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集成電路制造與封裝基礎 版權信息
- ISBN：9787030583864
- 條形碼：9787030583864 ; 978-7-03-058386-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
集成電路制造與封裝基礎 本書特色
本課程基于2013陜西省立項的精品課程《集成電路工藝理論與實踐》，整合前期《半導體工藝原理》、《集成電路封裝與測試》和《生產實習》等已有的校內課程建設，形成本書
集成電路制造與封裝基礎 內容簡介
本書主要介紹了半導體性質、硅片制備、氧化技術、光刻技術、圖形技術、摻雜技術、薄膜物理制備、薄膜化學制備、工藝集成、工藝監控、封裝技術、可靠性設計、可靠性篩選和組裝檢測等微電子技術領域的基本內容，這些內容為進一步掌握半導體材料、半導體器件和集成電路制造、封裝和測試的基本理論和方法奠定堅實的基礎。
集成電路制造與封裝基礎 目錄
目錄
**篇 半導體材料與襯底
第1章 半導體的性質 3
1.1 半導體的概述 3
1.1.1 半導體的基本性質 3
1.1.2 半導體的發展應用 4
1.2 半導體的晶體結構和分類 7
1.2.1 半導體的晶體結構 7
1.2.2 半導體的分類 11
1.3 半導體的缺陷 12
1.3.1 點缺陷 13
1.3.2 線缺陷 14
1.3.3 面缺陷 15
1.3.4 體缺陷 16
1.4 半導體的電子狀態和能帶 16
1.4.1 原子能級和晶體能帶 16
1.4.2 晶體的能帶結構 18
1.5 半導體的導電機制 19
1.6 半導體的雜質能級 20
1.6.1 施主雜質和施主能級 20
1.6.2 受主雜質和受主能級 21
1.7 半導體的缺陷能級 22
1.7.1 點缺陷能級 22
1.7.2 線缺陷能級 25
習題 26
參考文獻 26
第2章 硅和硅片的制備 27
2.1 硅源的合成 27
2.1.1 硅的初級加工 27
2.1.2 硅的中間產物 28
2.2 多晶硅的提純與制備 32
2.2.1 多晶硅的提純 32
2.2.2 多晶硅的制備 32
2.3 單晶硅的生長 35
2.3.1 晶體的摻雜 35
2.3.2 直拉法 37
2.3.3 區熔法 39
2.3.4 其他的制備方法 41
2.4 硅片的加工 42
2.5 硅片的清洗 47
2.5.1 硅片的干法清洗 47
2.5.2 硅片的濕法清洗 48
2.5.3 新型清洗技術 50
2.6 硅片的檢驗與包裝 52
2.6.1 硅片的檢驗 52
2.6.2 硅片的包裝 54
2.7 帶狀硅的制備 55
習題 57
參考文獻 57
第二篇 半導體工藝原理
第3章 氧化技術 61
3.1 二氧化硅的性質和應用 61
3.1.1 二氧化硅的基本結構 61
3.1.2 二氧化硅的性質 63
3.1.3 二氧化硅在集成電路中的應用 64
3.2 熱氧化的基本原理 65
3.2.1 二氧化硅的生長 65
3.2.2 迪爾-格羅夫模型 66
3.2.3 決定二氧化硅生長的因素 69
3.2.4 影響二氧化硅生長的因素 71
3.3 氧化方法 75
3.3.1 熱生長氧化法 76
3.3.2 摻氯氧化法 81
3.3.3 熱分解淀積法 82
3.4 氧化工藝的質量檢測 85
3.4.1 氧化膜的缺陷檢驗 85
3.4.2 氧化膜的物理測量 86
3.4.3 氧化膜的光學測量 87
3.4.4 氧化膜的電學測量 88
3.4.5 氧化層密度的測量 91
習題 92
參考文獻 92
第4章 圖形技術 93
4.1 圖形加工 93
4.1.1 圖形加工的流程 94
4.1.2 圖形加工的缺陷 98
4.2 光刻技術 100
4.2.1 潔凈室 101
4.2.2 光刻膠 101
4.2.3 掩膜版 105
4.2.4 光刻技術分類 107
4.2.5 傳統曝光技術 110
4.2.6 分辨率增強技術 112
4.2.7 新型曝光技術 114
