半導(dǎo)體詳解網(wǎng)絡(luò)版

1、二極管制作詳解二極管制作詳解 目錄目錄半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識介紹 二極管的分類晶粒制作工藝簡介焊接工藝原理酸洗工藝原理成型工藝原理例行試驗室工作流程圖半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識介紹半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識介紹(一一)什么是半導(dǎo)體 半導(dǎo)體是介于導(dǎo)體與絕緣體之間的一種材料，其電阻率為103-109歐姆厘米，而導(dǎo)體的電阻率為106-10-4歐姆厘米，絕緣體的電阻率為104歐姆厘米。 這種半導(dǎo)體材料主要是IV族材料(C、Si、Ge、Sn、Pb)中的Si、Ge，這是最常見的兩種半導(dǎo)體材料，它的電導(dǎo)率有3個特點： 1) 一個是隨溫度的升高迅速變大。 2) 對雜質(zhì)非常敏感，極少量的雜質(zhì)摻入就會使其導(dǎo)電 性能迅速提高。 3) 光照可以改變

2、電導(dǎo)率。半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識介紹半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識介紹(二二)半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理 Si結(jié)構(gòu) 摻P 摻B 在絕對零度之下，Si的四價鍵束縛著其外層的四個電子，不會導(dǎo)電，但只要溫度高于絕對零度，其外層電子由于運動就有機會獲得一定能量脫離自身束縛而成為自由電子，而留下空穴，其它的自由電子在運動中也有機會填充空穴，這樣電子和空穴的運動就構(gòu)成了半導(dǎo)體的導(dǎo)電電流，這種未摻入任何雜質(zhì)的導(dǎo)電電流我們稱之為本征電流，其半導(dǎo)體我們稱之為本征半導(dǎo)體。-SiSi-SiP-SiB-+-半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識介紹半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識介紹(三三)半導(dǎo)體的P-N結(jié) 本征半導(dǎo)體摻入五價雜質(zhì)原素(最常用的是磷)就會使其內(nèi)的電子聚增，其導(dǎo)電

3、電流就以電子為主，這種半導(dǎo)體叫N型半導(dǎo)體，本征半導(dǎo)體摻入三價雜質(zhì)原素(最常用的是硼)就會造成空穴聚增，其導(dǎo)電電流就以空穴為主，這種半導(dǎo)體叫P型半導(dǎo)體，將P型與N型半導(dǎo)體連接在一起，在其介面處就形成我們通常所說的P-N結(jié)。 P-N結(jié)的特點是： 1) P-N結(jié)是一個高勢壘區(qū)。 2) P-N結(jié)具有單向?qū)щ娦?，也就是整流特性?3) P-N結(jié)具有開關(guān)特性。 P N半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識介紹半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識介紹(三三)半導(dǎo)體的P-N結(jié) 當(dāng)給P-N結(jié)加一個同內(nèi)電場同方向的電壓時(P為正向)，高阻區(qū)增大，僅有一微小的導(dǎo)電電流Ir,而且該電流隨外電壓的增加并不變化，只有當(dāng)增大到某一點時，P-N結(jié)發(fā)生雪崩擊穿，電流突然增

4、大，這一點就叫擊穿電壓，以VBR表示。 當(dāng)給P-N結(jié)加一個同內(nèi)電場相反方向的電壓時，其高阻區(qū)減小，導(dǎo)電電流隨外加電壓的增加迅速增大，其曲線如圖： 正向和反向構(gòu)成的電流電壓關(guān)系曲線就叫P-N結(jié)的特性曲線，這也是二極管的整流特性曲線。VI半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識介紹半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識介紹(四四)P-N結(jié)的隧道擊穿二極管的異常擊穿 軟擊穿 低擊穿 軟擊穿：無明顯的擊穿點。原因：表面污染，擴散雜質(zhì)濃度不高，沒有形成良好的P-N結(jié)，外延層的雜質(zhì)補償比較嚴(yán)重等。 低擊穿：工藝缺陷造成，如局部毛刺，缺陷較多等。導(dǎo)帶導(dǎo)帶價帶價帶VRIRVRIR半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識介紹半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識介紹(五五)二極管的異常擊穿二極管的異常擊穿 管

