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半導(dǎo)體硅晶片
閱讀�4671�(shí)間:2017-04-27 11:08:14

有關(guān)半導(dǎo)體硅晶片,首先要了解的是硅晶�。硅是一種灰�、易�、四�(jià)的非金屬化學(xué)元素。地殼成分中27.8%是硅元素�(gòu)成的,其次是氧元素,硅是自然界中最豐富的元��

有關(guān)及其組成

  在石英、瑪�、燧石和普通的灘石中就可以�(fā)�(xiàn)硅元素。硅是建筑材料水�、磚、和玻璃中的主要成分,也是大多數(shù)半導(dǎo)體和微電子芯片的主要原料。有意思的�,硅自身的導(dǎo)電性并不是很好。然�,可以通過添加適當(dāng)?shù)臄v雜劑�(lái)精確控制它的電阻�� 制造半�(dǎo)體前,必須將硅轉(zhuǎn)換為晶圓�。這要從硅錠的生長(zhǎng)開始。單晶硅是原子以三維空間模式周期形成的固�,這種模式貫穿整�(gè)材料。多晶硅是很多具有不同晶向的小單晶體單獨(dú)形成�,不能用�(lái)做半�(dǎo)體電路。多晶硅必須融化成單晶體,才能加工成半導(dǎo)體應(yīng)用中使用的晶圓片�
  加工硅晶�
  生成一�(gè)硅錠要花一周到一�(gè)月的�(shí)�,這取決于很多因素,包括大小、質(zhì)量和終端用戶要求。超� 75%的單晶硅晶圓片都是通過 Czochralski (CZ) 方法生長(zhǎng)的。CZ 硅錠生長(zhǎng)需要大塊的純凈多晶硅將這些塊狀物連同少量的特殊III、V族元素放置在石英坩堝�,這稱為攙�� 加入的攙雜劑使那些長(zhǎng)大的硅錠表現(xiàn)出所需要的電特�。最普通的攙雜劑是�、磷、砷和銻。因使用的攙雜劑不同,會(huì)成為一�(gè)P 型或 N型的硅錠(P � / � � N � / 磷� �、砷��
  然后將這些物質(zhì)加熱到硅的熔�(diǎn)--1420攝氏度之�。一旦多晶硅和攙雜劑混合物熔解,便將單晶硅種子放在熔解物的上�,只接觸表面。種子與要求的成品硅錠有相同的晶�。為了使攙雜均勻,子晶和用來(lái)熔化硅的坩堝要以相反的方向旋�(zhuǎn)。一旦達(dá)到晶體生�(zhǎng)的條�,子晶就從熔化物中慢慢被提起。生�(zhǎng)過程開始于快速提拉子�,以便使生長(zhǎng)過程初期中子晶內(nèi)的晶缺陷降到最�。然后降低拖拉速度,使晶體的直徑增�。當(dāng)�(dá)到所要求的直徑時(shí),生�(zhǎng)條件就穩(wěn)定下�(lái)以保持該直徑。因?yàn)榉N子是慢慢浮出熔化物的,種子和熔化物間的表面張力在子晶表面上形成一層薄的硅膜,然后冷卻。冷卻時(shí),已熔化硅中的原子會(huì)按照子晶的晶體結(jié)�(gòu)自我定向�
  硅錠完全�(zhǎng)大時(shí),它的初始直徑要比最終晶圓片要求的直徑大一�(diǎn)。接下來(lái)硅錠被刻出一�(gè)小豁口或一�(gè)小平�,以顯示晶向。一旦通過檢查,就將硅錠切割成晶圓�。由于硅很硬,要用金剛石鋸來(lái)�(zhǔn)確切割晶圓片,以得到比要求尺寸要厚一些的晶片。金剛石鋸也有助于減少對(duì)晶圓片的損傷、厚度不均、彎曲以及翹曲缺��
  切割晶圓片后,開始�(jìn)入研磨工藝。研磨晶圓片以減少正面和背面的鋸痕和表面損傷。同�(shí)打薄晶圓片并幫助釋放切割過程中積累的硬力。研磨后,�(jìn)入刻蝕和清洗工藝,使用氫氧化鈉、乙酸和硝酸的混合物以減輕磨片過程中�(chǎn)生的損傷和裂�。關(guān)鍵的倒角工藝是要將晶圓片的邊緣磨�,徹底消除將�(lái)電路制作過程中破損的可能�。倒角后,要按照最終用戶的要求,經(jīng)常需要對(duì)邊緣�(jìn)行拋�,提高整體清潔度以�(jìn)一步減少破��
