半導體制造技術范文10篇

1980年前，我國半導體產業已經形成較完整的包括設備、原料、制造、工藝等方面的科研和生產體系，主要分布于原電子部（信息產業部）、中國科學院和航天部系統。

改革開放以來，經過大規模引進消化和90年代的重點建設，目前我國半導體產業已具備了一定的規模和基礎，包括已穩定生產的7個芯片生產骨干廠、20多個封裝企業，幾十家具有規模的設計企業以及若干個關鍵材料及專用設備儀器制造廠組成的產業群體，大體集中于京津、滬蘇浙、粵閩三地。

我國歷年對半導體產業的總投入約260億元人民幣（含126億元外資）。現有集成電路生產技術主要來源于國外技術轉讓，其中相當部分集成電路前道工序和封裝廠是與美、日、韓公司合資設立。其中三資企業的銷售額約占總銷售額的88%（1998年）。民營的集成電路企業開始萌芽。

設計：集成電路的設計匯集電路、器件、物理、工藝、算法、系統等不同技術領域的背景，是最尖端的技術之一。我國目前以各種形態存在的集成電路設計公司、設計中心等約80個，工程師隊伍還不足3000人。2000年，集成電路設計業銷售額超過300萬元的企業有20多家，其中超過1000萬的約10家。超過1億的4家（華大、矽科、大唐微電子和士蘭公司）。總銷售額10億元左右。年平均設計300種左右（其中不到200種形成批量）。

現主要利用外商提供的EDA工具，運用門陣列、標準單元，全定制等多種方法進行設計。并開始采用基于機構級的高層次設計技術、VHDL，和可測性設計技術等先進設計方法。設計最高水平為0.25微米，700萬元件，3層金屬布線，主線設計線寬0.8-1.5微米，雙層布線。[1]目前，我國在通信類集成電路設計有一定的突破。自行設計開發的熊貓2000系列CAD軟件系統已開發成功并正在推廣。這個系統的開發成功，使我國繼美國、歐共體、日本之后，第四個成為能夠開發大型的集成電路設計軟件系統的國家。目前邏輯電路、數字電路100萬門左右的產品已可以用此設計。

前工序制造：1990年代以來，國家通過投資實施“908”、“909”工程，形成了國家控股的骨干生產企業。其中，中日合資、中方控股的華虹NEC（8英寸硅片，0.35-0.25微米，月投片2萬片），總投資10億美元，以18個月的國際標準速度建成，99年9月試投片，現已達產。該工程使我國芯片制造進入世界主流技術水平，增強了國內外產業界對我國半導體產業能力的信心。

1引言

功率模塊焊接和連接的最新技術水平是空白的使用一一半導體底面與頂層基材和鋁（A）粗線互連的無鉛焊接工藝。由于設計靈活性大、實現自動化的程序簡單，鋁線綁定現在己成為頂層互連的首選。遺憾的是，由于眾所周知的生命周期局限的原因，鋁粗線焊接成了眾多設計的瓶頸。過去，利用燒結帶或編織帶提出了一些關于芯片頂層觸點的解決方案對于1C或存儲產品而言，作為粗金（Au）線的替代品，銅（Cu）線綁定具有較高的適配率。還強烈希望采用較大直徑的電線作為鋁線的替代品，并提出了此課題的有關事項PM。銅線綁定保持了當前鋁線綁定法的設計靈活性和工藝靈活性，但是粗銅線要求頂層金屬化整體更加牢固，以防止功率半導體在粘合焊盤的作用下出現芯片裂紋和結構損壞。很多功率半導體制造廠正在著手解決這一問題。本文提出的連接方法的主要優勢之一是這種方法可使用粗銅線綁定，無需改變半導體頂層金屬化。因此，半導體制造廠可依靠現有的工藝技術和既定的金屬化，在前端和后端／封裝材料之間留出分隔線。于是，高可靠性功率模塊完全有可能實現較快的上市時間。銀燒結是一種成熟的功率半導體焊接和連接技術，｜｜J靠性很高，要求使用常見的金屬化表面。例如NiAu、Pd或Ag，這些表面都很常用，大多數制造廠有售。

