時間：2023-11-12 15:14:52
序論：在您撰寫半導體制備技術時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
現(xiàn)在最高效的熱電材料一般由鉍、碲、硒等相對來說比較少見的無機半導體組成，這些元素昂貴、易碎，而且有些還有毒。有機半導體不僅便宜、儲量豐富而且輕便、堅固，但一直以來，這類熱電材料在熱-電轉(zhuǎn)化過程中的表現(xiàn)差強人意。無機半導體熱電材料的熱電轉(zhuǎn)化效率幾乎是有機半導體熱電材料的4倍。
科學家們一般用“性能指數(shù)”這一值來反映材料的熱電轉(zhuǎn)化效率。目前，在室溫下，最高效的無機熱電材料的“性能指數(shù)”接近1；而有機半導體熱電材料的“性能指數(shù)”僅為0.25。
現(xiàn)在，科學家們將最好的有機半導體熱電材料聚3，4-亞乙二氧基噻吩-聚苯乙烯磺酸（PEDOT：PSS）的“性能指數(shù)”提高了70%，達到0.42，為目前最好的無機半導體熱電材料的一半。
PEDOT：PSS由PEDOT和PSS兩種物質(zhì)構(gòu)成，PEDOT是EDOT（3，4-亞乙二氧噻吩單體）的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸鹽。PEDOT：PSS以前被用作有機發(fā)光二極管（OLED）、有機太陽能電池等設備的透明電極；也被用來做膠片等材料的防靜電劑。
科學家們一般采用摻雜這一過程來增加材料的導電能力，當朝某種材料添加攙雜劑時，摻雜劑就給主材料提供了電載體，每個添加進去的電載體都能增強原材料的導電能力。然而，當在PEDOT中摻雜PSS時，實際上只有很少量的PSS同PEDOT結(jié)合，其余的PSS分子并沒有離子化，化學活性也不強。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些過量的PSS分子會顯著抑制PEDOT：PSS的導電能力和熱電性能。
該研究的領導者、密歇根大學機械工程、電子工程和計算機副教授凱文·派普表示：“不活躍的PSS分子會進一步將PEDOT分子推開，使電子更難在PEDOT分子之間跳躍。離子化的PSS分子會提高PEDOT：PSS的導電性，而沒有離子化的PSS分子則會降低其導電性?！?/p>
1、半導體制冷技術
1.1、工作原理
半導體制冷器件的工作原理是基于珀耳帖原理，即利用當兩種不同的導體A和B組成的電路且通有直流電時，在接頭處除焦耳熱以外還會釋放出某種其它的熱量，而另一個接頭處則吸收熱量，且珀耳帖效應所引起的這種現(xiàn)象是可逆的，改變電流方向時，放熱和吸熱的接頭也隨之改變，吸收和放出的熱量與電流強度成正比，且與兩種導體的性質(zhì)及熱端的溫度有關。
1.2、半導體制冷技術的優(yōu)缺點
半導體制冷器的尺寸小，可以制成體積不到1cm3小的制冷器；重量輕，微型制冷器往往能夠小到只有幾克或幾十克。無機械傳動部分，工作中無噪音，無液、氣工作介質(zhì)，因而不污染環(huán)境，制冷參數(shù)不受空間方向以及重力影響，在大的機械過載條件下，均能夠正常地工作。而且作用速度快，使用壽命長，且易于控制。
半導體制冷片正常工作時，冷端制冷的同時需要在熱端進行有效的散熱，需要散去的熱量包含珀耳帖效應釋放的熱量和制冷片本身的焦耳熱。這個熱量遠比冷端的吸熱量大。所以導致半導體制冷片的效率較低。而且，對半導體制冷片熱端的散熱一般要采用主動散熱。
因此，半導體制冷技術較適合應用于封閉的小型空間的冷卻。
2、方案確立
冷卻裝置必須可以安裝在自動化設備屏柜內(nèi)部。因此，設計、組裝出來的整個裝置尺寸應合適，如果太小，則冷卻效果不明顯；太大，則無法安裝在屏柜內(nèi)部。經(jīng)過在網(wǎng)上查閱有關半導體制冷技術的相關資料后，制定了設計、組裝方案：將多片半導體制冷片拼在一起，使其制冷面積增大，同時散熱端使用尺寸較大的散熱器和散熱風扇，以確保其散熱性能良好。冷卻端使用比散熱端尺寸小點的散熱器和風扇，使其能保持適合溫度，避免出現(xiàn)溫度過低或者冷卻效率低。
3、現(xiàn)場安裝試驗
根據(jù)日常變電站自動化設備的運維經(jīng)驗，及多個變電站進行現(xiàn)場勘查，發(fā)現(xiàn)自動化設備屏柜內(nèi)的熱量主要集中在柜內(nèi)頂部，而柜內(nèi)底部的溫度基本與室內(nèi)溫度相當。甚至在某些變電站，由于屏柜底部的電纜溝空間較大且密封嚴實，能起到很好的保溫效果，使得在屏柜內(nèi)底部測得的溫度比變電站二次設備間的溫度要更低。
針對現(xiàn)場勘查所得的情況，采用1個直流電源模塊同時帶2臺半導體冷卻裝置的運行方式，將冷卻裝置安裝在交換機柜內(nèi)頂部，將電源模塊放置在屏柜底部。使用適當數(shù)量和長度的角鋼在柜內(nèi)頂部搭建一個支架，將冷卻裝置固定在支架上。利用冷、熱空氣相互對流的原理，使冷卻端產(chǎn)生的冷空氣往柜內(nèi)底部流動，熱空氣向上升并通過頂部散熱孔排出屏柜，從而使屏柜內(nèi)溫度整體下降，達到為柜內(nèi)自動化設備降溫的目的。
