具体来说,就是将气体形态的掺杂化合物原材料导入反应腔,加入电场和磁场交作用形成电浆等离子体;离子束从反应腔萃取出来后,受到电场牵引而加速前进,并在通过磁场后进行二次加速,提高离子束射程;通过质量分析器筛选需要的离子源;离子源通过精准的离子扫描系统,保障掺杂离子能够均匀地注入至整个硅晶圆上。
整个过程非常精密,好在这个设备现在基础款已经有了比较普及的技术,钱就能买。
在晶体管的核心材料方面,第一代的晶体管采用锗制造了结型晶体管,但是这第一代晶体管有一个致命缺点,温度超过80c就会出现严重问题。这是它的先天型缺陷,除了做好表面降温没有其他方法,所以功率放大方面锗晶体管就很有限。
但是相对来说,锗晶体管算是比较容易实现的晶体管,锗拥有较低的熔点,就意味着其晶体更容易生长,生产晶体管就想对容易。所以任重还是选择了这种材料,算是快速实现了第一代晶体管计算机,当然散热方面背上的风扇就比较多。
在接下来,半导体技术研究的方向就是攻克硅晶体管!
这才是真正主流的技术,能用到二十一世纪。
硅晶体管是npn结构,需要通过生长结工艺制造,硅具有更大的禁带宽度,使其能够在更高的温度下工作(见表1),其次,因为它与其氧化物——二氧化硅(sio2)具有显着的协同配合作用。
通过简单地在含氧气氛中加热硅,就可以廉价地形成高介电强度、电绝缘的sio2层。这种sio2层在化学和机械上非常稳定,可以有效地钝化硅的表面态,为常用的掺杂剂形成有效的扩散阻挡层,并且可以很容易地在硅上蚀刻或沉积。
正因为有着这么优异的性能,硅晶体管成为半导体时代的宠儿,雄霸半导体大半个时代。仅仅是半导体硅晶圆的生产,那就变成了几百亿美刀的市场,支撑着万亿级别的半导体市场。
然而生产半导体级硅极为不容易,需要将硅的纯度提纯到极高的水平,通常超过9个9(即99.999999%),才可以用于制造半导体晶体管,对于眼下来说,这个是地狱级难度。
在主世界,目前也只有两种工艺方法能实现商业化生产。
cz法是制备半导体级硅的主要方法,其原理是将高纯度硅料加热到熔化状态,然后通过旋转晶棒和控制温度的方式,在晶棒和硅之间形成一个界面。晶棒缓慢下拉,同时在晶棒和硅之间拉出一条细长的硅棒,其内部结构和晶格与晶棒完全相同。由于晶棒和硅之间的区域极为清洁,通过这种方法可以制备出高纯度的半导体级硅材料。
fz法是另外一种常用的半导体级硅制备方法,其原理是在硅晶体周围加上强磁场,通过电感加热将硅材料熔化,然后通过控制电磁感应和运动方向在硅材料中形成一定的区域熔融。在熔融区域周围形成一个较宽的带状溶解层,溶解层逐渐与上方的固硅晶层分离形成硅棒,通过这种方法可以制备出高纯度的半导体级硅材料。
这两个过程都是能耗极高,设备相当复杂的一个工艺过程,要把这套设备准备好,那又是一个系统化的工程.
不仅仅生产方法麻烦,为了保证半导体级硅的质量,检测的方法也相当苛刻。
现阶段硅晶常见的检测方法包括热吸收法、质谱法、原子荧光法等。其中,热吸收法是最常用的方法之一,它可以通过测试硅片在加热时放出的气体量,判断其中的杂质含量。质谱法和原子荧光法则可以直接检测硅片中的杂质含量,具有高灵敏度和精度。但是显然这些检测方法背后又需要有一套精密的仪器设备进行支撑
一个问题接着一个体系,让任重在发展半导体方面,走得极为艰难和痛苦。
当然,他知道这是必然的,现在他想在三五年时间内走过别人二三十年走过的路,那必然就要付出更多的艰辛,哪怕是抄袭主世界的作业,这也不是一件容易的事情。
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(本章完) ', ' ')