5、道形擊穿 負(fù)阻 擊穿 管道形擊穿：第一次擊穿發(fā)生后，電流上升緩慢，相當(dāng)于大電阻，到電壓上升后又發(fā)生第二次擊穿，也是由于局部缺陷而引起。負(fù)阻擊穿：P-N結(jié)兩端的電壓在擊穿后突然降到一個比VB小得多的讀值，這也是一種局部擊穿，有時又叫微離子體擊穿。 曲線的嚅動 放電 曲線的嚅動：往往由于表面污染引起擊穿后，引起表面狀態(tài)的變化導(dǎo)致反向漏電流增大和擊穿電壓降低。 放電：酸洗不良造成。RI和RO 材料：表面可動離子引起的效應(yīng)。VRIRVRIRVRIRVRIR二極管分類二極管分類以外形分以外形分 DO-41、DO-15、DO-201AD、R-6、R-1、A-405(RL)、SMA、SMB、SMC、DO-2

6、01AE、TO-220等。等。以功率分以功率分 1A、1.5A、2A、3A、6A、8A、10A、15A等。等。以功能分以功能分 整流作用叫整流二極管 檢波二極管、開關(guān)二極管、變?nèi)荻O管、穩(wěn)壓二極管、保護(hù)器(TVS即日瞬態(tài)電壓抑制器)以制作工藝分以制作工藝分 平面二極管、臺面二極管、點接觸二極管晶粒制作工藝簡介晶粒制作工藝簡介一般流程：一般流程： 拉單晶拉單晶 切片切片 磨光磨光 拋光拋光 外延外延 擴散擴散 光刻光刻 鍍金屬鍍金屬OPEN JUEFION 晶粒流程晶粒流程 單晶單晶 切片切片 清洗清洗 擴散擴散(P、B擴擴) 吹沙吹沙 清洗清洗 鍍鍍NI 劃片劃片 裂片裂片選用不同電阻率進(jìn)行擴

7、散，就得到我們需求的電參數(shù)，擴散是在1200 左右的高溫下通過濃度差的作用進(jìn)行使P源或B源向硅片內(nèi)部擴散。FR晶粒和HER晶粒要擴入Pt AU，GPP、SKY晶粒要進(jìn)行光刻程序。焊接工藝焊接工藝(一一)焊接的作用焊接的作用就是將晶粒與外引線通過媒介焊片在燒結(jié)爐中進(jìn)行高溫?zé)?，使其形成歐姆接觸。焊接用原料簡介：焊接用原料簡介： 1)焊片：其合金成分為Pb-Sn-Ag合金，比例92.5% - 5% -2.5%。 2)晶粒：晶粒具備了我們所要求的所有參數(shù)。 3)引線：引線的作用是將晶粒端子引到本體外，實現(xiàn)其使用目的，引線有無氧銅和合金銅，且表面光滑無氧化 。 4)氣體：氣體的作用是保護(hù)焊接過程不氧化

8、，氫氣是對引線的氧化起到還原的作用，N2氣體要求純度4個9以上，H2要求含水量小于100PPM。 焊接工藝焊接工藝(二二)焊接工藝參數(shù)焊接工藝參數(shù) 1)溫度：溫度：溫度以實際材料受到的加熱溫度為準(zhǔn)，這個材料的溫度就是焊接爐溫度曲線(見圖) t1為升溫到焊片熔化時間，該段時間不能太短，否則材料中的空氣趕不凈，易氧化 。 t2為焊接時間，這個時間對焊接起重要的作用。 t3為凝固時間：這個時間是避免材料產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。 T3為材料出爐溫度。 T1為焊片的熔點溫度，一般按300計。 T2為焊接最高溫度，一般在360-390 之間。 T3為焊接出爐溫度，這個溫度與環(huán)境溫度差一般在130 之內(nèi)，否則溫差太大會

9、使晶粒在出爐的瞬間崩裂，另外，不同的品種應(yīng)對應(yīng)出爐的溫度要求不同。T2T1T3t1t2t3焊接工藝焊接工藝(三三)氣流量氣流量 氮氣流量要保證爐內(nèi)為正壓，空氣進(jìn)不去。 氫氣視品種不同適當(dāng)加一部分，以避免在空氣中造成的引線輕微氧化。鏈速鏈速 鏈速：作用要保證各段t的時間，保證質(zhì)量。焊接的質(zhì)量要求焊接的質(zhì)量要求 1)焊接拉力：1A 4Kg 即衡量焊接牢固度的一個參數(shù)。 2)焊接面積：這是真正的焊接質(zhì)量 S空=S1+S2+S3 Set=S晶/S總=(1-S空)/S總 Set 90% 焊接良好 75% Set 90% 焊接一般 Set 75% 焊接較差S1S2S3焊接工藝焊接工藝(四四)焊接易出現(xiàn)的問