2綁定和焊接技術

2．1低壓燒結。低壓燒結接受用于生產整流器功率模塊，采用這種技術，功率模塊質量更好，熱工特性、機械特性和電氣特性優良。燒結時需要在焊接件之間涂銀膏。燒結過程中，施加壓力產生一層密實的銀層，連接可靠。燒結過程中，當銀膏中的銀顆粒和有機物促使擴散力增加時，可減小施加的壓力。據報道，當前的燒結工藝可在40MPa以下的壓力水平完成｜6im。減小壓力可生產不同規格的模塊，從而增加設計靈活性，便于利用批量生產技術。2．2粗銅線綁定。銅線綁定是電力電子產品總成的大電流互連最看好的技術之一。與鋁線綁定相比，銅線綁定布局靈活性高、質量過程成熟，正因為這兩條原因，加快了銅線綁定的研發。與鋁材相比，電線粘合互連采用銅質材料，有兩大好處：（1）電流能力增加37％：（2）銅的熱傳導率好（比鋁的熱傳導率高達80％）。2．3丹佛斯粘合緩沖板技術（DBB）。丹佛斯粘合緩沖板技術（DBB）由燒結在金屬半導體頂層金屬化表面上的薄銅箔組成，如圖1所示。此外，替換半導體底面接口與DBC基體的凸點瓦連時，也可采用相同的燒結技術。圖1燒結DBB銀和銅線綁定熱堆棧的橫截面設計DBB吋，其尺寸要保證熱機械優化，以減小由于CTE不匹配而引起的機械應力。除了銅線綁定期間可吸收能量和保護晶片的特性外，DBB還具有很多熱特性和電氣特性優勢。采用DBB后，半導體內出現均勻的電流密度分配。由于豎向電流流動得到改善，無需在半導體上采用針腳式粘合。此部分將進一步介紹標準整流器模塊和第2部分所述方法制成的相同模塊之間的直接比較結果。

3結果

3．1熱模擬。為了證明新封裝技術的性能，我們使用熱模擬軟件FlowEFD，對不同的設計方案進行了研宄。為了便于對結果進行比較，所有方案都采用相同的條件。圖2顯示的是FEM模擬的邊界條件。圖2第一糢擬部分和第二糢擬部分的邊界條件DBB的附加熱能力對Zth曲線有積極影響，W為它能儲存短熱能脈沖。圖3所示的是不同變型（VI？V5）不同時間（l〇ms、100ms、1000ms）的熱阻抗。在燒結的DBB變型（V5）中，10ms的Zth比標準焊機技術（VI）低大于22％。另外，DBB的熱能力對Rth沒有負面影響，因為它未在熱源（晶片）和熱沉之間的傳熱路徑上。3．2可靠性。從以前的標準焊接模塊、燒結模塊和編織帶模塊試驗中得出比較數據W。功申循環結果如閣4所示。丹佛斯標準整流器模塊約有40000個循環，而采川鋁線的燒結模塊約有70000個循環。DBB模塊至少有600000個循環，比丹佛斯標準模塊好約15倍，比行業標準好約60倍mi。

摘要：本文通過分析電力電子技術的發展狀況，再結合電力電子技術在我國電力機車牽引電傳動系統中的應用情況，指出了寬禁帶半導體技術是今后從事電力電子技術研究的重要方向，并提出了繼續探究優化改型IGBT和SiC功率器件在電力機車上的應用研究，對促進我國電力機車的發展具有重大意義。

關鍵詞:電力電子技術；電力機車；牽引電傳動系統

隨著電力電子技術的快速發展，電力機車牽引電傳動系統發生了巨大的變化。20世紀中后期，采用交直傳動系統的韶山型電力機車在我國鐵路交通運輸中占主導地位，但隨著現代科學與技術的快速發展，采用交直交傳動系統的和諧系列電力機車，在生產實際中得到廣泛的應用，并逐漸取代了韶山型電力機車。在電力機車牽引電傳動系統的發展歷程中，電力電子技術承擔著舉足輕重的作用，因此，電力電子技術在電力機車牽引電傳動系統中的應用研究具有重要意義。