4、運行情況分析
為了盡可能的獲得自動化設備屏柜內(nèi)部的各個部位的溫、濕度，分別在屏柜內(nèi)的上部、中部和下部分別放置了溫、濕度計。另外在屏柜外也放了一個，以獲取屏柜外部的環(huán)境溫度。并在冷卻裝置安裝完成后未投入運行前，先進性了溫度抄錄。
由于一天當中的各個時段溫度不同，會影響屏柜外部的環(huán)境溫度，進而影響到屏柜的內(nèi)部溫度，尤其屏柜內(nèi)上部的溫度。因此，在記錄溫度時盡可能的選擇在每一天的同個時段進行，以盡可能的減少外部溫度變化帶來的影響。
通過圖1可看出，在冷卻裝置投入使用后，屏柜內(nèi)中、上部的溫度有一個明顯的下降趨勢，尤其是頂部的溫度，前后溫差高達15X2。冷卻效果較為明顯。而底部溫度仍與冷卻裝置運行前情況基本相同，與屏柜外部環(huán)境溫度大致相持。
證明冷卻裝置運行所取得的效果與項目預期效果相同。
5、結(jié)語
通過本次對半導體制冷技術在變電站自動化設備的應用研究，發(fā)現(xiàn)其可解決用于變電站自動化設備屏柜內(nèi)部的設備因運行溫度過高導致的死機、故障、甚至整個裝置失效等重大、緊急缺陷。嚴重影響電網(wǎng)安全和供電可靠性。
另外，二次O備的長時間高溫環(huán)境運行也容易導致其生命周期降低，增加相應的運維成本。該半導體冷卻裝置主要有以下3個優(yōu)點：
（1）安裝方便，可靈活運用；
關鍵詞：半導體；光刻；圖形；薄膜；沉積
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.11.038
0 引言
人來研究半導體器件已經(jīng)超過135年[1]。尤其是進近幾十年來，半導體技術迅猛發(fā)展，各種半導體產(chǎn)品如雨后春筍般地出現(xiàn)，如柔性顯示器、可穿戴電子設置、LED、太陽能電池、3D晶體管、VR技術以及存儲器等領域蓬勃發(fā)展。本文針對半導制造技術的演變和主要內(nèi)容的研究進行梳理簡介和統(tǒng)計分析，了解半導體制造技術的專業(yè)技術知識，掌握該領域技術演進路線，同時提升對技術的理解和把握能力。
1 半導體技術
半導體制造技術是半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎，制造技術水平的高低直接影響半導體產(chǎn)品的性能及其發(fā)展。光刻，刻蝕，沉積，擴散，離子注入，熱處理和熱氧化等都是常用的半導體制造技術[2]。而光刻技術和薄膜制備技術是半導體制造技術中最常用的工藝，下面主要對以上兩種技術進行簡介和分析。
2 光刻技術
主流的半導體制造過程中，光刻是最復雜、昂貴和關鍵的制造工藝。大概占成本的1/3以上。主要分為光學光刻和非光學光刻兩大類。據(jù)目前所知，廣義上的光刻（通過某種特定方式實現(xiàn)圖案化的轉(zhuǎn)移）最早出現(xiàn)在1796年，AloysSenefelder發(fā)現(xiàn)石頭通過化學處理后可以將圖像轉(zhuǎn)移到紙上。1961年，光刻技術已經(jīng)被用于在硅片上制造晶體管，當時的精度是5微米?，F(xiàn)在，X射線光刻、電子束光刻等已經(jīng)開始被用于的半導體制造技術，最小精度可以達到10微米。
光學投影式光刻是半導體制造中最常用的光刻技術，主要包括涂膠/前烘、曝光、顯影、后烘等。非光學光刻技術主要包括極深紫外光刻（EUV）、電子束光刻（E-beam Lithography）、X射線光刻（X-ray lithography）。判斷光刻的主要性能標準有分辨率（即可以曝光出來的最小特征尺寸）、對準（套刻精度的度量）、產(chǎn)量。
隨著半導體行業(yè)的發(fā)展，器件的小型化（特征尺寸減?。┖图呻娐返拿芗忍岣?，傳統(tǒng)的光學光刻制造技術開始步入發(fā)展瓶頸狀態(tài)，其面臨的關鍵技術問題在于如何提高分辨率。
雖然，改進傳統(tǒng)光學光刻制造技術的方法多種，但傳統(tǒng)的光學投影式技術已經(jīng)處于發(fā)展緩慢的階段。與傳統(tǒng)的投影式光刻技術發(fā)展緩慢相比，下一代光刻技術比如EUV、E-beam、X-ray、納米壓印等的發(fā)展很快。各大光刻廠商紛紛致力于研制下一代光刻技術，如三星的極紫外光刻、尼康的浸潤式光刻等。目前先進的光刻技術主要集中在國外，國內(nèi)的下一代光刻技術和光刻設備發(fā)展相對較為滯后。
3 薄膜制備技術
