专业英语2第3讲Chapter 34.docx
- 文档编号:30743831
- 上传时间:2023-08-20
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:29.05KB
专业英语2第3讲Chapter 34.docx
《专业英语2第3讲Chapter 34.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《专业英语2第3讲Chapter 34.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
专业英语2第3讲Chapter34
Chapter3ProcessingTechnology
3.1Crystalgrowthandepitaxy晶体生长和外延
AsdiscussedpreviouslyinChapter1,thetwomostimportantsemiconductorsfordiscrete分离的devicesandintegratedcircuitsaresiliconandgallium镓arsenate砷酸盐.
正如之前在第一章所讨论的,对于分立器件和集成电路而言,两种最重要的半导体是硅和砷化镓。
Inthischapterwedescribethecommontechniquesforgrowingsinglecrystalsofthesetwosemiconductors.
在本章,我们描述生长这两种半导体单晶的常用技术。
Thebasicprocessflowisfromstartingmaterialstopolished抛光wafers.
基本流程是从原料到抛光片。
Thestartingmaterials(e.g.,silicondioxideforasiliconwafer)arechemicallyprocessedtoformahigh-puritypolycrystalline多晶semiconductorfromwhichsinglecrystalsaregrown.
原材料(即,用于生长硅片的二氧化硅)通过化学处理形成高纯度的多晶半导体以生长单晶。
di-ox-ide二-氧-化物
di-chlor-ide二-氯-化物
di-sulf-ide二-硫-化物
polycrystalline多晶
前缀poly-聚合、多,mulit-多single-单
Thesingle-crystalingots锭areshapedtodefinethediameterofmaterialandsawedintowafers.
定形后的单晶锭决定了材料的直径,并且被切成晶元。
Thesewafersareetched蚀刻andpolishedtoprovidesmooth,specularsurfacesonwhichdeviceswillbemade.
这些晶圆被蚀刻和抛光以得到光滑的镜面表面,器件将制造在其表面上。
Atechnologycloselyrelatedtocrystalgrowthinvolvesthegrowthofsingle-crystalsemiconductorlayersuponasingle-crystalsemiconductorsubstrate基片,衬底.
晶体生长密切相关的一个技术包括在单晶半导体基板上生长单晶半导体层(的技术)。
Thisiscalledepitaxy,fromtheGreekwordsepi(meaning“on”)andtaxis(meaning“arrangement”).
这被称为外延,来源于希腊文字中的epi(意为“on”)及taxis(意为“安排”)。
Theepitaxialprocessoffersanimportantmeansofcontrollingthedopingprofiles剖面,详细资料sothatdeviceandcircuitperformancescanbeoptimized优化.
外延工艺提供了控制掺杂分布,使设备和电路性能可以得到优化的重要手段。
Forexample,asemiconductorlayerwitharelativelylowdopingconcentration浓度canbegrownepitaxiallyuponasubstratewhichcontainsthesametypeofdopant掺杂剂inamuchhigherconcentration(e.g.,n-typesilicononann+-siliconsubstrate).
例如,一个相对较低的掺杂浓度的半导体外延层可以外延生长在一个掺杂类型相同但浓度更高的的基片上(例如,n型硅生长在n+-Si衬底硅)。
Inthiswaytheseriesresistance串联电阻associatedwiththesubstratecanbesubstantiallyreduced.
通过这种方式,与基板相关的串联电阻可以大幅地减少
Manynoveldevicestructures,especiallyformicrowaveandphotonicdevices,canbemadebyepitaxialprocesses.
许多新的元件结构,特别是微波和光子器件,可以通过外延法加工。
novel新颖的n.小说
Laterinthischapterweconsidersomeimportantepitaxialgrowthtechniques.
在本章后面,我们会介绍一些重要的外延生长技术。
3.2CrystalGrowthfromtheMelt从熔体生长晶体
Therearebasicallytwotechniquesforcrystalgrowthfromthemelt(i.e.,materialinliquidform):
theCzochralskitechniquesandtheBridgmantechnique.
有两种基本技术可以从熔体(即液态的材料)生长晶体:
乔赫拉尔斯基法(也称为直拉法)和布里奇曼法(双温区生长法)。
Asubstantialpercentage(-90%)ofthesiliconcrystalsforthesemiconductorindustryarepreparedbytheCsochralskitechnique;virtuallyallthesiliconusedforfabricationintegratedcircuitsispreparedbythistechnique.
一个相当大的比例(约90%)的半导体工业用的硅晶体由CZ法制备,几乎所有用于制造集成电路的硅都采用这种技术制备。
Mostgalliumarsenide,ontheotherhand,isgrownbytheBridgmantechnique.However,theCzochralskitechniqueisbecomingmorepopularforthegrowthoflarge-diametergalliumarsenide.
大多数砷化镓,反过来,是布里奇曼技术生长。
然而,使用Czochralski技术来生长大直径的砷化镓也越来越多(流行)。
galliumarsenide砷化镓
arsen-ide砷化物
arsenic砷
arsenate砷酸
3.2.1Startingmaterials原料
Thestartingmaterialsforsiliconisarelativelypureformofsand(SiO2)calledquartzite石英岩.
