Chapter 1
什么是半导体?
半导体是一种电性能介于导体和绝缘体之间的材料,其导电方式会随条件而改变。利用这一特性,可以制造出能够控制电流或电信号流动的电子元件。
导体、半导体、绝缘体的区别
| 种类 | 电流流动方式 | 代表性例子 |
|---|---|---|
| 导体 | 是容易导电的材料。 | 铜、铝等 |
| 半导体 | 根据条件,可以改变电气的流动方式。 | 硅等 |
| 绝缘体 | 是几乎不通电的材料。 | 玻璃、树脂等 |
为什么“控制电力”的能力如此重要?
在电子设备中,不仅要简单地通电,还要在必要的时间通电,放大信号,处理信息等。
半导体是电子电路中的重要材料,因为它们的特性和结构可以控制电流。
Chapter 2
半导体材料和掺杂
半导体中有各种材料,但硅是电子设备中广泛使用的代表性材料之一。
硅等半导体材料
利用半导体材料的特性,例如电子易于移动的特性,将其加工成具有电功能的装置。
半导体不仅取决于材料本身,通过控制杂质的种类、含量及结构等,还可以使其具备所需的电学特性。
什么是兴奋剂?
掺杂是通过在半导体材料中加入极少量的杂质来调整电气性质的技术。
代表性的是N型半导体和P型半导体。各自承担电力输送任务的载体的性质不同。
N型半导体
是调整了以电子为主要载体的性质的半导体。
P型半导体
是将空穴调整为主要载体的半导体。
以这种方式有意改变材料的特性是制造半导体装置的基本概念之一。
Chapter 3
什么是PN连接?
PN结是由P型半导体和N型半导体连接而成的结构,是理解半导体装置基本结构之一。
P型和N型结合后会发生什么?
当P型二极管和N型二极管连接在一起时,结区附近的载流子分布会发生变化,形成一个具有特殊电学特性的区域。这种特性可以用来控制电流的流动。
连接二极管的基本结构
二极管是利用PN结特性的一种典型装置。它易于单向通电的特性使其在各种电路中用于整流、保护和其他应用。
Chapter 4
二极管和晶体管
利用半导体特性的装置包括二极管和晶体管。
二极管
这些是用于控制电流的半导体装置。它们有多种应用,例如电源电路中的整流和保护电路。
晶体管
这些是利用电流和电压控制信号的半导体装置。它们用于放大、开关和其他应用,是集成电路的基本组成部分。
现代电子设备采用集成电路(IC),集成电路是这些半导体装置的大规模集成。
Chapter 5
半导体是用来做什么的?
半导体被广泛应用于我们日常使用的各种产品中。即使乍一看似乎与半导体无关的产品,实际上也使用了多种半导体装置。
智能手机电脑
使用了多种半导体装置,包括中央处理器、存储器、通信电路和图像处理电路。
汽车
半导体广泛应用于发动机和电机控制、安全装置、传感器、通信和驾驶辅助系统等领域。
LED·照明
LED是利用半导体特性产生光的典型装置。
传感器和测量仪器
半导体传感器可将温度、光、压力和加速度等各种物理量转换为电信号。
通信和数据中心
许多负责计算,存储和通信的半导体也用于网络设备,服务器,数据中心等。
AI·边缘计算
半导体也用于执行AI处理的处理器和加速器。随着性能的提高,功耗、散热和冷却等管理也变得越来越重要。
Chapter 6
半导体是怎么制造的?
半导体装置制造并非仅仅是材料制备完成。它们需要经过许多工序,包括晶圆制备、薄膜形成、去除杂质、引入杂质、形成精细图案以及检测。
从硅片开始
晶圆(用作衬底)由硅等半导体材料制成,然后对其表面反复进行各种加工步骤以形成装置。
成膜、氧化、扩散、蚀刻等工序
在半导体制造中,重复在材料表面形成膜,引入杂质和去除不必要的部分的过程。在每个过程中保持适当的条件是很重要的。
微加工和检查
用于形成电路的微加工越先进,用于确认尺寸、膜厚、缺陷等的测量和检查就越重要。
为什么“温度”在制造过程中很重要
半导体制造涉及多种工艺,其中温度条件至关重要,包括晶体生长、扩散、化学气相沉积(CVD)、薄膜沉积和热处理。因此,根据需要精确测量、控制、记录和监控温度至关重要。
在半导体制造中进行了什么样的测量?
在半导体制造中,不仅要测量温度,还要测量每个过程的各种测量,例如尺寸,膜厚,缺陷,电气特性,温度和湿度。
致想详细了解半导体制造的温度管理的人
本文详细解释了温度控制在半导体制造(包括晶体生长、扩散、CVD 和热处理)中至关重要的原因,以及有关温度传感器、红外温度仪和校准的信息。
Chapter 7
为什么半导体制造需要测量?
在半导体制造中,重要的是不仅要在最后检查成品,还要在制造过程中检查状态并了解异常和变化。
掌握工序的状态
通过测量温度、厚度、尺寸、缺陷等,可以确认工序条件是否达到了预想的状态。
调查异常的原因
如果在处理过程中记录数据,则在出现质量问题时,它将成为了解哪些条件发生变化的线索。
与工程改善相关
通过比较累积的测量数据,可以掌握条件的差异和趋势,从而改善工艺和成品率。
详细了解半导体测量
Further reading
更详细地学习半导体的基础
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FAQ
常见问题
半导体简单来说是什么?
半导体是能够控制电流流动的材料。这种特性被用于制造二极管、晶体管和集成电路等电子装置。
半导体和绝缘体有什么不同?
绝缘体几乎不会通电,与此相对,半导体可以根据条件改变电流的流动方式,这一点是很大的不同。
N型半导体和P型半导体的区别是什么?
在N型半导体中,电子是主要载流子;而在P型半导体中,空穴是主要载流子。半导体装置正是利用这些特性制造而成的。
什么是PN接合?
这种结构由P型半导体和N型半导体连接而成。它具有控制电流流动的特性,因此适用于二极管和其他应用。
半导体被用于什么地方?
它广泛应用于智能手机,个人电脑,汽车,通信设备,家用电器,LED,传感器,服务器和数据中心。