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为什么有些半导体器件的生产工序要在真空中进行?

发布时间:2020-07-10   点击次数:104次

半导体器件的生产,除需要超净的环境外,有些工序还必须在真空中进行。

在我们生活的大气环境中,充满了大量的氮气、氧气和其他各种气体分子,这些气体分子时时刻刻都在运动着。当这些气体分子运动到物体的表面时,就会有一部分黏附在该物体的表面。这在日常生活中,不会产生多大的影响。
  但在对周围环境要求极高的半导体器件的生产工序中,这些细微的变化就会给生产带来各种麻烦。

每一半导体器件都包含着许多层各种各样的材料,如果在这些不同的材料层之间混入气体分子,就会破坏器件的电学或光学性能。比如,当希望在晶体层上再生长一层晶体时(称为外延),底层晶体表面吸附的气体分子,会阻碍上面的原子按照晶格结构进行有序排列,结果在外延层中引入大量缺陷,严重时,甚至长不出晶体,而只能得到原子排列杂乱无章的多晶或非晶体。

 

在一个大气压下,晶体表面的每一点上,每秒钟内都将受到几亿个气体分子的撞击,所以,要得到干净的晶体表面,通常要使气体分子的密度降低到大气密度的几亿分之一才行,即需要获得一个真空环境。为此,人们制造了大大小小的密封容器,并发明了各种各样的真空泵,将空气从这些密封容器中抽出,使其内部成为真空环境。
  很多半导体器件,如光碟机(CD、VCD和DVD)和光纤通信中用的半导体激光器,雷达或卫星通信设备中的微波集成电路,甚至许多普通的微电子集成电路,都有相当部分的制作工序是在真空容器中进行的。真空程度越高,制作出来的半导体器件的性能也就越好。现在,很多高性能的半导体器件都是在超高真空环境中制作出来的。
  要获得所谓超高真空,就是其中的气体分子密度只有大气中的几千亿分之一至几百万亿分之一!要获得超高真空环境,需要非常复杂而昂贵的抽气系统。

此外,在半导体器件的加工过程中,需要用电子束、离子束和分子束等粒子对材料进行照射和轰击。在大气中,气体分子会和这些粒子发生碰撞,大大缩短它们的行进路程,结果导致绝大多数粒子到达不了材料表面。
  把这些加工过程放在真空环境中进行,就可避免这个问题。

 

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