半導體制造工藝中，在硅片上制作的器件結(jié)構(gòu)層絕大多數(shù)都是采用薄膜沉積的方法完成。薄膜的一般定義為在襯底上生長的薄固體物質(zhì)，其一維尺寸（厚度）遠小于另外二維的尺寸。常用的薄膜包括： SiO2， Si3N4， poli-Si， Metal等。常用的薄膜沉積方法分為化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition）和物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition）兩種?；瘜W氣相沉積利用化學反應生成所需的薄膜材料，常用于各種介質(zhì)材料和半導體材料的沉積，如SiO2， poly-Si， Si3N4等[3]。物理氣相沉積利用物理機制制備所需的薄膜材料，常用于金屬薄膜的制備，如Al， Cu， W， Ti等。沉積薄膜的主要分為三個階段：晶核形成―聚集成束―形成連續(xù)膜。為了滿足半導體工藝和器件要求，通常情況下關注薄膜的一下幾個特性：（1）臺階覆蓋能力；（2）低的膜應力；（3）高的深寬比間隙填充能力；（4）大面積薄膜厚度均勻性；（5）大面積薄膜介電＼電學＼折射率特性；（6）高純度和高密度；（7）與襯底或下層膜有好的粘附能力。臺階覆蓋能力以及高的深寬比間隙填充能力，是薄膜制備技術的關鍵技術問題。我們都希望薄膜在不平整襯底表面的厚度具有一致性。厚度不一致容易導致膜應力、電短路等問題。而高的深寬比間隙填充能力則有利于半導體器件的進一步微型化及其性能的提高。同時，低的膜應力對所沉積的薄膜而言也是非常重要的。
4 結(jié)語
雖然，與不斷更新?lián)Q代的半導產(chǎn)品相比，半導體制造技術發(fā)展較為緩慢，大部分制造技術發(fā)展已經(jīng)趨于成熟。但是，隨著不斷發(fā)展的半導體行業(yè)，必然會對半導體制造技術的提出更高的要求，以滿足半導體產(chǎn)品的快速發(fā)展。因此，掌握和了解半導體制造技術的相關專利知識有利于推進該領域的發(fā)展。
參考文獻：
[1] Most of the classic device papers are collected in S.M Sze，Ed.，Semiconductor Devices：Pioneering Papers，World Sci. ， Singapore，1991.
關鍵詞 半導體制造工藝 課程探索
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2015）17-0001-02
《半導體制造工藝基礎》以施敏所著教程為例，該課程在對基本原理介紹的基礎上注重對工藝過程、工藝參數(shù)的描述以及工藝參數(shù)測量方法的介紹，并在半導體制造的幾大工藝技術章節(jié)中加入了工藝模擬的內(nèi)容，彌補了實踐課程由于昂貴的設備及過高的實踐費用而無法進行實踐教學的缺憾。故熟練掌握《半導體制造工藝基礎》將有助于我們加深對半導體制備的了解，為我們學習微電子專業(yè)打下堅實的基礎。但目前《半導體制造工藝基礎》在教學過程中還面臨很多問題。在此背景下，我們將對《半導體制造工藝基礎》課程進行教學探索。
一、教學內(nèi)容的設置
《半導體制造工藝基礎》的第一章簡要回顧了半導體器件和關鍵技術的發(fā)展歷史，并介紹了基本的制造步驟。第二章涉及晶體生長技術。后面幾章是按照集成電路典型制造工藝流程來安排的。第三章介紹硅的氧化技術。第四章和第五章分別討論了光刻和刻蝕技術。第六章和第七章介紹半導體摻雜的主要技術；擴散法和離子注入法。第八章涉及一些相對獨立的工藝步驟，包括各種薄層淀積的方法?！栋雽w制造工藝基礎》最后三章集中討論制版和綜合。第九章通過介紹晶體工藝技術、集成器件和微機電系統(tǒng)加工等工藝流程，將各個獨立的工藝步驟有機地整合在一起。第十章介紹集成電路制造流程中高層次的一些關鍵問題，包括電學測試、封裝、工藝控制和成品率。第十一章探討了半導體工業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)，并展望了其未來的發(fā)展前景
二、教學中存在的問題
在教學過程中，從教學工作量來看，發(fā)現(xiàn)《半導體制造工藝基礎》教學內(nèi)容過多，根據(jù)學校安排的學時很難上完。從教學方法來看，傳統(tǒng)的口述以及PPT展示教學方法很難達到預期的教學效果，原因在于這門課程實踐性很強。書中的圖片特別是工藝過程及工藝效果只是簡單的圖片展示。從教學深度來看，傳統(tǒng)教學方法只是演示，學生對工藝的參數(shù)沒有概念，故對書本上的內(nèi)容理解的深度很是欠缺。
三、教學方法的改革
為了提高教學效果，故必須對傳統(tǒng)的教學方法進行改革。將工藝仿真軟件TSUPREM 4 進行同步仿真與書本相結(jié)合將是一個好的教學方法。工藝仿真不但能讓學生更輕松的理解工藝內(nèi)容，還能讓學生體會到工藝參數(shù)的重要性。下面將結(jié)合書本對這種方法進行講解。《半導體制造工藝基礎》第一章介紹半導體工藝技術基本步驟，屬于概論，為了節(jié)約課時對其內(nèi)容有所了解即可。第2章介紹晶體生長從熔融硅中生長的區(qū)熔（float-zone）法單晶生長工藝，為了節(jié)約課時對其內(nèi)容進行簡單介紹即可。第3章介紹硅的氧化包括熱氧化過程，由于氧化工藝是半導體工藝的重點內(nèi)容，應詳細闡述，并且教會學生應用工藝仿真軟件TSUPREM 4 進行同步仿真，觀察每一步氧化帶來的硅片上結(jié)構(gòu)的變化，對氧化的效果有直觀的了解。