4.3 刻蝕技術 117
4.3.1 濕法刻蝕 118
4.3.2 干法刻蝕 121
習題 130
參考文獻 131
第5章 摻雜技術 132
5.1 合金法 132
5.2 擴散技術 133
5.2.1 擴散方程 133
5.2.2 擴散類型 135
5.2.3 擴散機理 139
5.2.4 擴散方法 146
5.2.5 擴散設備 151
5.3 離子注入法 154
5.3.1 離子注入的機理 154
5.3.2 離子注入的分布 159
5.3.3 離子注入的設備 160
5.3.4 離子注入的效應 162
5.3.5 離子注入的應用及展望
165 習題 166
參考文獻 166
第三篇 薄膜技術
第6章 薄膜的物理制備 169
6.1 真空技術 169
6.1.1 真空的概念 169
6.1.2 真空的獲取 170
6.1.3 真空的檢漏 176
6.1.4 真空的測量 177
6.2 真空蒸鍍 181
6.2.1 真空蒸鍍的原理 181
6.2.2 真空蒸鍍的分類及特點 182
6.3 濺射鍍膜 184
6.3.1 濺射的基本原理 185
6.3.2 濺射鍍膜的分類 186
6.3.3 濺射鍍膜的特點 189
6.4 離子鍍 190
6.4.1 離子鍍的基本原理 190
6.4.2 離子鍍的分類 191
6.4.3 離子鍍的優點 192
6.5 分子束外延 192
6.5.1 分子束外延的基本原理 193
6.5.2 分子束外延的特點 193
6.5.3 分子束外延的缺陷 194
6.5.4 分子束外延的影響因素 196
6.6 脈沖激光沉積 197
6.6.1 脈沖激光沉積的原理 197
6.6.2 脈沖激光沉積的特點 198
6.6.3 脈沖激光沉積的影響因素 199
習題 200
參考文獻 200
第7章 薄膜的化學制備 202
7.1 化學氣相沉積 202
7.1.1 化學氣相沉積的基本原理 203
7.1.2 化學氣相沉積的常用方法 204
7.1.3 化學氣相沉積的發展趨勢及特點 213
7.2 化學溶液制備 214
7.2.1 化學反應沉積法 214
7.2.2 陽極氧化法 216
7.2.3 電鍍法 216
7.2.4 噴霧熱分解法 218
習題 219
參考文獻 219
第四篇 工藝集成與封裝
第8章 工藝集成 223
8.1 金屬化與多層互連 223
8.1.1 金屬互連線 223
8.1.2 歐姆接觸 224
8.1.3 布線技術 227
8.1.4 多層互連 232
8.1.5 銅多層互連系統工藝 235
8.2 CMOS集成電路工藝 237
8.2.1 隔離工藝 238
8.2.2 雙阱工藝 240
8.2.3 薄柵氧化 241
8.2.4 非均勻溝道摻雜 241
8.2.5 自對準工藝 242
8.2.6 源/漏技術與淺結形成 243
8.2.7 CMOS電路工藝流程 244
8.3 雙極型集成電路工藝 250
8.3.1 標準埋層雙極型晶體管工藝流程 251
8.3.2 其他先進的雙極型集成電路工藝流程 253
習題 255
參考文獻 255
第9章 工藝檢測及監控 257
9.1 工藝檢測的概述 257
9.1.1 **類工藝檢測 257
9.1.2 第二類工藝檢測 259
9.2 工藝檢測的內容 259
9.2.1 晶片檢測 259
9.2.2 氧化層檢測 261
9.2.3 光刻工藝檢測 262
9.2.4 擴散層檢測 263
9.2.5 離子注入層檢測 265
9.2.6 外延層檢測 266
9.3 工藝監控 267
9.3.1 工藝實時監控 268
9.3.2 工藝檢測片 268
9.3.3 集成結構測試圖形 268
習題 275
參考文獻 275
第10章 封裝技術 276
10.1 封裝技術發展的現狀 276
10.1.1 封裝的概念 276
10.1.2 封裝的層次 277
10.1.3 封裝的作用 278
10.1.4 封裝的發展歷史 279
10.2 封裝的工藝流程 280
10.2.1 芯片減薄和切割 281
10.2.2 芯片貼裝 282