硅的原料是相对纯净的砂子(SiO2),称为石英岩(或硅石)。
Thisisplacedinafurnacewithvariousformsofcarbon(coal,coke,andwoodchips).Whileanumberofreactionstakeplaceinthefurnace,theoverallreactionis
SiC(solid)+SiO2(s)–Si(s)+SiC(g)+CO(g)
石英岩与各种形式的碳(煤,焦炭和木屑)一起放置在反应炉中。
尽管反应炉中发生了很多反应,总反应是
SiCSiliconcarbide碳化硅
COCarbonmono-x-ide一氧化碳
Thisprocessproducesmetallurgical冶金–gradesiliconwithapurityofabout98%.Next,thesiliconispulverized粉碎andtreatedwithhydrogenchloride(HCL)toformtrichlorosilane(SiHCl3):
Si(solid)+2HCL(gas)–SiHCl3(gas)+H2(gas)
这一过程产生冶金级,纯度约98%的硅。
其次,硅被粉碎并和氯化氢(HCL)反应以形成三氯氢硅:
Tri-chloro-silane三-氯-硅烷
HCLHydrogenchlor-ide氯化氢
Thetrichlorosilaneisaliquidatroomtemperature(boilingpoint32℃).
三氯氢硅在室温时是的液体(沸点为32℃)。
boilingpoint沸点
meltingpoint熔点
Fractional部分的distillation蒸馏oftheliquidremovestheunwantedimpurities.
通过精馏液体除去不需要的杂质。
distillv.蒸馏distillationn.蒸馏
ThepurifiedSiHCl3isthenusedinhydrogenreductionreactiontopreparetheelectronic-gradesilicon(EGS):
SiHCl3+H2–Si+3HCl
纯化后的SiHCl3通过氢还原反应可以制备电子级硅(EGS):
Thisreactiontakesplaceinareactorcontainingaresistance-heatedsiliconrod,whichservesasthenucleation核pointfordepositionofsilicon.
这种反应发生在一个含有电阻加热的硅棒的反应炉中,硅棒可作为硅沉积的成核点。
TheEGS,apolycrystallinematerialofhighpurity,istherawmaterialusedtopreparedevicequalitysingle-crystalsilicon.
高纯度多晶硅材料,是用来制备器件级单晶硅的原始材料。
PureEGSgenerallyhasimpurityconcentrationsinthepart-per-billionrange.
纯电子级硅的杂质浓度范围通常为亿分之一。
Thestartingmaterialsforgalliumarsenatearetheelemental,chemicallypuregalliumandarsenic砷,whichareusedforthesynthesisofpolycrystallinegalliumarsenide.
砷化镓的原材料是,化学纯镓和砷,用于合成多晶镓砷化物。
arsenate【化】砷酸盐(或酯)arsenide【化】砷化物
Becausegalliumarsenideisacombination化合物oftwomaterials,itsbehaviorisquitedifferentfromthatofasinglematerialssuchasilicon.
由于砷化镓是两种材料的化合物,它的特性与例如硅这样的单一材料是完全不同的。
第二讲
Thebehaviorofacombinationcanbedescribedbyaphasediagram图表.Aphaseisastate(e.g.,solid,liquid,orgaseous)inwhichamaterialmayexist.
化合物的表现可以用一个相图来描述。
一个相是一种状态(如固态,液态或气态),一种物质可能存在于其中。
Aphasediagramshowstherelationshipbetweentwocomponents(e.g.,galliumandarsenic)asafunctionoftemperature.
相图显示了两个成份(例如,镓和砷)随温度的函数关系。
Unlikesilicon,whichhasrelativelylowvaporpressureatitsmeltingpoint(10-6atmat1240℃),bothgalliumandarsenichavemuchhighervaporpressureatthemeltingpointofgalliumarsenide(1238℃).
不同于硅,在其熔点具有相对较低的蒸汽压(1240℃时为10-6大气压),镓和砷在砷化镓的熔点(1238℃)具有更高的蒸气压力。
Initsvaporphase,arsenichasAs2andAs4asitsmajorspecies.
在气相时,砷为主要以AS2和AS4分子的形式存在。
Thevaporpressurecurvesforgalliumarsenidemelt,andthesolidcurvesareforgallium-richmelt,morearsenic(As2andAs4)willbevaporizedfromthearsenic-richmelt,thusresultinginahighervaporpressure.
气体压力曲线对应于砷化镓熔体,固体曲线对应于富镓熔体。
更多的砷(As2和As4)将从富砷的熔体中蒸发,从而造成更高的蒸汽压。
Asimilarargumentcanexplainthehighervaporpressureofgalliuminagallium-richmelt.
类似的观点可以解释富镓熔体中镓的蒸气压较高。
Notethatlongbeforethemeltingpointisreached,thesurfacelayersofliquidgalliumarsenidemaydecomposeintogalliumandarsenic.
