)關(guān)鍵部件——主鏡筒和支架進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì);2)在該相機(jī)精確CAD模型的基礎(chǔ)上,對(duì)CCD相機(jī)進(jìn)行了簡(jiǎn)化造型。利用簡(jiǎn)化后的模型建立了整機(jī)的有限元模型,完成了該相機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性分析計(jì)算

參考文獻(xiàn)

[1].曾光奇.工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ).武漢：華中科技大學(xué)出版社.2002.36