10.2.3 芯片互連 284
10.2.4 封裝成型技術 292
10.2.5 去飛邊毛刺 293
10.2.6 其他工藝流程 293
10.3 封裝材料 294
10.3.1 陶瓷封裝材料 294
10.3.2 金屬封裝材料 295
10.3.3 塑料封裝材料 296
10.3.4 焊接材料 298
10.3.5 基板材料 298
10.4 先進的封裝技術 299
10.4.1 球柵陣列封裝 299
10.4.2 芯片尺寸封裝 303
10.4.3 晶圓級封裝 307
10.4.4 倒裝芯片封裝 310
10.4.5 多芯片組件封裝 314
10.4.6 三維封裝 316
習題 318
參考文獻 319
第五篇 元器件可靠性設計與組裝
第11章 元器件可靠性設計 323
11.1 可靠性內涵及表征 323
11.1.1 可靠性內涵 323
11.1.2 可靠性表征 324
11.2 可靠性設計分類 328
11.3 降額設計 329
11.4 熱設計 332
11.4.1 失效率與溫度關系 332
11.4.2 熱設計思路 334
11.4.3 表面貼裝元件熱設計方法 334
11.5 靜電防護設計 337
11.5.1 靜電放電現象 337
11.5.2 靜電放電損傷 338
11.5.3 靜電放電防護 339
11.6 抗輻射加固技術 341
11.6.1 輻射效應分類 341
11.6.2 抗輻射加固措施 343
11.6.3 抗輻射加固原則 344
11.7 耐環境設計 344
11.7.1 元器件失效模式 345
11.7.2 耐環境設計方法 346
11.8 可靠性試驗 347
11.8.1 可靠性試驗方法 347
11.8.2 可靠性篩選種類 349
習題 352
參考文獻 353
第12章 表面組裝技術 354
12.1 表面組裝概述 354
12.2 表面組裝元器件及印刷電路板 355
12.2.1 表面組裝元器件 355
12.2.2 印刷電路板 356
12.3 表面組裝工藝材料 358
12.3.1 貼片膠 358
12.3.2 焊膏 359
12.4 表面組裝工藝 361
12.4.1 涂敷和貼片技術 363
12.4.2 自動焊接技術 363
12.5 表面組裝檢測技術 365
12.5.1 組裝工序檢測 366
12.5.2 常用的檢測方法 368
習題 375
參考文獻 376
附表
附表A 檢測項目和陪片設置 379
附表B 微電子封裝的主要類型 380
**篇 半導體材料與襯底
第1章 半導體的性質 3
1.1 半導體的概述 3
1.1.1 半導體的基本性質 3
1.1.2 半導體的發展應用 4
1.2 半導體的晶體結構和分類 7
1.2.1 半導體的晶體結構 7
1.2.2 半導體的分類 11
1.3 半導體的缺陷 12
1.3.1 點缺陷 13
1.3.2 線缺陷 14
1.3.3 面缺陷 15
1.3.4 體缺陷 16
1.4 半導體的電子狀態和能帶 16
1.4.1 原子能級和晶體能帶 16
1.4.2 晶體的能帶結構 18
1.5 半導體的導電機制 19
1.6 半導體的雜質能級 20
1.6.1 施主雜質和施主能級 20
1.6.2 受主雜質和受主能級 21
1.7 半導體的缺陷能級 22
1.7.1 點缺陷能級 22
1.7.2 線缺陷能級 25
習題 26
參考文獻 26
第2章 硅和硅片的制備 27
2.1 硅源的合成 27
2.1.1 硅的初級加工 27
2.1.2 硅的中間產物 28
2.2 多晶硅的提純與制備 32
2.2.1 多晶硅的提純 32
2.2.2 多晶硅的制備 32
2.3 單晶硅的生長 35
2.3.1 晶體的摻雜 35
2.3.2 直拉法 37
2.3.3 區熔法 39
2.3.4 其他的制備方法 41
2.4 硅片的加工 42
2.5 硅片的清洗 47
2.5.1 硅片的干法清洗 47
2.5.2 硅片的濕法清洗 48
2.5.3 新型清洗技術 50
2.6 硅片的檢驗與包裝 52
2.6.1 硅片的檢驗 52