第4章介紹光刻技術，采用工藝仿真軟件TSUPREM 4 對硅片進行光刻，觀察硅片上光刻圖形的變化。第5章介紹了刻蝕包括濕法化學刻蝕和干法刻蝕，刻蝕技術是工藝的重要內(nèi)容，要求學生采用工藝仿真軟件TSUPREM 4 對刻蝕進行仿真，比較兩種刻蝕方法的效果，并觀察每步刻蝕帶來的結(jié)構(gòu)變化。第6章介紹了擴散包括非本征擴散，橫向擴散。同樣采用工藝仿真軟件TSUPREM 4對擴散過程進行仿真驗證，觀察可擴散的溫度，時間，離子的濃度等參數(shù)對擴散結(jié)構(gòu)的影響，為重點教學內(nèi)容。第7章介紹了離子注入。離子注入是半導體工藝的核心部分，也是常見的工藝步奏，通過采用工藝仿真軟件TSUPREM 4離子注入進行模擬仿真，觀察離子注入的濃度，能量，退火時間以及退火溫度等參數(shù)對離子分布的影響，加深對工藝參數(shù)的理解。另外第8章介紹薄膜淀積。第9章介紹MOS工藝。第10章介紹集成電路制造，測試，封裝等工藝技術。最后這三部分由于涉及到很多具體的器件和電路，內(nèi)容較多故可以一個典型例子為例進行講解，同樣采用工藝仿真軟件TSUPREM 4進行工藝仿真，學生能熟練掌握工藝仿真軟件后面的內(nèi)容可以自己進行仿真驗證。
四、結(jié)束語
《半導體制造工藝基礎》是一門實踐性很強的課程，采用工藝仿真軟件TSUPREM 4來模擬工藝過程將有助于加強學生對工藝的了解。讓學生深入淺出的理解半導體制造流程還需從教學方法上進行進一步改革。c
參考文獻：
[1]施敏.半導體制造工藝基礎[M].合肥：安徽大學出版社，2007.
[2]劉秀瓊，余學功.半導體制造技術課程教學改革實踐[J].中國科教創(chuàng)新導刊，2014，（02）.
【關鍵詞】電子化工材料 半導體材料 晶體生長技術
半導體材料的發(fā)展，是在器件需要的基礎上進行的，但從另一個角度來看，隨著半導體新材料的出現(xiàn)，也推動了半導體新器件的發(fā)展。近幾年，電子器件發(fā)展的多朝向體積小、頻率高、功率大、速度快等幾個方面[1]。除了這些之外，還要求新材料能夠耐輻射、耐高溫。想要滿足這些條件，就要對材料的物理性能加大要求，同時，也與材料的制備，也就是晶體生長技術有關。因此，在半導體材料的發(fā)展過程中，不僅要發(fā)展擁有特殊優(yōu)越性能的品種，還要對晶體發(fā)展的新技術進行研究開發(fā)。
1 半導體電子器件需要的材料1.1 固體組件所需材料
目前，半導體電子所需要的材料依然是以鍺、硅為主要的材料，但是所用材料的制備方法卻不一樣，有的器件需要使用拉制的材料，還有的器件需要外延的材料，采用外延硅單晶薄膜制造的固體組件，有對制造微電路有著十分重要的作用。
1.2 快速器件所需材料
利用硅外延單晶薄膜或者外延鍺的同質(zhì)結(jié)，可以制造快速開關管。外延薄膜單晶少數(shù)載流子只能存活幾個微秒[2]，在制造快速開關管的時候，采用外延單晶薄膜來制造，就可以解決基區(qū)薄的問題。
1.3 超高頻和大功率晶體管的材料
超高頻晶體管對材料的載流子有一定的要求，材料載流子的遷移率要大，在當前看來，鍺就是一種不錯的材料，砷化鎵也是一種較好的材料，不過要先將晶體管的設計以及制造工藝進行改變。大功率的晶體管就對材料的禁帶寬度有了一定的要求，硅的禁帶寬度就要大于鍺的禁帶寬度，碳化硅、磷化鎵、砷化鎵等材料，也都具有一定的發(fā)展前途。如果想要制造超高頻的大功率晶體管，就會對材料的禁帶寬度以及載流子遷移率都有一定的要求。但是，目前所常用的化合物半導體以及元素半導體，都不能完全滿足要求，只有固溶體有一定的希望。例如，砷化鎵-磷化鎵固溶體中，磷化鎵的含量為5%，最高可以抵抗500℃以上的高溫，禁帶寬度為1.7eV，當載流子的濃度到達大約1017/cm3的時候，載流子的遷移率可以達到5000cm3/ v.s[3]，能夠滿足超高頻大功率晶體的需要。
1.4 耐熱的半導體材料
目前比較常見的材料主要有：氧化物、Ⅱ-Ⅵ族化合物、碳化硅和磷化鎵等。但是只有碳化硅的整流器、碳化硅的二極管以及磷化鎵的二極管能夠真正做出器件。因為材料本身的治療就比較差，所以做出的器件性能也不盡人意。所以，需要對耐高溫半導體材料的應用進行更進一步的研究，滿足器件的要求。
1.5 耐輻射的半導體材料
在原子能方面以及星際航行方面所使用的半導體電子器件，要有很強的耐輻照性。想要使半導體電子器件具有耐輻照的性能，就要求半導體所用的材料是耐輻照的。近幾年來，有許多國家都對半導體材料與輻照之間的關系進行了研究，研究的材料通常都是硅和鍺，但是硅和鍺的耐輻射性能并不理想。據(jù)研究表明，碳化硅具有較好的耐輻照性，不過材料的摻雜元素不同，晶體生長的方式也就不一樣，耐輻照的性能也就不盡相同[4]，這個問題還需要進一步研究。
2 晶體生長技術
2.1 外延單晶薄膜生長的技術
近年來，固體組件發(fā)展非常迅速，材料外延的雜質(zhì)控制是非常嚴格的，由于器件制造用光刻技術之后，對外延片的平整度要求也較高，在技術上還存在著許多不足。除了硅和鍺的外延之外，單晶薄膜也逐漸開展起來。使用外延單晶制造的激光器，可以在室內(nèi)的溫度下相干，這對軍用激光器的制造有著重要的意義。
