半导体扩散工艺是什么

扩散技术目的在于控制半导体中特定区域内杂质的类型、浓度、深度和PN结。在集成电路发展初期是半导体器件生产的主要技术之一。但随着离子注入的出现，扩散工艺在制备浅结、低浓度掺杂和控制精度等方面的巨大劣势日益突出，在制造技术中的使用已大大降低。1 扩散机构2 替位式扩散机构这种杂质原子或离子大小与Si原子大小差别不大，它沿着硅晶体内晶格空位跳跃前进扩散，杂质原子扩散时占据晶格格点的正常位置，不改变原来硅材料的晶体结构。硼、磷、砷等是此种方式。 3． 填隙式扩散机构这种杂质原子大小与Si原子大小差别较大，杂质原子进入硅晶体后，不占据晶格格点的正常位置，而是从一个硅原子间隙到另一个硅原子间隙逐次跳跃前进。镍、铁等重金属元素等是此种方式在当今的亚微米工艺中，由于浅结、短沟的限制，硅片工艺后段的热过程越来越被谨慎地使用，但是退火仍然以不同的形式出现在工艺的流程中。退火可以激活杂质，减少缺陷，并获得一定的结深。它的工艺时间和温度关系到结深和杂质浓度。4磷掺杂由于磷掺杂的控制精度较底，它已经渐渐地退出了工艺制作的舞台。但是在一些要求不高的工艺步骤仍然在使用。5多晶掺杂向多晶中掺入大量的杂质，使多晶具有金属导电特质，以形成MOS之“M”或作为电容器的一个极板或形成多晶电阻，之所以不用离子注入主要是出于经济的原因

通常根据氢气与半导体反应的场所是在表面还是内部，将半导体型传感器分为表面控制型和体控制型；根据测量半导体的物理量是电阻还是晶体管参数，也可将传感器分为电阻型和非电阻型。

电阻型半导体传感器主要以金属氧化物作为氢敏材料，根据气敏机理的吸附-脱附机理，传感器首先对空气中的氧气进行吸附，这是一个由物理吸附到化学吸附的过程。在一定条件下氧夺取氢敏材料表面电子并产生一种晶格氧，材料表面电子减少，就会产生空间电荷区，使能带弯曲，使得电导率下降。当传感器吸附氢后，氢会夺取表面晶格氧，生成水，同时释放电子，使导带弯曲程度减弱。随着氧缺位的增加，半导体表面的电导增大，从而造成半导体电阻阻值减小。这两种过程不可逆，在一定温度和氢气氛围下达到稳态平衡，化学吸附氧离子达到一平衡值，从而决定了氧化物的电导。根据电阻率大小与氢气浓度之间的函数关系，就可以测出空气中氢气浓度。然而，单一的金属氧化物制得的传感器通常存在对还原性气体的选择性较差、灵敏度不高的缺点，通常用氧化物或贵金属掺杂的方式提高传感器对氢气的选择性。

非电阻型半导体传感器主要用肖基特（金属-半导体）二极管或MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）作氢敏材料，一般检测气体引起的电容或势垒等非电阻电学量的变化。肖基特二极管通常以金属Pd或Pb作正极，用禁带较宽的n型半导体SiC、GaN等材料作负极。传感器与氢气接触后，氢气通过催化金属分解为氢原子，扩散到金属与半导体的界面处，在偏置电压下发生极化，使肖基特势垒降低。根据二极管两端电压变化就可以确定氢气浓度。

以n型MOSFET为例，通常用金属Pd作MOSFET的栅极电极。根据MOS管的结构特点，可将其电容视为氧化层电容和耗尽层电容的串联，MOS电容与栅压关系称为MOS管的C-V特性。当栅源电压大于阈值电压（开启电压）时，源漏之间就会产生n型反型沟道，使源漏两极导通。对于实际的阈值电压，还要考虑金属与半导体的功函数，抵消接触电势差的影响。当氢气经栅极吸附会使金属Pd的功函数降低，表面能带向下弯曲，阈值电压也将相应降低，所需施加的栅源电压与栅极接触氢气前的电压比，也会降低。于是MOS电容的C-V特性曲线向负栅压方向平移，根据这个特性能够测量氢气浓度。

原理：

在极低温度下，半导体的价带是满带（见能带理论），受到热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带，价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，称为空穴。空穴导电并不是实际运动，而是一种等效。

电子导电时等电量的空穴会沿其反方向运动。它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴，电子-空穴对消失，称为复合。

复合时释放出的能量变成电磁辐射（发光）或晶格的热振动能量（发热）。在一定温度下，电子- 空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，此时半导体具有一定的载流子密度，从而具有一定的电阻率。温度升高时，将产生更多的电子- 空穴对，载流子密度增加，电阻率减小。

扩展资料：

半导体的应用

一、在无线电收音机（Radio）及电视机（Television）中，作为“讯号放大器/整流器”用。

二、发展「太阳能（Solar Power）」，也用在「光电池（Solar Cell）」中。

三、半导体可以用来测量温度，测温范围可以达到生产、生活、医疗卫生、科研教学等应用的70%的领域，有较高的准确度和稳定性，分辨率可达0.1℃，甚至达到0.01℃也不是不可能，线性度0.2%，测温范围-100~+300℃，是性价比极高的一种测温元件。

四、半导体致冷器的发展, 它也叫热电致冷器或温差致冷器, 它采用了帕尔贴效应。

参考资料来源：百度百科-半导体

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