需要注意,在达到熔点之前,镓砷化液体的表面层可能分解成镓和砷。
Sincethevaporpressureofgalliumandarsenicarequitedifferent,thereisapreferentiallossofthemorevolatilearsenicspecies,andtheliquidbecomesgalliumrich.
由于镓和砷的蒸汽压力是有很大差别,挥发性较强的砷将会优先损失,液体中镓变得丰富。
Tosynthesizegalliumarsenide,anevacuated,sealedquartztubesystemwithatwo-temperaturefurnaceiscommonlyused.
通常用一个具有双温区的高温炉及抽真空的密封石英管系统来合成砷化镓。
Thehigh-purityarsenicisplacedinagraphiteboatandheatedto610to620℃,whilethehigh-puritygalliumisplacedinanothergraphiteboatandheatedtoslightlyabovethegalliumarsenidemeltingtemperature(1240to1260℃).
高纯度砷被放置在一个石墨舟中,加热到610至620℃,而高纯度镓是摆在另一石墨舟中,加热到略高于砷化镓的熔融温度(1240〜1260℃)
Undertheseconditions,anoverpressureofarsenicisestablished
(1)tocausethetransportofarsenicvaportothegalliummelt,convertingitintogalliumarsenicvaportothegalliummelt,convertingitintogalliumarsenide,and
(2)topreventdecompositionofthegalliumarsenidewhileitisbeingformedinthefurnace.
在这种条件下,形成砷的过压
(1)使砷气体输送到镓熔体,使之从砷化镓气体转化到镓熔体,使之转化为砷化镓,
(2)防止砷化镓在(化应炉中)合成过程中分解。
Whenthemeltcools,ahigh-puritypolycrystallinegalliumarsenideresults.Thisservesastherawmaterialtogrowsingle-crystalgalliumarsenide.
当熔体冷却,可得到高纯度多晶硅砷化镓。
这可作为生长单晶砷化镓的原料。
3.2.2TheCzohcralskiTechnique
TheCzochralskitechniqueforsiliconcrystalgrowthusesanapparatuscalledapuller提拉机,拉单晶机,asshowninFigure3-1.
CZ法生长硅晶体生长使用的仪器称为拉单晶机,如图3-1所示。
Thepullerhasthreemaincomponents:
(1)afurnace,whichincludesafused-silica(SiO2)crucible坩埚,agraphitesusceptor基座,arotationmechanism(clockwiseasshown),aheatingelement,andapowersupply;
拉单晶机有三个主要部分组成:
(1)反应炉,其中包括熔融石英(SiO2)的坩埚,石墨基座,旋转机械(顺时针方向如图所示),加热元件,以及电源;
(2)acrystal-pullingmechanism,whichincludesaseedholder支架andarotationmechanism(counter-clockwise);and(3)anambient气氛control,whichincludesagassource(suchasargon),aflowcontrol,andanexhaust排气system.
(2)拉单晶机,其中包括晶种支架和旋转装置(逆时针)和(3)气氛控制,其中包括气源(如氩气),流量控制,和排气系统。
Inaddition,thepullerhasanoverallmicroprocessor-basedcontrolsystemtocontrolprocessparameterssuchastemperature,crystaldiameter,pullrate,androtationspeeds,aswellastopermitprogrammedsteps.
此外,提拉机有一个基于微处理器的总控制系统来控制工艺参数,如温度,晶体直径,拉伸速度和旋转速度等,同时可对工艺过程进行编程控制。
Also,varioussensorsandfeedbackloopsallowthecontrolsystemtorespondautomatically,therebyreducingoperatorintervention干预.
此外,各种传感器和反馈回路使控制系统自动响应,从而减少操作人员干预。
Inthecrystal-growingprocess,polycrystallinesiliconisplacedinthecrucibleandthefurnaceisheatedabovethemeltingtemperatureofsilicon.
在晶体生长过程中,多晶硅是放置在坩埚中并且反应炉加热至硅的熔化温度以上。
Asuitablyorientedseedcrystal(e.g.,<111>)issuspendedoverthecrucibleinaseedholder.Theseedisinsertedintothemelt.Partofitmeltsbutthetipoftheremainingseedcrystalstilltouchestheliquidsurface.Itisthenslowlywithdrawn.
一个合适取向的晶种(如<111>)装于支架中悬浮在坩埚上方。
晶种被插入到融体中。
如果部分融化,但剩余的晶体仍然接触液体表面。
然后慢慢地撤回。
Progressivefreezingatthesolid-liquidinterfaceyieldsalarge,singlecrystal.Atypicalpullrateisafewmillimetersperminute.
固液交界面逐步冷却后得到大块单晶。
一个典型的拉单晶机的提拉速度是每分钟几毫米。
ForCzochralskigrowthofgalliumarsenide,thebasicpullerisidenticaltothatforsilicon.
对于直拉砷化镓生长,拉单晶机和生长硅的基本一样。
However,topreventdecompos
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 专业英语2第3讲Chapter 34 专业 英语 Chapter
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)