柴可拉斯基法柴可拉斯基法（簡(jiǎn)稱(chēng)柴氏法 英語(yǔ)：Czochralski process），又稱(chēng)直拉法，是一種用來(lái)獲取半導(dǎo)體（如硅、鍺和砷化鎵等）、金屬（如鈀、鉑、銀、金等）、鹽、合成寶石單晶材料的晶體生長(zhǎng)方法。這個(gè)方法得名于波蘭科學(xué)家揚(yáng)·柴可拉斯基，他在1916年研究金屬的結(jié)晶速率時(shí)，發(fā)明了這種方法。后來(lái)，演變?yōu)殇撹F工廠的標(biāo)準(zhǔn)制程之一。直拉法最重要的應(yīng)用是晶錠、晶棒、單晶硅的生長(zhǎng)。其他的半導(dǎo)體，例如砷化鎵，也可以利用直拉法進(jìn)行生長(zhǎng)，也有一些其他方法（如布里奇曼-史托巴格法）可以獲得更低的晶體缺陷密度。硅的直拉法生長(zhǎng)高純度的半導(dǎo)體級(jí)多晶硅在一個(gè)坩堝（通常是由石英制成）中被加熱至熔融狀態(tài)。諸如硼原子和磷原子的雜質(zhì)原子可以精確定量地被摻入熔融的硅中，這樣就可以使硅變?yōu)镻型或N型硅。這個(gè)摻雜過(guò)程將改變硅的電學(xué)性質(zhì)。將晶種（或稱(chēng)“籽晶”）置于一根精確定向的棒的末端，并使末端浸入熔融狀態(tài)的硅。然后，將棒緩慢地向上提拉，同時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。如果對(duì)棒的溫度梯度、提拉速率、旋轉(zhuǎn)速率進(jìn)行精確控制，那么就可以在棒的末端得到一根較大的、圓柱體狀的單晶晶錠。通過(guò)研究晶體生長(zhǎng)中溫度、速度的影響，可以盡量避免不必要的結(jié)果。上述過(guò)程通常在惰性氣體（例如氬）氛圍中進(jìn)行，并采用坩堝這種由較穩(wěn)定的化學(xué)材料制成的反應(yīng)室。
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單晶單晶是指其內(nèi)部微粒有規(guī)律地排列在一個(gè)空間格子內(nèi)的晶體。其晶體結(jié)構(gòu)是連續(xù)的，或者可以說(shuō)，在宏觀尺度范圍內(nèi)單晶不包含晶界。與單晶相對(duì)的，是眾多晶粒（Crystallite）組成的多晶（Polycrystal）。單晶材料是一種應(yīng)用日益廣泛的新材料，由單獨(dú)的一個(gè)晶體組成，其衍射花樣為規(guī)則的點(diǎn)陣。相對(duì)普通的多晶體材料性能特殊，一般采用提拉法制備。單晶根據(jù)晶體生長(zhǎng)法制作分為：1、借由柴克勞司基法（Czochralski）：將復(fù)晶晶體提煉成對(duì)稱(chēng)的、有規(guī)律的、成幾何型的單晶晶格結(jié)構(gòu)。2、浮區(qū)法（Floating zone）：可將低純度硅晶體提煉成對(duì)稱(chēng)的、有規(guī)律的、成幾何型的單晶晶格結(jié)構(gòu)。
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晶種晶種是一小塊單晶或多晶（通常是單晶），像種子般用來(lái)成長(zhǎng)與自身相同材料、相同晶體結(jié)構(gòu)的大晶體。無(wú)論把晶種浸入過(guò)飽和溶液，或使晶種與熔融材料接觸并冷卻，或者讓材料蒸氣在晶種表面沉積，皆能成長(zhǎng)出大晶體。晶種效果背后的理論，從化合物與過(guò)飽和溶液（或與蒸氣）的分子間物理交互作用衍生而來(lái)。在溶液中，自由的可溶分子（溶質(zhì)）在隨機(jī)流動(dòng)中自由移動(dòng)。此隨機(jī)流動(dòng)允許兩個(gè)或更多的化合物分子有機(jī)會(huì)交互作用。這種交互作用可以強(qiáng)化分離的分子之間的分子間作用力并形成晶格的基礎(chǔ)。然而將晶種置入溶液會(huì)使隨機(jī)分子間的碰撞與交互作用減少，促進(jìn)再結(jié)晶過(guò)程。 借由引入已有秩序的晶體，分子間不用太仰賴隨機(jī)流動(dòng)就可以很容易地進(jìn)行交互作用。在溶液中這種溶質(zhì)發(fā)展出晶格的相變化被稱(chēng)為成核。簡(jiǎn)言之，晶種效果就是縮短了再結(jié)晶過(guò)程中的成核時(shí)間。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，常用的柴可拉斯基法與布里奇曼-史托巴格法就是用小晶種長(zhǎng)出大人造胚晶或晶錠的運(yùn)用實(shí)例。
