什么是半导体？

半导体是这两年国家重点发展的行业，到底什么是半导体？

生活中所有的物体按照导电性大致可分为三类：导体、半导体、绝缘体。

这个很好理解，物体要么导电，要么不导电，要么有一点点导电，正是这种半推半就、不清不楚的物质给物理学家不同的发挥空间。

太绝对的导电和不导电的物质没什么意思，而在不同情况下导电性发生变化的东西才是有意思的。

来张图直观看看物体的导电性：

按照导电性便分为：

绝缘体: 电导率很低，约介于20－18S/cm 10－8S/cm,如熔融石英及玻璃；

导 体 ：电导率较高，介于104S/cm 106S/cm，如铝、银等金属。

半导体： 电导率则介于绝缘体及导体之间。

自然界中常见的元素半导体有硅、锗，据说锗基半导体比硅基半导体还要更早发现和应用，但是硅的天然优势就是便宜！自然界中常见的沙石就含有大量的硅元素，你说有多多！

即使自然界中硅砂很多，但硅砂中包含的杂质太多，缺陷也太多，不能直接拿来用，需要对它进行提炼。

怎么提炼？一个字——烧！

正如初中化学所学的，进行氧化还原反应。

①SiC + SiO2 Si(固体)+ SiO2(气体)+ CO(气体)

②Si(固体)+ 3HC SiHCl3(气体)+ H2(气体)

③SiHCl3(气体)+ H2(气体) Si(固体)+ 3HCl(气体)

经过三次高温化学反应后，我们得到了固体硅，但这时候的硅是多晶硅。

啥是多晶硅？

如同我们剥橘子的时候，里面有很多瓣橘子（多晶橘子），而且不同瓣的橘子味道不一样（晶体方向），我们要选味道最好的一瓣橘子，选出来让这瓣橘子单独长大！

怎么让一个小的单晶单独长大呢？

物理学家还是很聪明的，发明了一种长单晶的办法，叫柴可拉斯基法，可能方法就是以这名科学家名字命名的。

行业也有一种直观的称呼，叫提拉法!

因为在长单晶时就是把小的晶体往上拔！拔的时候速度有点慢，来看看这个装置：

图中的这个蓝色的圆棒就是单晶硅，在提拉的时候一边旋转一边往上拔，提拉法长出来的晶锭就是圆柱体了。

再将长好的晶锭采用机械刀片进行切割，切成一片一片的圆盘状，便成了晶圆。

有没有很眼熟？

晶圆就是这样被生产出来了。

虽然我们得到了晶圆，此时的单晶硅电化学性能还不行，不能直接用来做芯片，工程师们于是想办法改造单晶硅的电化学性能。

如何改造单晶硅呢？

先深入了解一下硅元素，在元素周期表中，硅排列在第14位，硅原子最外层有4个电子，分别与周围4个原子共用4对电子，这种共用电子对的结构称为 共价键 (covalent bonding)。每个电子对组成一个共价键。

