??半導體材料基礎知識

什么是半導體材料？

半導體材料是指在半導體器件產品制造過程中使用的所有材料。

前述工藝涉及用于形成半導體芯片的晶圓、用作母版將電路圖案（設計信息）壓印到晶圓上的光掩模，以及諸如蝕刻氣體和清洗氣體等半導體材料氣體。后續工藝涉及用于封裝芯片的模具、用于將芯片電極連接到外部的鍵合線，以及用于保護封裝內芯片的樹脂或陶瓷封裝材料。

在各種半導體材料中，構成芯片本身的晶圓是最重要的材料，通常，“半導體材料”指的就是晶圓。 

半導體材料的應用

半導體材料（晶圓）分為兩類：由單一元素構成的半導體和由兩種或多種元素構成的化合物半導體。這兩種半導體材料根據其各自的特性應用于半導體領域。

單元素半導體 通常由硅 (Si) 和鎵(Ga) 構成，其中硅晶片尤為普遍。由于它們價格相對低廉且易于制造大尺寸晶片，因此常用于低成本半導體產品。

化合物半導體包括碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）和砷化鎵（GaAs）。化合物半導體晶體內部的電子運動速度比硅快，且具有更優異的光接收和光吸收能力，因此適用于高頻器件、高速計算機、發光二極管（LED）和光通信設備。

半導體材料原理

在半導體材料（晶片）中，硅晶片是應用廣泛的，它是由高純度硅制成的薄圓形片。

1. 單晶拉制工藝

在硅片制造中，首先通過提煉和提純硅來生產高純度多晶硅，然后以該多晶硅為原料，通過單晶拉制工藝制造單晶錠。

在單晶拉制過程中，將多晶硅與硼酸（B）和磷（P）一起熔化在石英坩堝中。然后將硅籽棒附著在熔融硅的表面，并在旋轉的同時向上拉制，從而形成單晶錠。在此階段添加的少量硼酸和磷對最終半導體產品的電學性能有顯著影響。

2. 晶圓加工工藝

在晶圓加工的下一個步驟中，單晶錠被切割成薄片，然后拋光至鏡面效果，以去除晶圓表面的任何瑕疵。這個拋光過程也稱為拋光，處于這個階段的晶圓稱為拋光晶圓。

拋光后的晶圓可以直接用作半導體。為了滿足半導體制造商的需求，需要進行進一步的特殊加工，從而得到用于微型產品的退火晶圓（通過高溫熱處理（退火）去除晶圓表面的氧）和外延晶圓（使用氣相生長法在晶圓表面生長硅單晶）。

半導體材料的類型

根據功能集成程度，半導體主要分為三種類型：分立半導體、集成電路 (IC) 和大規模集成電路 (LSI)。

1. 分立半導體

分立半導體是半導體中集成度低的單功能元件。二極管和晶體管是典型的分立半導體。二極管的功能是允許電流單向流動，而晶體管的功能是控制電流方向。分立半導體廣泛應用于汽車、個人電腦和智能手機等日常設備中。

2. 集成電路 (IC)

集成電路（IC）是一種集成了多個元件的器件。它由眾多晶體管和二極管組合而成，根據集成度的不同，可分為小規模集成（SSI）、中規模集成（MSI）和大規模集成（LSI）。

3. 大規模集成電路（LSI）

大規模集成電路（LSI）是一種高度集成的集成電路（IC）。通常，IC 和 LSI 這兩個術語可以互換使用。LSI 集成了二極管、晶體管和無源元件，從而實現復雜的功能。它們被廣泛應用于各種使人們生活更加便捷的產品中，例如汽車、個人電腦、智能手機、音頻設備和數碼相機。