2.2 片狀晶體的制備
在1964年的國際半導體會議中，展出了鍺的薄片單晶，這個單晶長為2米，寬為8至9毫米，厚為0.3至0.5毫米，每一米長內(nèi)厚度的波動在100微米以內(nèi)，單晶的表面非常光滑并且平整，位錯的密度為零[5]。如果在制造晶體管的時候，使用這種單晶薄片，就可以免去切割、拋光等步驟，不僅能夠減少材料的浪費，還可以提升晶體表面的完整程度，從而提高晶體管的性能，增加單晶的利用率。對費用的控制有重要的意義。
3 半導體材料的展望
3.1 元素半導體
到目前為止，硅、鍺單晶制備都得到了很大程度的發(fā)展，晶體的均勻性和完整性也都達到了比較高的水平，在今后的發(fā)展過程中，要注意以下幾點：①對晶體生長條件的控制要更加嚴格；②注重晶體生長的新形式；③對摻雜元素的種類進行擴展。晶體非常重要的一方面就是其完整性，晶體的完整性對器件有著較大的影響，切割、研磨等步驟會破壞晶體的完整度，經(jīng)過腐蝕之后，平整度也會受到影響。片狀單晶的完整度和平整度都要優(yōu)于晶體，能夠避免晶體的缺陷。使用片狀單晶制造擴散器件，不僅能夠改善器件的電學性能，還可以降低器件表面的漏電率，所以，要對片狀單晶制備的研究進行加強。
3.2 化合物半導體
化合物半導體主要有砷化鎵單晶和碳化硅單晶。通過幾年的研究發(fā)展，砷化鎵單晶在各個方面都得到了顯著的提高，但是仍然與硅、鍺有很大的差距，因此，在今后要將砷化鎵質(zhì)量的提升作為研究中重要的一點，主要的工作內(nèi)容有：①改進單晶制備的技術，提高單晶的完整度和均勻度；②提高砷化鎵的純度；③提高晶體制備容器的純度；④通過多種渠道對晶體生長和引入的缺陷進行研究；⑤分析雜質(zhì)在砷化鎵中的行為，對高阻砷化鎵的來源進行研究[6]。對碳化硅單晶的研制則主要是在完整性、均勻性以及純度等三個方面進行。
4 結(jié)論
半導體器件的性能直接受半導體材料的質(zhì)量的影響，半導體材料也對半導體的研究工作有著重要的意義。想要提高半導體材料的質(zhì)量，就要將工作的質(zhì)量提高，提高超微量分析的水平，有利于元素純度的提高，得到超純的元素。要提高單晶制備所使用容器的純度。還要對材料的性能以及制備方法加大研究，促進新材料的發(fā)展。半導體材料的發(fā)展也與材料的制備，也就是晶體生長技術有關。因此，在半導體材料的發(fā)展過程中，不僅要發(fā)展擁有特殊優(yōu)越性能的品種，也要對晶體發(fā)展的新技術進行研究開發(fā)。
參考文獻
[1] 李忠杰.中國化工新材料產(chǎn)業(yè)存在的問題分析與對策[J].中國新技術新產(chǎn)品. 2011（02）：15-16
[2] 張方，趙立群.“石油和化學工業(yè)‘十二五’規(guī)劃思路報告會”特別報導（三） 我國化工新材料發(fā)展形勢分析[J].化學工業(yè).2011（07）：55-57
[3] 原磊，羅仲偉.中國化工新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與對策[J].中國經(jīng)貿(mào)導刊.2010（03）：32-33
[4] 孫倩.面向“十二五”專家談新材料產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展方向――第三屆國際化工新材料（成都）峰會引業(yè)內(nèi)熱議[J].新材料產(chǎn)業(yè).2010（06）：19-20
關鍵詞：自動化測試儀表 可靠性 人機對話
中圖分類號：TP21 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（c）-0000-01
科學技術的飛速發(fā)展促使社會意識形態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，使得人們對生活的追求更加富有人文主義特色，社會各領域?qū)Νh(huán)境的要求更加嚴格，對產(chǎn)品的現(xiàn)代化程度要求更高，其中節(jié)能減排戰(zhàn)略促使新型能源產(chǎn)業(yè)風靡全球，帶動了全球半導體技術的進一步發(fā)展，比如太陽能行業(yè)逐漸成為新時期的朝陽產(chǎn)業(yè)，該行業(yè)中對儀器儀表提出了新的要求。作為現(xiàn)代化儀器儀表的制造商，間接地為現(xiàn)代化科技的發(fā)展創(chuàng)造了基礎科研平臺，通過提供先進的儀表，可以提高用戶的生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量，監(jiān)控排放，為低碳經(jīng)濟做出更大的貢獻。
1 半導體行業(yè)對自動化儀器儀表需求分析
1.1 自動化儀器儀表現(xiàn)狀
