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第1章 概述2

1.1　半导体器件的发展史2

1.2　半导体的基础知识4

1.2.1 本征半导体的电阻率较高4

1.2.2 利用掺杂的方法降低半导体的电阻率5

1.2.3 半导体的电阻率随着温度升高而迅速下降5

1.2.4 半导体的电阻率随着光照度的增加而下降5

1.2.5 半导体材料的光生伏特效应6

1.2.6 半导体材料具有场致发光效应6

1.2.7 不同类型半导体材料之间的帕尔帖效应7

1.2.8 半导体材料其他可供利用的效应7

1.2.9 半导体材料可以制作成集成电路7

1.3 大规模集成电路技术的发展现状8

第2章 单晶硅圆片10

2.1 高纯度硅材料的制备10

2.2　单晶硅锭的加工12

2.2.1　单晶硅圆片的工艺流程及制作方法12

2.2.2　用提拉法制作单晶硅锭的过程13

2.3　单晶硅圆片的加工15

2.3.1　单晶硅的切片工艺15

2.3.2　单晶硅片的倒角加工16

2.3.3　单晶硅片的机械研磨17

2.3.4　单晶硅片的化学研磨17

2.3.5　单晶硅片的退火17

2.3.6　单晶硅片的镜面研磨17

2.3.7　单晶硅片的清洗18

2.3.8　单晶硅片的检查与包装19

2.3.9　单晶硅片的外延生长19

2.3.10　绝缘层上的单晶硅圆片SOI20

第3章 大规模集成电路的设计与制版23

3.1 大规模集成电路的一般知识23

3.1.1　集成电路的发明23

3.1.2　集成电路的集成度分类法24

3.1.3　大规模集成电路的功能分类法25

3.1.4　大规模集成电路的工作原理分类法26

3.1.5　大规模集成电路的主要制造工艺26

3.2　大规模集成电路的设计27

3.2.1　大规模集成电路的设计综述27

3.2.2　电子电路设计29

3.2.3　图版设计与原图工艺31

3.3　大规模集成电路的制版工艺33

3.3.1　制版工艺综述33

3.3.2　玻璃基板的选择与加工处理35

3.3.3　镀膜37

3.3.4　涂布感光胶38

3.3.5　描图曝光40

3.3.6　坚膜41

3.3.7　显影42

3.3.8　腐蚀42

3.3.9　图版检查、修正与覆盖保护膜46

3.3.10　相位移光掩模与光学仿真矫正光掩模46

第4章 大规模集成电路的芯片加工48

4.1　芯片加工工艺流程48

4.1.1　芯片加工工艺综述48

4.1.2　芯片加工的主要工艺49

4.1.3　大规模集成电路的芯片加工工艺流程50

4.1.4　超净工作室52

4.2　不同性质的加工工艺54

4.2.1　清洗54

4.2.2　氧化56

4.2.3　化学气相沉积57

4.2.4　光刻60

4.2.5　干式腐蚀62

4.2.6　离子注入65

4.2.7　退火67

4.2.8　溅射68

4.2.9　化学机械研磨69

4.2.10　阶段性工艺检查72

4.3　不同加工对象的加工工艺73

4.3.1　不同加工对象的加工工艺概述73

4.3.2　形成隔离区75

4.3.3　形成阱77

4.3.4　形成晶体管78

4.3.5　形成位线79

4.3.6　形成电容器84

4.3.7　形成互连线87

第5章 大规模集成电路的封装与检验90

5.1　集成电路封装概述90

5.1.1　集成电路封装形式的发展90

5.1.2　双列直插封装DIP90

5.1.3　方形扁平封装QFP92

5.1.4　球栅阵列封装BGA93

5.1.5　芯片尺寸封装CSP94

5.1.6　多芯片封装模块MCM95

5.2 大规模集成电路的封装工艺95

5.2.1　大规模集成电路封装工艺的流程95

5.2.2　单晶硅圆片背面研磨95

5.2.3　划片98

5.2.4　将芯片固定在基座上100

5.2.5　焊接引线101

5.2.6　塑料封装103

5.2.7　引脚表面镀层处理103

5.2.8　引脚切断、成型、打印标志105

5.3　大规模集成电路封装的检验105

5.3.1　电子元器件的失效曲线105

5.3.2　老化106

5.3.3　条件循环试验106

第6章 多种类型的半导体材料108

6.1　元素半导体108

6.2　化合物半导体110

6.2.1 化合物半导体的分类110

6.2.2 砷化镓111

6.2.3 其他Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体120

6.2.4 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体123

6.2.5 Ⅳ-Ⅳ族与Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体128

6.3　非晶半导体131

6.3.1 非晶半导体是原子排列不规则的半导体131

6.3.2 发展初期的非晶半导体132

6.3.3 非晶半导体研究中的难题132

6.3.4 新的学科门类——固体化学133

6.3.5 非晶半导体的种类134

6.3.6 非晶半导体的特点134

6.3.7 非晶半导体的应用135

6.4　固溶体半导体138

6.4.1 含砷镓的固溶体半导体138

6.4.2 含碲的固溶体半导体140

6.4.3　含碲铋的固溶体半导体141

6.4.4 多元化固溶体半导体的研发方向142

6.5　半导体陶瓷149

6.5.1 半导体陶瓷的共性149

6.5.2 高温还原气氛造成的陶瓷半导体化158

6.5.3 不同化合价的元素置换造成陶瓷半导体化158

6.5.4 正温度系数热敏电阻陶瓷158

6.5.5 负温度系数热敏电阻陶瓷163

6.5.6 临界值热敏电阻陶瓷165

6.5.7 压敏电阻陶瓷165

6.5.8 气敏电阻陶瓷167

6.5.9 湿敏电阻陶瓷168

6.5.10 多功能半导体陶瓷170

6.6　有机半导体170

6.6.1 有机半导体的现状与分类170

6.6.2 共轭双键有机化合物半导体172

6.6.3 电荷转移络合物173

6.6.4 高分子有机化合物176

6.7　超晶格半导体180

第7章 半导体材料与器件的未来展望183

7.1　摩尔定律183

7.1.1　硅集成电路发展过程中所遵循的摩尔定律183

7.1.2　摩尔定律将会失灵184

7.1.3　掺杂均匀性对摩尔定律的限制184

7.1.4　集成电路的功耗密度对摩尔定律的限制185

7.1.5　光刻技术对摩尔定律的限制185

7.1.6　互连线对摩尔定律的限制185

7.2　半导体器件的深入发展186

7.2.1　发展砷化镓和磷化铟单晶材料186

7.2.2　开发宽带隙半导体材料187

7.2.3　开发低维半导体材料187

7.2.4　未来展望188

参考文献191