2.6.2 硅片的包裝 54
2.7 帶狀硅的制備 55
習題 57
參考文獻 57
第二篇 半導體工藝原理
第3章 氧化技術 61
3.1 二氧化硅的性質和應用 61
3.1.1 二氧化硅的基本結構 61
3.1.2 二氧化硅的性質 63
3.1.3 二氧化硅在集成電路中的應用 64
3.2 熱氧化的基本原理 65
3.2.1 二氧化硅的生長 65
3.2.2 迪爾-格羅夫模型 66
3.2.3 決定二氧化硅生長的因素 69
3.2.4 影響二氧化硅生長的因素 71
3.3 氧化方法 75
3.3.1 熱生長氧化法 76
3.3.2 摻氯氧化法 81
3.3.3 熱分解淀積法 82
3.4 氧化工藝的質量檢測 85
3.4.1 氧化膜的缺陷檢驗 85
3.4.2 氧化膜的物理測量 86
3.4.3 氧化膜的光學測量 87
3.4.4 氧化膜的電學測量 88
3.4.5 氧化層密度的測量 91
習題 92
參考文獻 92
第4章 圖形技術 93
4.1 圖形加工 93
4.1.1 圖形加工的流程 94
4.1.2 圖形加工的缺陷 98
4.2 光刻技術 100
4.2.1 潔凈室 101
4.2.2 光刻膠 101
4.2.3 掩膜版 105
4.2.4 光刻技術分類 107
4.2.5 傳統曝光技術 110
4.2.6 分辨率增強技術 112
4.2.7 新型曝光技術 114
4.3 刻蝕技術 117
4.3.1 濕法刻蝕 118
4.3.2 干法刻蝕 121
習題 130
參考文獻 131
第5章 摻雜技術 132
5.1 合金法 132
5.2 擴散技術 133
5.2.1 擴散方程 133
5.2.2 擴散類型 135
5.2.3 擴散機理 139
5.2.4 擴散方法 146
5.2.5 擴散設備 151
5.3 離子注入法 154
5.3.1 離子注入的機理 154
5.3.2 離子注入的分布 159
5.3.3 離子注入的設備 160
5.3.4 離子注入的效應 162
5.3.5 離子注入的應用及展望
165 習題 166
參考文獻 166
第三篇 薄膜技術
第6章 薄膜的物理制備 169
6.1 真空技術 169
6.1.1 真空的概念 169
6.1.2 真空的獲取 170
6.1.3 真空的檢漏 176
6.1.4 真空的測量 177
6.2 真空蒸鍍 181
6.2.1 真空蒸鍍的原理 181
6.2.2 真空蒸鍍的分類及特點 182
6.3 濺射鍍膜 184
6.3.1 濺射的基本原理 185
6.3.2 濺射鍍膜的分類 186
6.3.3 濺射鍍膜的特點 189
6.4 離子鍍 190
6.4.1 離子鍍的基本原理 190
6.4.2 離子鍍的分類 191
6.4.3 離子鍍的優點 192
6.5 分子束外延 192
6.5.1 分子束外延的基本原理 193
6.5.2 分子束外延的特點 193
6.5.3 分子束外延的缺陷 194
6.5.4 分子束外延的影響因素 196
6.6 脈沖激光沉積 197
6.6.1 脈沖激光沉積的原理 197
6.6.2 脈沖激光沉積的特點 198
6.6.3 脈沖激光沉積的影響因素 199
習題 200
參考文獻 200
第7章 薄膜的化學制備 202
7.1 化學氣相沉積 202
7.1.1 化學氣相沉積的基本原理 203
7.1.2 化學氣相沉積的常用方法 204
7.1.3 化學氣相沉積的發展趨勢及特點 213
7.2 化學溶液制備 214
7.2.1 化學反應沉積法 214
7.2.2 陽極氧化法 216
7.2.3 電鍍法 216
7.2.4 噴霧熱分解法 218
習題 219
參考文獻 219
第四篇 工藝集成與封裝
第8章 工藝集成 223
8.1 金屬化與多層互連 223
8.1.1 金屬互連線 223
8.1.2 歐姆接觸 224
8.1.3 布線技術 227
8.1.4 多層互連 232
8.1.5 銅多層互連系統工藝 235
8.2 CMOS集成電路工藝 237
8.2.1 隔離工藝 238