全球科技創(chuàng)新的日新月異帶動了我國制造業(yè)的飛速發(fā)展，進入新世紀以來，我國半導體行業(yè)對自動化儀表的需求明顯加強，無論從技術特點還是市場數(shù)量上都呈現(xiàn)遞增趨勢，從技術含量上分析，我國科研、量產(chǎn)中所使用的自動化儀表已經(jīng)處于世界領先水平。
上世紀初，國內(nèi)儀器儀表穩(wěn)步發(fā)展，主要源于工業(yè)半導體行業(yè)的需求增加，從技術層面上拉動了整個行業(yè)技術水平的提升，尤其在新產(chǎn)品開發(fā)上取得了顯著成效，比如說擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的電磁流量計、智能化電動機執(zhí)行系統(tǒng)等。
1.2 半導體行業(yè)對自動化儀器儀表的需求分析
目前，我國半導體行業(yè)使用較多的儀器儀表主要是小型檢測單元，比如在集成電路、液晶顯示、半導體薄膜、太陽能電池制備等領域的使用較為頻繁。自動化儀器儀表的使用往往依賴于半導體設備的發(fā)展程度，現(xiàn)階段該行業(yè)中使用較多的是各種薄膜沉積系統(tǒng)、成分檢測系統(tǒng)等，涵蓋面較廣的是PECVD（plasma enhanced chemical vapor deposition）、HWCVD（Hot wire chemical vapor deposition）、MOCVD（metal organic chemical vapor deposition）系統(tǒng)以及相關檢測設備等。半導體設備中對壓力計、傳感器、流量計、溫度計等元器件的使用較多，尤其在半導體行業(yè)制備薄膜材料的工藝中對以上元器件的要求相對較高。
（1）壓力表
由于半導體技術具有相對較高的精密性，在半導體薄膜的制備工藝中，要求對工藝參數(shù)精確控制，反應腔室內(nèi)部工藝氣體的壓力大小，成為該行業(yè)工藝技術中的核心參數(shù)。對工藝氣體壓力的檢測通常采用壓力計以及相關的各種真空檢測設備。半導體設備的正常運行必須以廠務設施作為保證，包括水、電、氣等條件，其中“水”主要用于設備冷卻或者恒溫加熱，因此需要采用壓力表對水壓、CDA（condensed air）等進行嚴格控制方可保證工藝正常運行。
（2）流量計
流量計一般應用在化學沉積系統(tǒng)中，對氣體流量起到監(jiān)測、控制作用。對于半導體工藝來說，產(chǎn)品制備工藝參數(shù)是決定器件性能的關鍵因素，其中化學氣相沉積系統(tǒng)中反應氣體的流量對最終產(chǎn)品質(zhì)量起到直接的決定性作用，對氣體流量的控制不僅要體現(xiàn)動態(tài)時效性，更重要的是要在量的控制上具備較高的精確度，目前國內(nèi)制備MFC的技術已相對成熟，為我國半導體行業(yè)的發(fā)展奠定了基礎。
（3）傳感器
傳感器在現(xiàn)代工業(yè)時代的使用極為廣泛，半導體設備中對傳感器的使用大多體現(xiàn)在設備機械傳動部分。在半導體產(chǎn)品制造中，要實現(xiàn)設備的流水線運行，離不開高可靠型的傳感器元件，通過傳感器協(xié)調(diào)不同工序、設備不同部位的聯(lián)動，進而保證整個工藝的流水線運行。
（4）溫度計
隨著科學技術的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)技術的進步，測溫技術也不斷地改進和提高，其中金屬溫度計是利用兩種不同金屬在溫度改變時膨脹程度不同的原理工作的，在半導體緊密制造中通常用來檢測液體、氣體的溫度，測試溫度偏中低水平，適合工藝流程中在線、動態(tài)、實時監(jiān)測。
半導體工藝中對金屬溫度及的使用大多是用來檢測特殊反應氣體的溫度，由于普通加熱器很難通過熱電偶檢測襯底溫度，通常在反應腔室特殊部門安裝金屬溫度計監(jiān)測生長基元的溫度，從測量精度和實際可操作性上提高了半導體工藝的可行性。
2 自動化儀器儀表在半導體行業(yè)的發(fā)展趨勢
自動化測試儀表技術未來發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在高智能化、高可靠性、高精密度、優(yōu)良的響應性能等方面，半導體行業(yè)儀器儀表技術主要針對具體應用特性而體現(xiàn)出以下幾個發(fā)展方向：
2.1 人機對話智能化發(fā)展
人機對話技術是自動化儀器儀表發(fā)展的核心方向，也是未來信息化社會的主流技術，半導體行業(yè)對儀器儀表的使用目的是為了便于更好的控制工藝流程，提高對設備的可控性，如果自動化測試儀表具有強大的人機對話特性，能夠快速、準確的體現(xiàn)設備運行狀態(tài)，在半導體制造工業(yè)中無疑起到了舉足輕重的作用。自動化儀表的人機對話性能是通過設備控制端和儀器之間的對話界面實現(xiàn)，通過人類可以識別的界面端口，讀取儀表對設備狀態(tài)的檢測數(shù)據(jù)，從而對工藝過程起到指導作用。
2.2 集成技術的標準化發(fā)展