这部分知识初中化学学过，来张图片直观看看：

左边这张图是单晶硅的晶体结构，为金刚石晶体结构。右边这张图是硅原子共用电子的情况，中间一个硅原子和四个硅兄弟共用电子。

突然有一天，有个物理学家想到一个问题，要是硅家不是和硅兄弟共用电子，把其他兄弟拉进群会怎样？

物理学家有一天把砷兄拉进了群，于是奇迹发生了：

砷兄弟最外层有5个电子，其中4个电子找到了硅家的对象，另外一个电子单着了，这个电子成了无业游民，到处流窜，由于电子带有电荷，于是改变了硅家的导电性。

此时的砷原子多提供了一个电子给硅家，因此砷原子被称为施主。

硅家的自由电子多了以后，带负电的载流子增加，硅变成n型半导体。

为啥叫N型？在英文里Negative代表负，取这个单词的第一个字母，就是N。

同样，物理学家想，既然可以拉电子多的砷元素进群，那么是否也可以拉电子少的硼原子进群？于是物理学家把硼原子拉进来试试。

由于硼原子最外层只有3个电子，比硅少一个，于是本来2对电子的共价键现在成了只有一对电子，多了一个空位，成了带正电的空穴(hole)。

此时的硅基半导体被称为p型半导体，同样P来自英文单词Positive(正极)的首字母，而硼原子则被称为受主。

正是在硅单晶中加入的原子不同，便形成了N型半导体和P型半导体。

当我们有了单晶硅，并且可以想办法将单晶硅表面氧化成二氧化硅。二氧化硅可作为许多器件结构的绝缘体，或在器件制作过程中作为扩散或离子注入的阻挡层。

如在 p‒n 结的制造过程中，二氧化硅薄膜可用来定义结的区域。

来张示意图看看，(a)显示无覆盖层的硅晶片，正准备进行氧化步骤，图(b)只显示被氧化晶片的上表层。

有了P型和N型半导体的理论知识，还可以玩点复杂的，对二氧化硅表面进行改造，改造成我们想要的图形，比如画只猫，画朵花等…

对晶圆表面进行改造的办法就是光刻！

光刻那不是要用到高端光刻机？听说这种设备很牛逼….不如先看看光刻的原理：

利用高速旋涂设备(spinner)，在晶片表面旋涂一层对紫外(UV)光敏感的材料，称为光刻胶(photoresist)。将晶片从旋涂机拿下之后在80ºC 100ºC之间烘烤，以驱除光刻胶中的溶剂并硬化光刻胶，加强光刻胶与晶片的附着力。接下来使用UV光源，通过一有图案的掩模版对晶片进行曝光。然后，使用缓冲氢氟酸作酸刻蚀液来移除没有被光刻胶保护的二氧化硅表面。最后，使用化学溶剂或等离子体氧化系统剥离(stripped)光刻胶。

看看示意图：

文字说的有点复杂，直观理解有点像刻印章，先在石头上用颜料涂个模型，然后按照模型的尺寸进行雕刻，基本是这个道理。

印章有阳刻和阴刻的区别，晶圆也是这样，根据光刻胶的选取不同，也能实现阳刻和阴刻，人们选用的光刻胶称为正胶和负胶。

光刻后的硅表面暴露于外界中，此时物理学家在这个硅表面通过不同方法加入其它元素，称为离子注入。

因为注入B或者As离子以后，这些离子加入到硅家以后改变了硅家的传统，硅的电化学性能发生了改变，此时的半导体叫做非本征(extrinsic)半导体。

而由P型半导体和N型半导体接触形成的结称为p-n结！

我们在掺杂完成以后，需要想办法将这个半导体的性能引出，于是将这个半导体表面金属化，欧姆接触(ohmic contact)和连线(interconnect)在接着的金属化步骤完成，金属薄膜可以用PVD或CVD来形成。

随着金属化的完成， p‒n 结就可以工作了！

简单的半导体知识就介绍这么多吧！

T352光器件封装-光器件封装工艺之--lot、wafer、bar条、die、chip的区别

光通信女人

光通信女人

光通信女人

这是个挺有意思的话题，器件封装厂家介绍，“我们有Bar条解理和测试”时，内心常常充满了自豪，也经常会迎来参观访问者们一句“哦”。

今天国华聊几个名词，比如激光器lot、wafer、bar、die、chip都是指哪一种形态？ 顺便聊下为什么激光器特有Bar条这个词。

半导体光芯片或者电芯片，最早都是一盘子做出来，在一个wafer上，或者叫晶元、晶圆。

无论是光模块里的激光器芯片、探测器芯片、驱动器电芯片，都是一盘一盘的做出来的。中间工艺有不同，设备不同，材料不同....

但都是一个圆盘子，早期小文【 [图文1]T218 半导体芯片制造流程与设备】，点击就可以链接。

国华之前小文说一盘子制作完成之后，整体用探针卡测试，把不良品标注（绿

光通信行业有个特殊的中间品，叫Bar条，这是什么神奇的东西呢。

比如，探测器芯片，可以直接给光一测有木有转成电，或者VCSEL是面发射，一盘子每个激光器加电，一测上面有没有光什么波长的光....。

FP、DFB是侧面发光，一盘子码的整齐的，侧面有没有光咱也看不到啊。咋办。

给它一条一条分开，侧面镀上膜做做端面处理，然后测试，好的坏的就可以区分。这个过程叫解理。

解理这个词是用在矿物质晶体上的，咱们光学的基本材料也是晶体啊，像掰巧克力一样，顺着纹理稍稍用力，就解开成一条条的。

“那直接掰成一块块的测试呗”

也不是不可以，羊毛出在羊身上，你让咱供应商一把把薅羊毛可以，一根一根薅羊毛也可以，用多少人费多少时间的问题呗。

能一盘盘测试，就不愿多费人力设备一条条测，能一条一条的测就不愿意一颗一颗的测。谁家的钱也不是大风刮来的。

Bar测好，再整成小芯片，这个小芯片，一颗颗的，有叫“晶粒”、有叫“chip”，也有叫“芯片或光芯片”，还有叫“管芯”...