  生產(chǎn)過程中最重要的工藝是拋光晶圓�,此工藝在超凈間中�(jìn)�。超凈間從一到一�(wàn)分級(jí),這些�(jí)�(shù)�(duì)�(yīng)于每立方米空間中的顆粒數(shù)。這些顆粒在沒有控制的大氣�(huán)境下肉眼是不可見�。例如起居室或辦公室中顆粒的�(shù)目大致在每立方米五百�(wàn)�(gè)。為了保持潔凈水�,生�(chǎn)工人必須穿能蓋住全身且不吸引和攜帶顆粒的潔凈�。在�(jìn)入超凈間�,工人必須�(jìn)入吸塵室�(nèi)以吹走可能積聚的任何顆粒�
  大多�(shù)生產(chǎn)型晶圓片都要�(jīng)過兩三次的拋�, 拋光料是�(xì)漿或者拋光化合物。多�(shù)情況�,晶圓片僅僅是正面拋光,�300毫米的晶圓片需要雙面拋�。除雙面拋光以外,拋光將使晶圓片的一面象鏡面一�。拋光面用來(lái)生產(chǎn)電路,這面必須沒有任何突起、微�、劃痕和殘留損傷。拋光過程分為兩�(gè)步驟,切削和最終拋光。這兩步都要用到拋光墊和拋光漿。切削過程是去除硅上薄薄的一�,以生產(chǎn)出表面沒有損傷的晶圓�。最終拋光并不去除任何物�(zhì),只是從拋光表面去除切削過程中產(chǎn)生的微坑�
  拋光�,晶圓片要通過一系列清洗槽的清洗,這一過程是為去除表面顆粒、金屬劃痕和殘留�。之�,要�(jīng)常�(jìn)行背面擦洗以去除最小的顆粒�
  這些晶圓片經(jīng)過清洗后,將他們按照最終用戶的要求分類,并在高�(qiáng)度燈光或激光掃描系�(tǒng)下檢�,以便發(fā)�(xiàn)不必要的�?;蚱渌�?。一旦通過一系列的嚴(yán)格檢�(cè),最終的晶圓片即被包裝在片盒中并用膠帶密�。然后把它們放在真空封裝的塑料箱子里,外部再用防護(hù)緊密的箱子封�,以確保離開超凈間時(shí)沒有任何顆粒和濕氣�(jìn)入片��
  其次,半�(dǎo)體硅是這樣定義的:�(dǎo)體硅材料的現(xiàn)狀,在�(dāng)今全球超�2000億美元的半導(dǎo)體市�(chǎng)中,95%以上的半�(dǎo)體器件和99%以上的集成電路(LSI)都是用高純�(yōu)�(zhì)的硅拋光片和外延片制作的。在未來(lái)30-50年內(nèi),它仍將是LSI工業(yè)最基本和最重要的功能材料。半�(dǎo)體硅材料以豐富的資源、優(yōu)�(zhì)的特�、日臻完善的工藝以及廣泛的用途等綜合�(yōu)�(shì)而成為了�(dāng)代電子工�(yè)中應(yīng)用最多的半導(dǎo)體材�,它還是目前可獲得的純度的材料之一,其�(shí)�(yàn)室純度可�(dá)12�(gè)�9� 的本征級(jí),工�(yè)化大生產(chǎn)也能�(dá)�7�11 �(gè)�9’的高純��
  所以,這樣你就懂得由這種材料做成的芯片就稱為半導(dǎo)體硅晶片。下面是它的一些應(yīng)用:�(chǎn)品應(yīng)用半�(dǎo)體或芯片是由硅生�(chǎn)出來(lái)�。晶圓片上刻蝕出�(shù)以百�(wàn)�(jì)的晶體管,這些晶體管比人的頭發(fā)要細(xì)小上百倍。半�(dǎo)體通過控制電流�(lái)管理�(shù)�(jù),形成各種文字、數(shù)�、聲�、圖象和色彩。它們被廣泛用于集成電路,并間接被地球上的每�(gè)人使用。這些�(yīng)用有些是日常�(yīng)�,如�(jì)算機(jī)、電信和電視,還有的�(yīng)用于先�(jìn)的微波傳送、激光轉(zhuǎn)換系�(tǒng)、醫(yī)療診斷和治療�(shè)�、防御系�(tǒng)和NASA航天飛機(jī)�

制造方�

  用于制造半�(dǎo)體硅晶片的方�,其中根�(jù)Czochralski法拉伸硅單晶,并將其加工成半�(dǎo)體晶片,在拉伸單晶期間控制拉伸速率V與生�(zhǎng)前沿處的軸向溫度梯度G的比例V/G,從而在該單晶內(nèi)形成尺寸超過臨界尺寸的聚集的空位缺陷�
  在制造該元件過程中,在對(duì)電子元件具有重要意義的半�(dǎo)體晶片的區(qū)域內(nèi),使該聚集的空位缺陷收縮,從而使該區(qū)域內(nèi)的尺寸不再超過所述臨界尺�。本�(fā)明還涉及半導(dǎo)體硅晶片,其在對(duì)電子元件具有重要意義的區(qū)域內(nèi)具有聚集的空位缺�,其中該聚集的空位缺陷具有至少部分不含氧化物層的�(nèi)表面,而該聚集的空位缺陷的尺寸小于50納米。制成的晶片用在電腦上被稱作芯片?,F(xiàn)代的�(jì)算機(jī)有南北橋芯片之分:北橋芯片(North Bridge)是主板芯片組中起主�(dǎo)作用的最重要的組成部�,也稱為主橋(Host Bridge)。一般來(lái)�,芯片組的名稱就是以北橋芯片的名稱來(lái)命名�,例如英特爾 845E芯片組的北橋芯片�82845E�875P芯片組的北橋芯片�82875P等等。北橋芯片負(fù)�(zé)與CPU的聯(lián)系并控制�(nèi)�、AGP、PCI�(shù)�(jù)在北橋內(nèi)部傳輸,提供�(duì)CPU的類型和主頻、系�(tǒng)的前端總線頻�、內(nèi)存的類型(SDRAM,DDR SDRAM以及RDRAM等等)和容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC糾錯(cuò)等支�,整合型芯片組的北橋芯片還集成了顯示核心。北橋芯片就是主板上離CPU最近的芯片,這主要是考慮到北橋芯片與處理器之間的通信最密切,為了提高通信性能而縮短傳輸距�。因?yàn)楸睒蛐酒臄?shù)�(jù)處理量非常大,發(fā)熱量也越�(lái)越大,所以現(xiàn)在的北橋芯片都覆蓋著散熱片用�(lái)加強(qiáng)北橋芯片的散�,有些主板的北橋芯片還會(huì)配合�(fēng)扇�(jìn)行散�。因?yàn)楸睒蛐酒闹饕δ苁强刂�?nèi)存,而內(nèi)存標(biāo)�(zhǔn)與處理器一樣變化比較頻�,所以不同芯片組中北橋芯片是肯定不同的,�(dāng)然這并不是說所采用的內(nèi)存技�(shù)就完全不一�,而是不同的芯片組北橋芯片間肯定在一些地方有差別�
  由于已經(jīng)�(fā)布的AMD K8核心的CPU將內(nèi)存控制器集成在了CPU�(nèi)�,于是支持K8芯片組的北橋芯片變得�(jiǎn)化多�,甚至還能采用單芯片芯片組結(jié)�(gòu)。這也許將是一種大趨勢(shì),北橋芯片的功能�(huì)逐漸單一化,為了�(jiǎn)化主板結(jié)�(gòu)、提高主板的集成�,也許以后主流的芯片組很有可能變成南北橋合一的單芯片形式(事�(shí)上SIS老早就發(fā)布了不少單芯片芯片組)�
  由于每一款芯片組�(chǎn)品就�(duì)�(yīng)一款相�(yīng)的北橋芯�,所以北橋芯片的�(shù)量非常多。針�(duì)不同的平�(tái),目前主流的北橋芯片有以下產(chǎn)品(不包括較老的�(chǎn)品而且只對(duì)用戶最多的英特爾芯片組作較詳細(xì)的說明)
  南橋芯片(South Bridge)是主板芯片組的重要組成部分,一般位于主板上離CPU插槽較遠(yuǎn)的下方,PCI插槽的附�,這種布局是考慮到它所連接的I/O總線較多,離處理器遠(yuǎn)一�(diǎn)有利于布線。相�(duì)于北橋芯片來(lái)�,其�(shù)�(jù)處理量并不算大,所以南橋芯片一般都沒有覆蓋散熱�。南橋芯片不與處理器直接相連,而是通過一定的方式(不同廠商各種芯片組有所不同,例如英特爾的英特爾Hub Architecture以及SIS的Multi-Threaded“妙渠”)與北橋芯片相��
  南橋芯片�(fù)�(zé)I/O總線之間的通信,如PCI總線、USB、LAN、ATA、SATA、音頻控制器、鍵盤控制器、實(shí)�(shí)�(shí)鐘控制器、電源管理等,這些技�(shù)一般相�(duì)�(lái)說比較穩(wěn)�,所以不同芯片組中可能南橋芯片是一樣的,不同的只是北橋芯片。所以現(xiàn)在主板芯片組中北橋芯片的�(shù)量要�(yuǎn)�(yuǎn)多于南橋芯片。例如早期英特爾不同架構(gòu)的芯片組Socket 7�430TX和Slot 1�440LX其南橋芯片都采用82317AB,而近兩年的芯片組845E/845G/845GE/845PE等配置都采用ICH4南橋芯片,但也能搭配ICH2南橋芯片。更有甚�,有些主板廠家生�(chǎn)的少�(shù)�(chǎn)品采用的南北橋是不同芯片組公司的�(chǎn)品,例如以前升技的KG7-RAID主板,北橋采用了AMD 760,南橋則是VIA 686B�
  南橋芯片的發(fā)展方向主要是集成更多的功�,例如網(wǎng)�、RAID、IEEE 1394、甚至WI-FI�(wú)線網(wǎng)�(luò)等等�

前沿

  天富熱電控股子公司北京天科合�(dá)�(lán)光半�(dǎo)體有限公司一直致力于碳化硅晶片的研發(fā)工作,經(jīng)過長(zhǎng)期努�,該�(xiàng)目研究取得了較大的突��
  目前,天科合�(dá)共安裝碳化硅晶體生長(zhǎng)�33�(tái),晶片加工設(shè)備一�,初步具備了批量生產(chǎn)2英寸6H/4H�(dǎo)電型碳化硅晶片的能力,目前正在積極開拓市�(chǎng),向全球研發(fā)�(jī)�(gòu)提供較高性價(jià)比的�(chǎn)�,以此打開銷售局�。截止目前,天科合達(dá)碳化硅晶片產(chǎn)品還未有大批量的商業(yè)訂單銷售。此外,天科合達(dá)已開�(fā)出非摻雜半絕緣碳化硅晶體生長(zhǎng)技�(shù),目前正致力于此類產(chǎn)品生�(zhǎng)技�(shù)的優(yōu)化工�。我們給予“繼�(xù)持有”評(píng)�(jí)�
  2009-�003新疆天富熱電股份有限公司碳化硅晶片項(xiàng)目�(jìn)展公告公司控股子公司北京天科合達(dá)�(lán)光半�(dǎo)體有限公司一直致力于碳化硅晶片的研發(fā)工作,經(jīng)過長(zhǎng)期努�,該�(xiàng)目研究取得了較大的突破�
  目前,天科合�(dá)共安裝碳化硅晶體生長(zhǎng)�33�(tái)(其中北京研�(fā)中心9�(tái),新疆生�(chǎn)基地24�(tái)�,晶片加工設(shè)備一�,初步具備了批量生產(chǎn)2英寸6H/4H�(dǎo)電型碳化硅晶片的能力,目前正在積極開拓市�(chǎng),向全球研發(fā)�(jī)�(gòu)提供較高性價(jià)比的�(chǎn)�,以此打開銷售局�。截止目�,天科合�(dá)碳化硅晶片產(chǎn)品還未有大批量的商業(yè)訂單銷售。此外,天科合達(dá)已開�(fā)出非摻雜半絕緣碳化硅晶體生長(zhǎng)技�(shù),目前正致力于此類產(chǎn)品生�(zhǎng)技�(shù)的優(yōu)化工�
  行業(yè)前景分析�
  參考資料:

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