自動化儀表的應用直接依賴于其能否與其他設備形成對話流暢的有機整體，隨著人類科學技術的不斷進步，半導體行業(yè)對自動化儀表的使用需求逐漸增多，不同設備具有不同的邏輯控制系統(tǒng)，如何將自動化測試儀表的接口、通信、軟件控制單元和半導體設備邏輯控制語言相融合成為該行業(yè)技術發(fā)展的瓶頸，如果實現(xiàn)測試儀表在不同半導體設備上的集成標準化，將大幅度提升自動化測試技術的進步。
2.3 可靠性技術的提高
自動化儀表在工業(yè)生產(chǎn)中起到“中樞神經(jīng)”的作用，對其可靠性不容忽視，尤其對于大型復雜的工業(yè)系統(tǒng)中，自動化儀器的可靠性關系到整個企業(yè)、乃至行業(yè)的發(fā)展命脈。對于半導體企業(yè)檢測與過程控制儀表，大部分安裝在工藝管道、工序過渡段，甚至多數(shù)環(huán)境存在有毒、易燃、易爆等特種氣體，這些特殊環(huán)境對自動化儀表的維護增加了很多困難。因此，在使用特種氣體的半導體行業(yè)中對自動化檢測儀表的可靠性具有較高的要求，盡可能降低其維修頻率，為工業(yè)安全生產(chǎn)提供必要保證。
3 結(jié)語
當今世界已經(jīng)進入信息時代，自動化技術成為推動科學技術和國民經(jīng)濟高速發(fā)展的關鍵因素，其中自動化測試儀表作為科研、工業(yè)化生產(chǎn)的基礎硬件設施而不斷發(fā)展成熟，在半導體行業(yè)中的應用逐漸廣泛深入。隨著行業(yè)科研水平的提高，對自動化儀器儀表有了更好的要求，可靠性、集成技術、智能對話特性成為自動化測試技術發(fā)展的首要任務，對自動化測試技術以及測試儀表的使用起到舉足輕重的作用。
參考文獻
關鍵詞：半導體有機半導體電學性能
一、從有機半導體到無機半導體的探索
1.1有機半導體的概念及其研究歷程
什么叫有機半導體呢?眾所周知，半導體材料是導電能力介于導體和絕緣體之間的一類材料，這類材料具有獨特的功能特性。以硅、鍺、砷化嫁、氮化嫁等為代表的半導體材料已經(jīng)廣泛應用于電子元件、高密度信息存儲、光電器件等領域。隨著人們對物質(zhì)世界認識的逐步深入，一批具有半導體特性的有機功能材料被開發(fā)出來了，并且正嘗試應用于傳統(tǒng)半導體材料的領域。
在1574年，人們就開始了半導體器件的研究。然而，一直到1947年朗訊(Lueent)科技公司所屬貝爾實驗室的一個研究小組發(fā)明了雙極晶體管后，半導體器件物理的研究才有了根本性的突破，從此拉開了人類社會步入電子時代的序幕。在發(fā)明晶體管之后，隨著硅平面工藝的進步和集成電路的發(fā)明，從小規(guī)模、中規(guī)模集成電路到大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路不斷發(fā)展，出現(xiàn)了今天這樣的以微電子技術為基礎的電子信息技術與產(chǎn)業(yè)，所以晶體管及其相關的半導體器件成了當今全球市場份額最大的電子工業(yè)基礎。，半導體在當今社會擁著卓越的地位，而無機半導體又是是半導體家族的重中之重。
1.2有機半導體同無機半導體的區(qū)別及其優(yōu)點
與無機半導體相比，有點半導體具有一定的自身獨特性，表現(xiàn)在：
(l)、有機半導體的成膜技術更多、更新，如真空蒸鍍，溶液甩膜，Langmtrir一Blodgett(LB)技術，分子自組裝技術，從而使制作工藝簡單、多樣、成本低。利用有機薄膜大規(guī)模制備技術，可以制備大面積的器件。
(2)、器件的尺寸能做得更小(分子尺度)，集成度更高。分子尺度的減小和集成度的提高意味著操作功率的減小以及運算速度的提高。
(3)、以有機聚合物制成的場效應器件，其電性能可通過對有機分子結(jié)構(gòu)進行適當?shù)男揎?在分子鏈上接上或截去適當?shù)脑雍突鶊F)而得到滿意的結(jié)果。同時，通過化學或電化學摻雜，有機聚合物的電導率能夠在絕緣體(電阻率一10一Qcm)到良導體這樣一個很寬的范圍內(nèi)變動。因此，通過摻雜或修飾技術，可以獲得理想的導電聚合物。
(4)、有機物易于獲得，有機場效應器件的制作工藝也更為簡單，它并不要求嚴格地控制氣氛條件和苛刻的純度要求，因而能有效地降低器件的成本。
(5)、全部由有機材料制備的所謂“全有機”的場效應器件呈現(xiàn)出非常好的柔韌性，而且質(zhì)量輕。
(6)通過對有機分子結(jié)構(gòu)進行適當?shù)男揎?，可以得到不同性能的材料，因此通過對有機半導體材料進行改性就能夠使器件的電學性能達到理想的結(jié)果。
1.3有機半導體材料分類
有機半導體層是有機半導體器件中最重要的功能層，對于器件的性能起主導作用。所以，有機半導體器件對所用有機半導體材料有兩點要求:
(l)、高遷移率；(2)、低本征電導率。
高的遷移率是為了保證器件的開關速度，低的本征電導率是為了盡可能地降低器件的漏電流，從而提高器件的開關比。用作有機半導體器件的有機半導體材料按不同的化學和物理性質(zhì)主要分為三類:一是高分子聚合物，如烷基取代的聚噬吩;二是低聚物，如咪嗯齊聚物和噬吩齊聚物;三是有機小分子化合物，如并苯類，C6。，金屬酞著化合物，蔡，花，電荷轉(zhuǎn)移鹽等。