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半導(dǎo)體半導(dǎo)體（英語(yǔ)：Semiconductor）是一種電導(dǎo)率在絕緣體至導(dǎo)體之間的物質(zhì)。電導(dǎo)率容易受控制的半導(dǎo)體，可作為信息處理的元件材料。從科技或是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度來(lái)看，半導(dǎo)體的重要性非常巨大。很多電子產(chǎn)品，如計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、數(shù)字錄音機(jī)的核心單元都是利用半導(dǎo)體的電導(dǎo)率變化來(lái)處理信息。常見(jiàn)的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、砷化鎵等，而硅更是各種半導(dǎo)體材料中，在商業(yè)應(yīng)用上最具有影響力的一種。材料的導(dǎo)電性是由導(dǎo)帶中含有的電子數(shù)量決定。當(dāng)電子從價(jià)帶獲得能量而跳躍至導(dǎo)電帶時(shí)，電子就可以在帶間任意移動(dòng)而導(dǎo)電。一般常見(jiàn)的金屬材料其導(dǎo)電帶與價(jià)電帶之間的能隙非常小，在室溫下電子很容易獲得能量而跳躍至導(dǎo)電帶而導(dǎo)電，而絕緣材料則因?yàn)槟芟逗艽螅ㄍǔ４笥?電子伏特），電子很難跳躍至導(dǎo)電帶，所以無(wú)法導(dǎo)電。一般半導(dǎo)體材料的能隙約為1至3電子伏特，介于導(dǎo)體和絕緣體之間。因此只要給予適當(dāng)條件的能量激發(fā)，或是改變其能隙之間距，此材料就能導(dǎo)電。半導(dǎo)體通過(guò)電子傳導(dǎo)或空穴傳導(dǎo)的方式傳輸電流。電子傳導(dǎo)的方式與銅線中電流的流動(dòng)類(lèi)似，即在電場(chǎng)作用下高度電離的原子將多余的電子向著負(fù)離子化程度比較低的方向傳遞?？昭▽?dǎo)電則是指在正離子化的材料中，原子核外由于電子缺失形成的“空穴”，在電場(chǎng)作用下，空穴被少數(shù)的電子補(bǔ)入而造成空穴移動(dòng)所形成的電流（一般稱(chēng)為正電流）。材料中載流子（carrier）的數(shù)量對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性極為重要。這可以通過(guò)在半導(dǎo)體中有選...
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![集成電路的發(fā)展與普及]( "集成電路的發(fā)展與普及")
集成電路的發(fā)展最先進(jìn)的集成電路是微處理器或多核處理器的核心，可以控制計(jì)算機(jī)到手機(jī)到數(shù)字微波爐的一切。存儲(chǔ)器和特定應(yīng)用集成電路是其他集成電路家族的例子，對(duì)于現(xiàn)代信息社會(huì)非常重要。雖然設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一個(gè)復(fù)雜集成電路的成本非常高，但是當(dāng)分散到通常以百萬(wàn)計(jì)的產(chǎn)品上，每個(gè)集成電路的成本最小化。集成電路的性能很高，因?yàn)樾〕叽鐜?lái)短路徑，使得低功率邏輯電路可以在快速開(kāi)關(guān)速度應(yīng)用。這些年來(lái)，集成電路持續(xù)向更小的外型尺寸發(fā)展，使得每個(gè)芯片可以封裝更多的電路。這樣增加了每單位面積容量，可以降低成本和增加功能－見(jiàn)摩爾定律，集成電路中的晶體管數(shù)量，每1.5年增加一倍。總之，隨著外形尺寸縮小，幾乎所有的指標(biāo)改善了－單位成本和開(kāi)關(guān)功率消耗下降，速度提高。但是，集成納米級(jí)別設(shè)備的IC不是沒(méi)有問(wèn)題，主要是泄漏電流。因此，對(duì)于最終用戶的速度和功率消耗增加非常明顯，制造商面臨使用更好幾何學(xué)的尖銳挑戰(zhàn)。這個(gè)過(guò)程和在未來(lái)幾年所期望的進(jìn)步，在半導(dǎo)體國(guó)際技術(shù)路線圖中有很好的描述。越來(lái)越多的電路以集成芯片的方式出現(xiàn)在設(shè)計(jì)師手里，使電子電路的開(kāi)發(fā)趨向于小型化、高速化。越來(lái)越多的應(yīng)用已經(jīng)由復(fù)雜的模擬電路轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的數(shù)字邏輯集成電路。集成電路的普及僅在其開(kāi)發(fā)后半個(gè)世紀(jì)，集成電路變得無(wú)處不在，計(jì)算機(jī)、手機(jī)和其他數(shù)字電器成為現(xiàn)代社會(huì)結(jié)構(gòu)不可缺少的一部分。這是因?yàn)椋F(xiàn)代計(jì)算、交流、制造和交通系統(tǒng)，包括互聯(lián)網(wǎng)，全都依賴于集成電路的存在。甚至很多學(xué)...