8.2.2 雙阱工藝 240
8.2.3 薄柵氧化 241
8.2.4 非均勻溝道摻雜 241
8.2.5 自對準工藝 242
8.2.6 源/漏技術與淺結形成 243
8.2.7 CMOS電路工藝流程 244
8.3 雙極型集成電路工藝 250
8.3.1 標準埋層雙極型晶體管工藝流程 251
8.3.2 其他先進的雙極型集成電路工藝流程 253
習題 255
參考文獻 255
第9章 工藝檢測及監控 257
9.1 工藝檢測的概述 257
9.1.1 **類工藝檢測 257
9.1.2 第二類工藝檢測 259
9.2 工藝檢測的內容 259
9.2.1 晶片檢測 259
9.2.2 氧化層檢測 261
9.2.3 光刻工藝檢測 262
9.2.4 擴散層檢測 263
9.2.5 離子注入層檢測 265
9.2.6 外延層檢測 266
9.3 工藝監控 267
9.3.1 工藝實時監控 268
9.3.2 工藝檢測片 268
9.3.3 集成結構測試圖形 268
習題 275
參考文獻 275
第10章 封裝技術 276
10.1 封裝技術發展的現狀 276
10.1.1 封裝的概念 276
10.1.2 封裝的層次 277
10.1.3 封裝的作用 278
10.1.4 封裝的發展歷史 279
10.2 封裝的工藝流程 280
10.2.1 芯片減薄和切割 281
10.2.2 芯片貼裝 282
10.2.3 芯片互連 284
10.2.4 封裝成型技術 292
10.2.5 去飛邊毛刺 293
10.2.6 其他工藝流程 293
10.3 封裝材料 294
10.3.1 陶瓷封裝材料 294
10.3.2 金屬封裝材料 295
10.3.3 塑料封裝材料 296
10.3.4 焊接材料 298
10.3.5 基板材料 298
10.4 先進的封裝技術 299
10.4.1 球柵陣列封裝 299
10.4.2 芯片尺寸封裝 303
10.4.3 晶圓級封裝 307
10.4.4 倒裝芯片封裝 310
10.4.5 多芯片組件封裝 314
10.4.6 三維封裝 316
習題 318
參考文獻 319
第五篇 元器件可靠性設計與組裝
第11章 元器件可靠性設計 323
11.1 可靠性內涵及表征 323
11.1.1 可靠性內涵 323
11.1.2 可靠性表征 324
11.2 可靠性設計分類 328
11.3 降額設計 329
11.4 熱設計 332
11.4.1 失效率與溫度關系 332
11.4.2 熱設計思路 334
11.4.3 表面貼裝元件熱設計方法 334
11.5 靜電防護設計 337
11.5.1 靜電放電現象 337
11.5.2 靜電放電損傷 338
11.5.3 靜電放電防護 339
11.6 抗輻射加固技術 341
11.6.1 輻射效應分類 341
11.6.2 抗輻射加固措施 343
11.6.3 抗輻射加固原則 344
11.7 耐環境設計 344
11.7.1 元器件失效模式 345
11.7.2 耐環境設計方法 346
11.8 可靠性試驗 347
11.8.1 可靠性試驗方法 347
11.8.2 可靠性篩選種類 349
習題 352
參考文獻 353
第12章 表面組裝技術 354
12.1 表面組裝概述 354
12.2 表面組裝元器件及印刷電路板 355
12.2.1 表面組裝元器件 355
12.2.2 印刷電路板 356
12.3 表面組裝工藝材料 358
12.3.1 貼片膠 358
12.3.2 焊膏 359
12.4 表面組裝工藝 361
12.4.1 涂敷和貼片技術 363
12.4.2 自動焊接技術 363
12.5 表面組裝檢測技術 365
12.5.1 組裝工序檢測 366
12.5.2 常用的檢測方法 368
習題 375
參考文獻 376
附表
附表A 檢測項目和陪片設置 379
附表B 微電子封裝的主要類型 380
展開全部
集成電路制造與封裝基礎 節選