1電力電子技術的發展

1947年，第一只晶體管的研制成功，開創了半導體固態電子學，20世紀50年代功率半導體二極管的出現，提高了整流電路的效率。1957年美國通用電氣公司研制出第一只可控型電力電子器件———晶閘管，次年得以商業化，標志著對電能變換與控制的電力電子技術誕生。電力電子技術是一門新型技術，但是發展快速，其原因有兩個：一是：人類電氣化時代，電能在國民工業中的應用比重已成為衡量一個國家發展水平的重要指標，電力電子技術適應了當今世界人們對電能的巨大需求以及能源利用效率的不斷追求，利用電力電子技術可以實現交流到直流（AC/DC）、直流到交流（DC/AC）、交流到交流（AC/AC）、直流到直流（DC/DC）等多形式的能量變換，這為太陽能、風能等清潔能源的利用，高效的交流傳動，以及高壓直流輸電等各領域的應用打開了廣闊的前景。二是：電力電子器件的發展極大地擴展了電力電子技術應用的功率范圍，微處理器的出現實現了控制數字化，快速推進了電力電子技術的應用發展。1.1傳統電力電子技術。晶閘管的發明擴展了半導體器件的功率控制范圍，在二十世紀60年代得到快速推廣，主要應用于大功率整流器。二十世紀60年代普遍較大功率的工業用電由工頻交流發電機產生，其中有近20%的電力是給直流用電負載使用，而大功率硅整流器實現了將工頻交流電轉換成直流電。晶閘管具有體積小、功耗小、效率高、可控等特點，用它構成的變流裝置具有壽命長、易維護等優點。因此，晶閘管的開發與應用在上世紀六、七十年代得到了快速發展。由于晶閘管的關斷不可控，需要依靠外加電路或外加反向電壓來實現關斷，這就限制了晶閘管的應用。隨著科技的發展，多種多樣的負載不斷涌現，對需求的電能提出了更高的要求，在二十世紀70年代，全控型器件出現了，并逐漸占據主導地位，如快速晶閘管、門極可關斷晶閘管。全控型器件具有自身可關斷性能和較高開關速度，在整流、逆變、斬波、變頻電路中得到了廣泛應用，電力電子技術得到突飛猛進的發展。但是快速晶閘管、門極可關斷晶閘管工作頻率不高，只能在中低頻的范圍內應用。1.2現代化電力電子技術。20世紀80年代初期，大功率絕緣柵雙極晶體管（IGBT）的出現把電力電子技術的應用帶入高頻及中大功率領域。IGBT具有較高綜合性能，開關頻率方面，一般可達10kHz至20kHz，小功率的甚至高達100kHz；電壓等級方面，最高電壓已達到6500V，該電壓下的電流可達750A，1700V電壓等級的電流可達2400A；溫度方面，最高可達175℃。開關器件的高頻化也促進了電感器件體積的成倍縮小。大中型功率高頻IGBT的發展持續促進著電力電子設備朝輕重量、小體積、高效能方面發展，再結合日益進步的微處理芯片技術，現代電力電子技術已實現了全控化、集成化、高頻化、控制技術數字化和電路形式弱電化，應用場合越來越廣泛。由于負載對供電電能的質量要求越來越高，科研工作者還在不斷進行IGBT改型研究。經過多年應用發展Si器件為基礎的電力電子技術相當成熟，Si器件在開關頻率、通態壓降以及結溫等性能指標上難以繼續提升，發展空間較小。新一代寬禁帶半導體材料（如碳化硅）的電力電子器件具有比硅器件高得多的耐受高電壓的能力、低得多的通態電阻、更好的導熱性能和熱穩定性以及更強的耐受高溫和射線輻射的能力等。當前寬禁帶半導體器件的發展一直受制于材料的提煉、制造以及半導體的制造工藝水平，尚處于起步階段。目前，我國在應用寬禁帶半導體方面也進行了初步的研究。寬禁帶半導體在照明中應用已形成一定規模，2017年我國氮化物半導體照明產業的產值突飛猛進，突破了5000億。同時，微波毫米波器件已開始應用于通訊、衛星通信、對抗、雷達等領域。未來，寬禁帶半導體將在新能源汽車、電力轉換等行業有著越來越廣泛的應用。由此可見，寬禁帶半導體技術是我們從事電力電子技術研究的一個重要方面。

2電力電子技術在我國電力機車牽引電傳動系統中的應用

摘要本文重點對半導體硅材料，GaAs和InP單晶材料，半導體超晶格、量子阱材料，一維量子線、零維量子點半導體微結構材料，寬帶隙半導體材料，光子晶體材料，量子比特構建與材料等目前達到的水平和器件應用概況及其發展趨勢作了概述。最后，提出了發展我國半導體材料的建議。

關鍵詞半導體材料量子線量子點材料光子晶體

1半導體材料的戰略地位

上世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業革命；上世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發明，促進了光纖通信技術迅速發展并逐步形成了高新技術產業，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質工程”發展到“能帶工程”。納米科學技術的發展和應用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。