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集成電路的介紹晶體管發(fā)明并大量生產(chǎn)之后，各式固態(tài)半導(dǎo)體組件如二極管、晶體管等大量使用，取代了真空管在電路中的功能與角色。到了20世紀(jì)中后期半導(dǎo)體制造技術(shù)進(jìn)步，使得集成電路成為可能。相對(duì)于手工組裝電路使用個(gè)別的分立電子組件，集成電路可以把很大數(shù)量的微晶體管集成到一個(gè)小芯片，是一個(gè)巨大的進(jìn)步。集成電路的規(guī)模生產(chǎn)能力，可靠性，電路設(shè)計(jì)的模塊化方法確保了快速采用標(biāo)準(zhǔn)化集成電路代替了設(shè)計(jì)使用離散晶體管。集成電路對(duì)于離散晶體管有兩個(gè)主要優(yōu)勢(shì)：成本和性能。成本低是由于芯片把所有的組件通過(guò)照相平版技術(shù)，作為一個(gè)單位印刷，而不是在一個(gè)時(shí)間只制作一個(gè)晶體管。性能高是由于組件快速開(kāi)關(guān)，消耗更低能量，因?yàn)榻M件很小且彼此靠近。2006年，芯片面積從幾平方毫米到350 mm²，每mm²可以達(dá)到一百萬(wàn)個(gè)晶體管。第一個(gè)集成電路雛形是由杰克·基爾比于1958年完成的，其中包括一個(gè)雙極性晶體管，三個(gè)電阻和一個(gè)電容器，相較于現(xiàn)今科技的尺寸來(lái)講，體積相當(dāng)龐大。電子顯微鏡下碳納米管微計(jì)算機(jī)芯片體的場(chǎng)效應(yīng)畫(huà)面根據(jù)一個(gè)芯片上集成的微電子器件的數(shù)量，集成電路可以分為以下幾類(lèi)：● 小型集成電路（SSI英文全名為Small Scale Integration）邏輯門(mén)10個(gè)以下或 晶體管100個(gè)以下?！?#160;中型集成電路（MSI英文全名為Medium Scale Integration）邏...
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半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一類(lèi)固體材料。發(fā)展● 1833年，英國(guó)的法拉第（Michael Faraday）發(fā)現(xiàn)的其中一種半導(dǎo)體材料：硫化銀，因?yàn)樗碾娮桦S著溫度上升而降低。● 1874年，德國(guó)的布勞恩（Ferdinand Braun），注意到硫化物的電導(dǎo)率與所加電壓的方向有關(guān)，這就是半導(dǎo)體的整流作用?！?#160;1947年12月23日，巴丁與布拉坦（Walter Brattain）進(jìn)一步使用點(diǎn)接觸晶體管制作出一個(gè)語(yǔ)音放大器，晶體管正式發(fā)明?！?#160;1958年9月12日，德州的基爾比（Jack Kilby），細(xì)心地切了一塊鍺作為電阻，再用一塊pn接面做為電容，制造出一個(gè)震蕩器的電路。● 1970年，超晶格概念的提出和超晶格量子阱的研制成功。分類(lèi)以原料分為：● 元素半導(dǎo)體材料：以單一元素組成的半導(dǎo)體，屬于這一材料的有硼、金剛石、鍺、硅、灰錫、銻、硒、碲等，其中以鍺、硅、錫研究較早，制備工藝相對(duì)成熟。● 復(fù)合半導(dǎo)體材料：由兩種或兩種以上無(wú)機(jī)物化合成的半導(dǎo)體，種類(lèi)繁多，已知的二元化合物就有數(shù)百種。● 三五半導(dǎo)體：由Ⅲ族元素Al、Ga、In和V族元素P、As、Sb組成，比如砷化鎵（GaAs）；它們都具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)，在應(yīng)用方面僅次于Ge、Si?！?#160;二六半導(dǎo)體：Ⅱ族元素Zn、Cd、Hg和Ⅵ族元...