二、制作有機半導體器件的常用技術
有機半導體性能的好壞多數(shù)決定于半導體制作過程因此實驗制備技術就顯得尤為重要。下面將對一些人們常用器件制備的實驗技術做簡要的介紹：
(1)、真空技術。它是目前制備有機半導體器件最普遍采用的方法之一，主要包括真空鍍膜、濺射和有機分子束外延生長(OMBE)技術。
(2)、溶液處理成膜技術。它被認為是制備有機半導體器件最有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g，適用于可溶性的有機半導體材料。常用的溶液處理成膜技術主要包括電化學沉積技術、甩膜技術、鑄膜技術、預聚物轉(zhuǎn)化技術、分子自組裝技術、印刷技術等。
三、有機半導體器件的場效應現(xiàn)象
為了便于說明有機半導體器件的場效應現(xiàn)象，本文結(jié)合有機極性材料制作有機半導體器件對薄膜態(tài)有機場效應進行分析。試驗中，將有機極性材料經(jīng)過真空熱蒸鍍提純之后溶在DMF溶液中，濃度是20Omg/ml，使用超聲波清洗機促進它們充分并且均勻的溶解，經(jīng)過真空系統(tǒng)中沉積黃金薄膜作為器件的源極和漏極。在類似條件下，在玻璃襯底上制作了極性材料的薄膜形態(tài)晶粒，研究發(fā)現(xiàn)：
在有機極性材料形態(tài)，有塊狀、樹枝狀和針狀。不同的薄膜態(tài)形態(tài)，在不同柵極電壓VG的作用下有不同的Ids(流過器件的源極和漏極的電流)一Vds(加在器件的源極和漏極之間的電壓)曲線。
1、塊狀形貌結(jié)構(gòu)的薄膜態(tài)有機器件的Ids－Vds(性能曲線，變化范圍是從－150V到15OV、柵極電壓的變化范圍是從－200V到200V。當柵極電壓Vg以100V的間隔從－200V變化到200V時，Ids隨著Vds的增加而增加，此時沒有場效應現(xiàn)象。
2、針狀形貌結(jié)構(gòu)的薄膜態(tài)有機器件的Ids－Vds性能曲線，當Vds從－75V增加到75V，柵極電壓VG的變化范圍是一200V~20OV，遞增幅度是5OV。此時器件具有三種性能規(guī)律:(1)在固定的柵極電壓Vg下，當從Vds－75V增加到75V時，電流Ids也隨之增加;(2)在固定的外加電壓Vds下，當柵極電壓Vg從－2O0V增加到2OOV時，電流Ids也隨之增加;(3)如果沒有對器件施加Vds電壓，只要柵極電壓Vds存在，就會產(chǎn)生Ids電流，產(chǎn)生電池效應。
通過上述的解說我們對有機半導體器件的電學性能已有一定的了解了。下面我們即將通過試驗來揭開其神秘的面紗。
四、有機半導體的光電性能探討——以納米ZnO線(棒)的光電性能研究為例
近年來，納米硅的研究引起了社會的廣泛的關注，本文中我們將采用場發(fā)射系統(tǒng)，測試利用水熱法制備的硅基陣列化氧化鋅納米絲的場發(fā)射性能。圖11是直徑為30和100nm兩個氧化鋅陣列的場發(fā)射性能圖,其中圖11a和b分別是上述兩個樣品的I_V圖和F_N圖。從圖11a中可以看出氧化鋅納米絲的直徑對場發(fā)射性能有很大的影響,直徑為30nm的氧化鋅陣列的開啟場強為2V/μm門檻場強為5V/μm;而直徑為100nm的氧化鋅陣列的開啟場強為3V/μm,門檻場強大于7V/μm。并且從圖11b中可以知道,ln(J/E2)和1/E的關系近似成線性關系,可知陰極的電子發(fā)射與F_N模型吻合很好,表明其發(fā)射為場發(fā)射,其性能比文獻報道的用熱蒸發(fā)制備的陣列化氧化鋅的場發(fā)射性能要好[25]。這主要是由于氧化鋅的二次生長,導致所得氧化鋅陣列由上下兩層組成,具有較高的密度以及較小的直徑,在電場的作用下,更多的電子更容易從尖端的氧化鋅納米絲發(fā)射,從而降低了它們的開啟場強和門檻場強。
我們測試了硅基陣列化納米ZnO的光致熒光譜,如圖12所示。從圖中可知,600~700℃和300~400℃下熱蒸發(fā)合成的陣列化ZnO納米絲的峰位分別在393nm(虛線)及396nm(實線)。PL譜上強烈的紫外光的峰證明:合成的ZnO納米絲有較好的結(jié)晶性能和較少的氧空位缺陷。由于在高溫區(qū)合成的納米絲有較細的尖端,故有少量藍移。
通過上述針對納米ZnO線(棒)的試驗，我們能對硅基一維納米的電學性能進行了初步的探討。相信這些工作將為今后的硅基一維納米材料在光電方面的應用提供一個良好的基礎。
參考文獻
[1]DuanXF,HuangY,CuiY,etal.Indiumphos-phidenanowiresasbuildingblocksfornanoscaleelectronicandoptoelectronicdevices.Nature,2001.
[2]WangJF,GudiksenMS,DuanXF,etal.HighlypolarizedphotoluminescenceandphotodetectionfromsingleIndiumPhosphideNanowires.Science,2001.