2幾種主要半導體材料的發展現狀與趨勢

2.1硅材料

1半導體材料的戰略地位

上世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業革命；上世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發明，促進了光纖通信技術迅速發展并逐步形成了高新技術產業，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質工程”發展到“能帶工程”。納米科學技術的發展和應用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。

2幾種主要半導體材料的發展現狀與趨勢

2.1硅材料

從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發展的總趨勢。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現大規模工業生產，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC‘s）技術正處在由實驗室向工業生產轉變中。目前300mm，0.18μm工藝的硅ULSI生產線已經投入生產，300mm，0.13μm工藝生產線也將在2003年完成評估。18英寸重達414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實驗室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。

從進一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發展很快。目前，直徑8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在開發中。

摘要本文重點對半導體硅材料，GaAs和InP單晶材料，半導體超晶格、量子阱材料，一維量子線、零維量子點半導體微結構材料，寬帶隙半導體材料，光子晶體材料，量子比特構建與材料等目前達到的水平和器件應用概況及其發展趨勢作了概述。最后，提出了發展我國半導體材料的建議。

關鍵詞半導體材料量子線量子點材料光子晶體

1半導體材料的戰略地位

上世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業革命；上世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發明，促進了光纖通信技術迅速發展并逐步形成了高新技術產業，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質工程”發展到“能帶工程”。納米科學技術的發展和應用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。

2幾種主要半導體材料的發展現狀與趨勢

2.1硅材料

摘要本文重點對半導體硅材料，GaAs和InP單晶材料，半導體超晶格、量子阱材料，一維量子線、零維量子點半導體微結構材料，寬帶隙半導體材料，光子晶體材料，量子比特構建與材料等目前達到的水平和器件應用概況及其發展趨勢作了概述。最后，提出了發展我國半導體材料的建議。

關鍵詞半導體材料量子線量子點材料光子晶體

1半導體材料的戰略地位

上世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業革命；上世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發明，促進了光纖通信技術迅速發展并逐步形成了高新技術產業，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質工程”發展到“能帶工程”。納米科學技術的發展和應用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。

2幾種主要半導體材料的發展現狀與趨勢

2.1硅材料

摘要本文重點對半導體硅材料，GaAs和InP單晶材料，半導體超晶格、量子阱材料，一維量子線、零維量子點半導體微結構材料，寬帶隙半導體材料，光子晶體材料，量子比特構建與材料等目前達到的水平和器件應用概況及其發展趨勢作了概述。最后，提出了發展我國半導體材料的建議。

關鍵詞半導體材料量子線量子點材料光子晶體

1半導體材料的戰略地位

上世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業革命；上世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發明，促進了光纖通信技術迅速發展并逐步形成了高新技術產業，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質工程”發展到“能帶工程”。納米科學技術的發展和應用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。

2幾種主要半導體材料的發展現狀與趨勢

2.1硅材料

摘要本文重點對半導體硅材料，GaAs和InP單晶材料，半導體超晶格、量子阱材料，一維量子線、零維量子點半導體微結構材料，寬帶隙半導體材料，光子晶體材料，量子比特構建與材料等目前達到的水平和器件應用概況及其發展趨勢作了概述。最后，提出了發展我國半導體材料的建議。

關鍵詞半導體材料量子線量子點材料光子晶體

1半導體材料的戰略地位

上世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業革命；上世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發明，促進了光纖通信技術迅速發展并逐步形成了高新技術產業，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質工程”發展到“能帶工程”。納米科學技術的發展和應用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。

2幾種主要半導體材料的發展現狀與趨勢

2.1硅材料

摘要本文重點對半導體硅材料，GaAs和InP單晶材料，半導體超晶格、量子阱材料，一維量子線、零維量子點半導體微結構材料，寬帶隙半導體材料，光子晶體材料，量子比特構建與材料等目前達到的水平和器件應用概況及其發展趨勢作了概述。最后，提出了發展我國半導體材料的建議。

關鍵詞半導體材料量子線量子點材料光子晶體

1半導體材料的戰略地位

上世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業革命；上世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發明，促進了光纖通信技術迅速發展并逐步形成了高新技術產業，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質工程”發展到“能帶工程”。納米科學技術的發展和應用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。

2幾種主要半導體材料的發展現狀與趨勢

2.1硅材料