**篇 半導體材料與襯底 第1章 半導體的性質 半導體技術是電子信息產業發展的基礎，對航空航天技術、國防現代化乃至國民經濟都會產生深刻的影響。半導體技術的發展直接依賴于半導體材料的開發和利用。半導體材料是半導體技術的重要分支之一，是半導體技術發展的物質基礎。半導體材料在半導體行業中主要用來制作晶體管、固態激光器和集成電路等產品。半導體產品的性能、成品率和可靠性，除了與半導體產品本身的設計和制造工藝有關外，在很大程度上取決于半導體材料的質量。因此，半導體技術的發展，促進了半導體材料性能的提高；而半導體材料內在質量的改進，反過來又推動半導體技術向更高的水平邁進。本章主要介紹半導體材料的性質。 1.1 半導體的概述 常見的半導體有硅（Si）、鍺（Ge）和砷化鎵（GaAs）等，是制作晶體管、集成電路、電力電子器件和光電子器件的重要材料，支撐著通信、計算機、信息家電與網絡技術等電子信息產業的發展。半導體是導電性可受控制，范圍為絕緣體至導體的材料，它的發展對半導體工業的發展具有極大的影響。 1.1.1 半導體的基本性質 根據材料的導電性質，通常把導電性、導熱性差的材料，稱為絕緣體；而把導電性和導熱性都比較好的金屬材料稱為導體；把介于絕緣體和導體之間的材料稱為半導體[1]。典型三種材料的電阻率和電導率，如圖1-1所示。 圖1-1 典型絕緣體、半導體及導體的電阻率和電導率范圍 從圖1-1中可以看出，絕緣物質的電阻率分布在 108～1018Ω cm，如熔融石英、金剛石、玻璃和硫等固態物質都分布在這個區間；導體物質的電阻率一般小于 10.3Ω cm，如鉍、鉑、鋁、銅和銀等金屬都處于這個區間；而電阻率在 10.3～108Ω cm，介于絕緣體和導體之間的固態物質，則是本書主要研究的固態物質—半導體材料，如鍺、硅和砷化鎵等。半導體材料的主要特性 [2]如下所示。 1）摻雜特性 完全不含雜質且無晶格缺陷的純凈半導體稱為本征半導體，其電阻率很高。如果在本征半導體中有選擇地摻入微量的某種雜質元素，就會使它的電阻率發生極大的變化。例如，在室溫下的純硅中摻入百萬分之一的硼元素，其電阻率就會從 2.14×105Ω cm減小到 0.4Ω cm，可以使硅的導電能力提高 50多萬倍。這種適當摻入極微量的雜質元素，使導電性能顯著增加的現象，是半導體*顯著、*突出的特性——摻雜特性。正是通過摻入某些特定的雜質元素，可人為地、精確地控制半導體的導電能力，用以制作各種半導體器件。 2）光敏特性 半導體的電阻率對光的變化十分敏感。有光照時，電阻率很小；無光照時，電阻率很大。例如，常用的硫化鎘光敏電阻，在沒有光照時，電阻高達幾十兆歐姆；受到光照時，電阻降到幾十千歐姆，電阻值改變了上千倍。利用半導體的光敏特性，可制作出多種類型的光電器件，如光電二極管、光電三極管和硅光電池等。 3）熱敏特性 半導體的電阻率隨溫度變化會發生明顯的改變。例如，純鍺溫度每升高10℃，其電阻率就要減小到原來的1/2。溫度的細微變化，能從半導體電阻率的明顯變化上反映出來。這種半導體的導電能力與溫度的密切關系特性，稱為半導體的熱敏特性。利用半導體的熱敏特性，可以制作感溫元件 —熱敏電阻，可應用于溫度測量和控制系統中。值得注意的是，各種半導體器件都因存在著熱敏特性，在環境溫度變化時影響其工作的穩定性。 此外，半導體材料還具有負電阻率溫度特性、整流特性、電場和磁場效應等特性。 1.1.2 半導體的發展應用 半導體因其獨*的電學性能，受到人們的廣泛關注和深入研究。在實際的應用中，出現了整流管、三極管、場效應管以及平面工藝后的大規模集成電路和超大規模集成電路，同時開發出高溫、高頻、抗輻射及大功率等特殊的半導體器件。半導體的研發水平及產業化規模已成為衡量一個國家經濟社會發展、科技進步和國防實力的重要標志。 1．半導體的發展 人類認識半導體開始于18世紀電現象的發現。1833年，英國巴拉迪*先發現硫化銀的電阻隨溫度的變化情況不同于一般金屬，其電阻隨著溫度的上升而降低，即熱敏效應，這是人們對半導體現象的首次發現。1839年，法國的貝克萊爾發現半導體和電解質接觸形成的結，在光照下會產生一個電壓，這就是后來人們熟知的光生伏特效應。1873年，英國的史密斯發現硒晶體材料在光照下電導增加的光電導效應。