秒懂晶圓是什么-MOS管晶圓性能參數知識分享-KIA MOS管

MOS管晶圓是什么

晶圓是指制作硅半導體積體電路所用的硅晶片，其原始材料是硅。高純度的多晶硅溶解后摻入硅晶體晶種，然后慢慢拉出，形成圓柱形的單晶硅。硅晶棒在經(jīng)過(guò)研磨，拋光，切片后，形成硅晶圓片，也就是晶圓。

目前國內晶圓生產(chǎn)線(xiàn)以8英寸和12英寸為主。晶圓的主要加工方式為片加工和批加工，即同時(shí)加工1片或多片晶圓。隨著(zhù)半導體特征尺寸越來(lái)越小，加工及測量設備越來(lái)越先進(jìn)，使得晶圓加工出現了新的數據特點(diǎn)。同時(shí)，特征尺寸的減小，使得晶圓加工時(shí)，空氣中的顆粒數對晶圓加工后質(zhì)量及可靠性的影響增大，而隨著(zhù)潔凈的提高，顆粒數也出現了新的數據特點(diǎn)。

MOS管晶圓

MOS管晶圓-性能參數

硅晶圓和硅太陽(yáng)能電池分別是半導體材料和半導體器件的典型代表。半導體特性參數衡量和表征材料及其器件的性能。

由于載流子是半導體材料及器件的功能載體，載流子移動(dòng)形成電流及電場(chǎng)，同時(shí)載流子具有發(fā)光、熱輻射等特性，因此載流子參數是表征半導體材料及器件載流子輸運特性的基礎，即載流子參數是硅晶圓和硅太陽(yáng)能電池特性參數的重要組成部分。

當硅晶圓經(jīng)過(guò)加工、制造形成硅太陽(yáng)能電池后，由于 pn 結和費米能級的差異，導致載流子分離形成電壓，進(jìn)而有飽和電流、填充因子和光電轉化效率等電性能參數直觀(guān)反映并影響太陽(yáng)能電池伏安特性。

綜上分析，硅晶圓的主要特性參數包括載流子參數。載流子分為多數載流子和少數載流子，包括電子和空穴。載流子擴散和漂移形成電流構成半導體器件傳遞信息的基礎。載流子輸運參數是描述載流子運動(dòng)和濃度的基本參數，主要包括載流子壽命、擴散系數及前、后表面復合速率等。

這些參數直接反映了半導體材料的物理特性和電學(xué)性能，影響載流子濃度、遷移率；摻雜濃度是決定載流子濃度另一重要參數，影響材料電阻率和載流子壽命等參數，決定器件性能。

載流子濃度

多數半導體器件為少數載流子器件，如硅太陽(yáng)能電池。本文后續提到的載流子參數均為少數載流子參數。半導體在熱平衡狀態(tài)下，空穴和電子濃度相等，此時(shí)為穩態(tài)；當受到外部激勵（光、電、熱等能量激勵）時(shí)，半導體處于非平衡狀態(tài)，電子和空穴均增加，形成過(guò)剩載流子。載流子壽命（lifetime），是指過(guò)剩載流子平均存在時(shí)間，載流子濃度滿(mǎn)足指數衰減規律。

載流子壽命

載流子壽命根據載流子復合類(lèi)型可分為輻射復合壽命、俄歇復合壽命以及Shockley-Read-Hal（SRH）復合壽命。載流子壽命是反映材料和器件缺陷濃度的重要參數，也是衡量器件開(kāi)關(guān)速度、電流增益、電壓等特性的重要指標，同時(shí)對半導體激光器、光電探測器以及太陽(yáng)能電池等光電子器件的電光和光電轉化效率起到重要作用。

表面復合速率

載流子既在材料體內發(fā)生復合也在表面發(fā)生復合。表面復合壽命或表面復合速率（Surfacerecombination velocity，s）是描述載流子在表面復合快慢的物理量。

表面復合壽命越大說(shuō)明表面復合速率越低，反之，表面復合速率越高。表面粗糙度、表面懸掛鍵等表面物理性質(zhì)和狀態(tài)是影響表面復合速率的關(guān)鍵。表面復合速率是表征材料的表面質(zhì)量的重要性能參數。

有效壽命

載流子有效壽命是將體壽命和表面復合壽命綜合的參數，是特定樣件載流子整體壽命的表征。目前大多數檢測技術(shù)檢測的載流子壽命為載流子有效壽命，無(wú)法將體壽命和表面復合速率分離，因此很難逐一分析表面處理工藝、體內缺陷和摻雜等過(guò)程對硅晶圓和太陽(yáng)能電池性能的影響。

擴散系數

擴散系數（Diffusion coefficient，D）是表征在單位時(shí)間單位面積上，載流子通過(guò)界面快慢的物理量。擴散系數和載流子壽命共同決定載流子擴散長(cháng)度（Diffusion length），擴散長(cháng)度是評價(jià)材料性能的典型參數，載流子擴散長(cháng)度越長(cháng)材料質(zhì)量越好；對于太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，載流子擴散長(cháng)度越長(cháng)載流子分離和收集效率越好、光電轉化效率越高。

摻雜

摻雜是形成功能半導體的必要環(huán)節，摻雜濃度對電阻率和載流子輸運參數有著(zhù)重要影響。本征半導體，即不摻雜半導體，常溫時(shí)電阻率非常高，隨著(zhù)摻雜濃度增加，電阻率降低，載流子壽命和擴散長(cháng)度逐漸降低。

MOS管晶圓