10、題焊接易出現(xiàn)的問題 1)氧化：氣量濃度不足，外面進(jìn)空氣，氣體不良等均會導(dǎo)致氧化。控制：目視 2)焊接拉力不足：主要是焊接參數(shù)調(diào)整 不合適，原料不良等造成?？刂疲豪τ?3)焊接面積不足：主要是焊接工藝調(diào)整不合適，原料不良等造成。拉力計，正向浪涌 4)錫橋：主要是氧化，焊接參數(shù)調(diào)整 不佳，焊片不合適等造成。錫橋測試儀 5)斷料：主要是焊接不良、缺焊片、雙晶粒、嚴(yán)重氧化等原因造成。出爐檢查 酸洗工藝酸洗工藝(一一)為什么要酸洗為什么要酸洗 圓片在劃成晶粒后，晶粒表面沾污著許多雜質(zhì)，在加反向電壓時，其表面雜質(zhì)優(yōu)先導(dǎo)電，不能起到反向截止的作用，也即不能出現(xiàn)P-N結(jié)單向?qū)щ姷恼魈匦?。這時我們對晶粒就要

11、進(jìn)行酸洗，將晶粒表面腐蝕一層后清洗干凈，之后再上白膠保護(hù)，這樣我們所要的反向截止特性就出來了。酸洗用原料簡介酸洗用原料簡介 1)混酸：作用是腐蝕晶粒。 成分HNO：HF：AA：HSO4=9：9：12：4 2)磷酸：雙氧水：熱水=1：1：3 其作用是在SI表面形成一層氧化膜 3)氨水：作用是中和，前面都是強酸，這些酸難以真正沖干凈，所以再用氨水中和一下。 4)IPA異丙醇：IPA的作用是清洗不溶于水的雜質(zhì)和脫水作用。酸洗工藝酸洗工藝(二二)酸洗質(zhì)量酸洗質(zhì)量 1) 酸洗尺寸符合要求，表面腐蝕光滑?？刂疲和队皟x 2)電壓與晶?；鞠嗤琒HARP率達(dá)到要求。 控制：白膠烘烤后測試上膠上膠 白膠由SI

12、O2和樹脂組成。 要求白膠粘度適當(dāng)，使用無問題 白膠體電阻率1*1016CM 介電強度：21KVMM 粘度：50POISE 白膠固化條件：150 /4小時 注意白膠放置時間長了會分解成型工藝成型工藝(一一)成型的作用是將材料進(jìn)行塑封，使材料進(jìn)一步實現(xiàn)可用性。成型的作用是將材料進(jìn)行塑封，使材料進(jìn)一步實現(xiàn)可用性。原料：用環(huán)氧樹脂，其中的原料：用環(huán)氧樹脂，其中的SIO2和環(huán)氧樹脂為主要成份和環(huán)氧樹脂為主要成份參數(shù)：參數(shù)： 1)流速：SPIRAL FLOW(175)CIM 1200P3 60CM 2)膠化時間(固化時間) (GET TIME) 175 25秒 3)系數(shù)() 1/ 2.7*10-5(1200P3) (1.9*10-5)(1100H) 4)Tg：157 5)密度：2.07 6)吸水性%(24小時蒸煮)0.24% 7)體電阻：2*1015(24小時蒸煮后)2*1013 8)阻燃性(VT-94) 9)雜質(zhì)成型工藝成型工藝(二二)成型工藝參數(shù)：壓力、速度、時間成型工藝參數(shù)：壓力、速度、時間 、溫度、溫度 壓力：轉(zhuǎn)進(jìn)壓力 合模壓力 速度 ：轉(zhuǎn)進(jìn)快慢速 合?？炻?時間：轉(zhuǎn)進(jìn)時間：轉(zhuǎn)進(jìn)時間是轉(zhuǎn)進(jìn)高壓時間 加熱時間：加熱時間是保壓時間 溫度與時間：溫度 時間 溫度的設(shè)定與膠塊：固化模吻合 模溫： 在175