1874年，德國的布勞恩觀察到某些硫化物的電導率與所加電場的方向有關，即它的導電有方向性。研究發現，在硫化物的兩端加一個正向電壓是導通的；如果把電壓極性反過來則不導電，即為半導體的整流效應。同年，舒斯特又發現了銅與氧化銅的整流效應。雖然這四個效應早在 1880年以前就被發現，但是半導體這個名詞大概到 1911年才被考尼白格和維斯首次使用，直到 1947年才在貝爾實驗室得以總結。 20世紀初，人們應用半導體制出氧化亞銅低功率整流器和硒整流器等器件。盡管對其做了大量的研究工作，但由于在本質上缺乏理論上的認識，進展不大。20世紀 30年代初，由于量子力學的發展，能帶理論被提出。固體能帶理論解釋了半導體的本質，為半導體材料和器件的發展打下了堅實的理論基礎。 1948年，鍺晶體管的誕生掀起了電子工業的革命，打破了電子管一統天下的局面，從電子管時代進入半導體時代。此后，由于制造器件的需要，半導體的制備技術獲得很大的進步。例如，直拉單晶、區熔提純和高純硅制備以及無位錯硅單晶拉制等技術逐步完善并發展成熟，基本上解決了硅、鍺器件的材料問題。 20世紀60年代，以硅氧化和外延生長為前導的硅平面器件工藝的形成，使硅集成電路的研制獲得成功，促使半導體工業的發展發生了一次飛躍。目前，大規模集成電路和超大規模集成電路已成為微電子技術的核心，為航天技術、高速計算技術等高科技的發展提供了條件，促進了整個社會的技術革命。 在硅、鍺元素半導體材料研究的同時，其他半導體材料也取得了重大的進步。1952年，韋爾克等發現元素周期表中Ⅲ族和Ⅴ族元素形成的二元化合物及多元化合物也是半導體材料。例如，砷化鎵具有硅、鍺不具備的電子遷移率高、禁帶寬度大等優異特性；另外，砷化鎵具有直接帶隙結構和負阻效應，適合制作微波和光電器件。然而，這些化合物材料的制備遠比硅、鍺困難，直到 20世紀 50年代末，才用水平布里奇曼法制備出砷化鎵單晶。1965年，氧化硼液封拉制砷化鎵單晶技術的發現，為工業化生長Ⅲ-Ⅴ族化合物打下了基礎。20世紀 60年代初，液相外延和氣相外延生長技術成功應用于化合物半導體薄膜的生長，自此半導體激光器等化合物半導體器件相繼問世，化合物半導體的發展進入了高潮。 20世紀70年代，分子束外延生長和金屬有機氣相外延生長技術的發展，可把外延層的厚度控制在原子層數量級，制備出量子阱、超晶格和應變層復合材料。超晶格的出現是半導體材料發展的又一個里程碑。低維材料推動著量子阱激光器、高速二維電子器件和光電集成器件的發展，同時也為根據半導體能帶結構的差異而設計、生長新型的超晶格材料，為器件制作從雜質工程走向能帶工程開拓了廣闊的道路。 20世紀90年代初，通過獲得高質量P型氮化鎵（GaN）外延薄膜材料，制作出了高亮度藍色發光二極管并迅速產業化，為實現全彩顯示奠定了基礎。 2．半導體的應用 半導體的物理性質是其產品應用的基礎，表1-1列出了主要半導體材料的物理性質及應用情況。禁帶寬度決定發射光的波長，禁帶寬度越大，發射光的波長越短（藍光發射）；禁帶寬度越小，發射光的波長越長。電子遷移速率決定半導體低壓條件下的高頻工作性能，飽和速率決定半導體高壓條件下的高頻工作性能。 表1-1 主要半導體材料的物理性質及應用 根據重要性和開發成功的先后順序，半導體材料可以分為三代[3]。 **代半導體主要是指硅、鍺元素半導體。硅材料具有儲量豐富、價格低廉、熱性能與機械性能優良及易于生長大尺寸高純度晶體等優點。目前，硅材料仍是電子信息產業*主要的基礎材料，95%以上的半導體器件和 99%以上的集成電路都是用硅材料制作的。在 21世紀，硅材料的主導和核心地位仍不會動搖。然而，硅材料的物理性質限制了其在光電子和高頻、高功率器件上的應用。 第二代半導體主要是指砷化鎵和磷化銦等Ⅲ-Ⅴ族二元化合物半導體。砷化鎵是研究*深入、應用*廣泛的半導體材料，技術較成熟。砷化鎵是一種直接帶隙的半導體材料，且具有禁帶寬度寬、電子遷移率高的優點，不僅可直接研制光電
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