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晶圓晶圓（英語(yǔ)：Wafer）是指制作硅(硅)半導(dǎo)體集成電路所用的硅芯片，由于其形狀為圓形，故稱(chēng)為晶圓。晶圓是生產(chǎn)集成電路所用的載體，一般晶圓產(chǎn)量多為單晶硅圓片。晶圓是最常用的半導(dǎo)體材料，按其直徑分為4英寸、5英寸、6英寸、8英寸等規(guī)格，近來(lái)發(fā)展出12英寸甚至研發(fā)更大規(guī)格（14英寸、15英寸、16英寸、20英寸以上等）。晶圓越大，同一圓片上可生產(chǎn)的集成電路（integrated circuit, IC）就越多，可降低成本；但對(duì)材料技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)的要求更高，例如均勻度等等的問(wèn)題。一般認(rèn)為硅(硅)晶圓的直徑越大，代表著這座晶圓廠有更好的技術(shù)，在生產(chǎn)晶圓的過(guò)程當(dāng)中，良品率是很重要的條件。晶圓的制造過(guò)程很簡(jiǎn)單的說(shuō)，首先由普通硅(硅)砂拉制提煉，經(jīng)過(guò)溶解、提純、蒸餾一系列措施制成單晶硅棒，單晶硅棒經(jīng)過(guò)切片、拋光之后，就得到了單晶硅圓片，也即晶圓。1、將二氧化硅礦石（石英砂）與焦炭混合后，經(jīng)由電弧爐加熱還原，即生成粗硅（純度98%，冶金級(jí)）。SiO2 + C = Si + CO2 ↑ 2、鹽酸氯化并經(jīng)蒸餾后，制成了高純度的多晶硅(半導(dǎo)體級(jí)純度11個(gè)9，太陽(yáng)能級(jí)7個(gè)9），因在精密電子元件當(dāng)中，硅晶圓需要有相當(dāng)?shù)募兌龋?9.999999999%），不然會(huì)產(chǎn)生缺陷。3、晶圓制造廠再以柴可拉斯基法將此多晶硅(硅)熔解，再于溶液內(nèi)摻入一小粒的硅(硅)晶體晶種，然后將其慢慢拉出，以形成圓柱狀的單晶...
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光刻膠光刻膠（英語(yǔ)：photoresist），亦稱(chēng)為光阻或光阻劑，是指通過(guò)紫外光、深紫外光、電子束、離子束、X射線等光照或輻射，其溶解度發(fā)生變化的耐蝕刻薄膜材料，是光刻工藝中的關(guān)鍵材料，主要應(yīng)用于集成電路和半導(dǎo)體分立器件的細(xì)微圖形加工。光刻膠根據(jù)在顯影過(guò)程中曝光區(qū)域的去除或保留可分為兩種－正性光刻膠（positive photoresist）和負(fù)性光刻膠（negative photoresist）?！?#160;正性光刻膠之曝光部分發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)會(huì)溶于顯影液，而未曝光部分不溶于顯影液，仍然保留在襯底上，將與掩膜上相同的圖形復(fù)制到襯底上。● 負(fù)性光刻膠之曝光部分因交聯(lián)固化而不溶于顯影液，而未曝光部分溶于顯影液，將與掩膜上相反的圖形復(fù)制到襯底上。
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光刻光刻（英語(yǔ)：photolithography）是半導(dǎo)體器件制造工藝中的一個(gè)重要步驟，該步驟利用曝光和顯影在光刻膠層上刻畫(huà)幾何圖形結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)刻蝕工藝將光掩模上的圖形轉(zhuǎn)移到所在襯底上。這里所說(shuō)的襯底不僅包含硅晶圓，還可以是其他金屬層、介質(zhì)層，例如玻璃、SOS中的藍(lán)寶石。下面以襯底上金屬連接的刻蝕為例講解光刻過(guò)程。首先，通過(guò)金屬化過(guò)程，在硅襯底上布置一層僅數(shù)納米厚的金屬層。然后在這層金屬上覆上一層光刻膠。這層光阻劑在曝光（一般是紫外線）后可以被特定溶液（顯影液）溶解。使特定的光波穿過(guò)光掩膜照射在光刻膠上，可以對(duì)光刻膠進(jìn)行選擇性照射（曝光）。然后使用前面提到的顯影液，溶解掉被照射的區(qū)域，這樣，光掩模上的圖形就呈現(xiàn)在光刻膠上。通常還將通過(guò)烘干措施，改善剩余部分光刻膠的一些性質(zhì)。上述步驟完成后，就可以對(duì)襯底進(jìn)行選擇性的刻蝕或離子注入過(guò)程，未被溶解的光刻膠將保護(hù)襯底在這些過(guò)程中不被改變?？涛g或離子注入完成后，將進(jìn)行光刻的最后一步，即將光刻膠去除，以方便進(jìn)行半導(dǎo)體器件制造的其他步驟。通常，半導(dǎo)體器件制造整個(gè)過(guò)程中，會(huì)進(jìn)行很多次光刻流程。生產(chǎn)復(fù)雜集成電路的工藝過(guò)程中可能需要進(jìn)行多達(dá)50步光刻，而生產(chǎn)薄膜所需的光刻次數(shù)會(huì)少一些。
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