为甚么有个管字，其实国华也没有找到确切出处, 或者可能是激光器也好，探测器也好，本质是个PN结，也就是二极管的“管”。

管它呢继续聊，做成一颗颗芯片就可以去封装成光器件了。

哦，对，咱们还有一个词，叫lot，其实一炉子（MOCVD）不只出一盘wafer，一般几盘放一起做，叫一个批次，材料的配比相同，工艺流程相同。

这同一批次叫一个lot，有些属性是通的，

做为一个自豪的底层劳动人民，劳动人民的自豪也是分层次的，自豪程度也是略有不同。

比如，越精细的越自豪：

有材料生长能力>晶圆能力>bar条测试能力>TO封装能力>OSA组装能力>光模块设计能力

越上游越自豪(甲方掏腰包的角色）：

运营商>设备制造商>模块制造商>光器件制造商>芯片提供商>辅材配料商

资源越稀缺越自豪：

光芯片制造能力>电芯片制造能力>封装能力>芯片使用者

在国华的看法里，一个产业良性共同发展才是大道之理，共同把一个蛋糕做精美，无论做蛋糕的师傅、卖蛋糕的店员、买蛋糕的美女都会开心、掏腰包的大哥略忧伤。

一个良性产业各自做各自专业的事，多赢，成就的是一个大环境大氛围。

君不见相机产业链的翘楚‘柯达’不是败给竞争对手，而是败给另一个产业，手机业的崛起，使得每一个手机都成为了相机。

在同一个产业内，竞争是避免不了的，如果站在对手的角度审视自己、发现问题解决问题也是提升自身的一种途径，有序的竞争与协作是个好事情。

我家大哥在家总想欺负欺负我，树立一种权威，他多歇着我多干活，他管攒钱我管挣钱。家庭话语权这是红果果的竞争啊，可是谁敢揍一下国华，我家大哥能跟他玩儿命，这也是红果果的协作。

国华今天班了个门弄了个斧，见谅见谅。

所谓半导体，是指其导通电流的能力不如金属那样好，但却又不如绝缘体那样差的物质。所谓“电流”实质就是这种自由电子在导线中的移动，由于电子带负电荷，故电子移动方向与电流方向相反，在图下中，电流从阳极流向阴极，电子当然从阴移向阳极，虽然多数国家(如日本、中国等>是这样规定电流方向的，也有些国外书籍，把电子移动方向约定为电流方向的。

半导体的种类有本征半导体，P型半导体，N型半导体，半导体工程学是基础，若不理解半导体工程学，就不能理解二极管，当然也不能完全理解晶体管和场效应管(FET)等半导体器件。(1)本征半导体，硅和锗都是半导体，而纯硅和锗(11个9的纯度)晶体称本征半导体，硅和锗为4价元素，其晶体结构稳定。

(2)P型半导体、P型半导体是在4价的本征半导体中混入了3价原子，极少量〈一千万份之一以下)的铟作成的晶体，由于3价原子进入4价原子中，因此作为晶体管结构就产生缺一个电子的部分，由于缺少电子，所以带正电，P型的“P”，正是取“Positive(正)”一词的第一个字母。

(3)N型半导体、若把5价的原子，砷混入4价的本征半导体中，会变得怎样？与上述相反，将产生多余1个电子状态的结晶，并显出带负电。这就是N型半导体，“N”便是从“Negative(负)”中取的第一个字母。

半导体器件种类、半导体虽然有本征半导体，N型半导体、P型半导体三类，但实际上只使用了P型和N型半导体，由P型半导体或N型半导体单体构成的产品，有热敏电阻器，正温度系数热敏电阻器、压敏电阻器等电阻体，由P型与N型半导体结合而构成的单结半导体元件，最常见的便是二极管，此外，FET也是单结元件，PNP或NPN以及形成双结的半导体元件就是晶体管，除单结、双结器件外，还有PNPN4层厂结构(如晶闸管)甚至也可形成NPNPN的5层结构。

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