一般情况下,ND<NC或NA <NV;费米能级处于禁带之中。当ND≥NC或NA≥NV时,EF将与EC或EV重合,或进入导带或价带,此时的半导体称为简并半导体。也即,简并半导体是指:费米能级位于导带之中或与导带重合;费米能级位于价带之中或与价带重合。
选取EF = EC为简并化条件,得到简并时最小施主杂质浓度:
选取EF = Ev为简并化条件,得到简并时最小受主杂质浓度:
半导体发生简并时:
(1)ND ≥ NC;NA ≥ NV;
(2)ΔED越小,简并所需杂质浓度越小。
(3)简并时施主或受主没有充分电离。
(4)发生杂质带导电,杂质电离能减小,禁带宽度变窄。
扩展资料
半导体芯片的制造过程可以分为沙子原料(石英)、硅锭、晶圆、光刻,蚀刻、离子注入、金属沉积、金属层、互连、晶圆测试与切割、核心封装、等级测试、包装等诸多步骤,而且每一步里边又包含更多细致的过程。
1、沙子:硅是地壳内第二丰富的元素,而脱氧后的沙子(尤其是石英)最多包含25%的硅元素,以二氧化硅(SiO2)的形式存在,这也是半导体制造产业的基础。
2、硅熔炼:12英寸/300毫米晶圆级,下同。通过多步净化得到可用于半导体制造质量的硅,学名电子级硅(EGS),平均每一百万个硅原子中最多只有一个杂质原子。此图展示了是如何通过硅净化熔炼得到大晶体的,最后得到的就是硅锭。
3、单晶硅锭:整体基本呈圆柱形,重约100千克,硅纯度99.9999%。
4、硅锭切割:横向切割成圆形的单个硅片,也就是我们常说的晶圆(Wafer)。
5、晶圆:切割出的晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕,表面甚至可以当镜子。
6、光刻胶(Photo Resist):图中蓝色部分就是在晶圆旋转过程中浇上去的光刻胶液体,类似制作传统胶片的那种。晶圆旋转可以让光刻胶铺的非常薄、非常平。
7、光刻:光刻胶层随后透过掩模(Mask)被曝光在紫外线(UV)之下,变得可溶,期间发生的化学反应类似按下机械相机快门那一刻胶片的变化。掩模上印着预先设计好的电路图案,紫外线透过它照在光刻胶层上,就会形成微处理器的每一层电路图案。
8、溶解光刻胶:光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉,清除后留下的图案和掩模上的一致。
9、蚀刻:使用化学物质溶解掉暴露出来的晶圆部分,而剩下的光刻胶保护着不应该蚀刻的部分。
10、清除光刻胶:蚀刻完成后,光刻胶的使命宣告完成,全部清除后就可以看到设计好的电路图案。
再次光刻胶:再次浇上光刻胶(蓝色部分),然后光刻,并洗掉曝光的部分,剩下的光刻胶还是用来保护不会离子注入的那部分材料。
11、离子注入(Ion Implantation):在真空系统中,用经过加速的、要掺杂的原子的离子照射(注入)固体材料,从而在被注入的区域形成特殊的注入层,并改变这些区域的硅的导电性。经过电场加速后,注入的离子流的速度可以超过30万千米每小时。
12、清除光刻胶:离子注入完成后,光刻胶也被清除,而注入区域(绿色部分)也已掺杂,注入了不同的原子。注意这时候的绿色和之前已经有所不同。
13、晶体管就绪:至此,晶体管已经基本完成。在绝缘材(品红色)上蚀刻出三个孔洞,并填充铜,以便和其它晶体管互连。
14、电镀:在晶圆上电镀一层硫酸铜,将铜离子沉淀到晶体管上。铜离子会从正极(阳极)走向负极(阴极)。
15、铜层:电镀完成后,铜离子沉积在晶圆表面,形成一个薄薄的铜层。
16、抛光:将多余的铜抛光掉,也就是磨光晶圆表面。
17、金属层:晶体管级别,六个晶体管的组合,大约500纳米。在不同晶体管之间形成复合互连金属层,具体布局取决于相应处理器所需要的不同功能性。芯片表面看起来异常平滑,但事实上可能包含20多层复杂的电路,放大之后可以看到极其复杂的电路网络,形如未来派的多层高速公路系统。
18、晶圆测试:内核级别,大约10毫米/0.5英寸。图中是晶圆的局部,正在接受第一次功能性测试,使用参考电路图案和每一块芯片进行对比。
19、晶圆切片(Slicing):晶圆级别,300毫米/12英寸。将晶圆切割成块,每一块就是芯片的内核(Die)。
20、丢弃瑕疵内核:晶圆级别。测试过程中发现的有瑕疵的内核被抛弃,留下完好的准备进入下一步
21、封装
参考资料来源:百度百科-半导体
参考资料来源:百度百科-简并半导体
IonTorrent基因分析仪组件:IonTorrent与Illumina原理的主要区别:
Illumina:荧光信号
Ion Torrent:电信号
IonTorrent 核心理念:
核心理念:芯片就是测序仪
特点:扩展性、简捷、快速
半导体测序技术:
IonTorrent生物化学原理:
IonTorrent如何快速、直接检测:
Ion系列测序平台适用的chips及数据产出情况汇总:
PGM Chip:
314 Chip:1.2M Wells
316 Chip:6.1M Wells
318 Chip:11M Wells
Ion torrent测序过程:
Follow 和Cycle的含义:
一个“Follow”:将一个特定的dNTP(T, A, C, or G)打入芯片,随后进行洗脱;
一个“Cycle”:是由4个dNTP组成,例如:A-T-C-G= 1 Cycle。
测序时“Follow”的顺序是怎样的?
“Flow”的顺序是以下dNTP顺序的重复(参数可调):
“TACG-TACG-TCTG-AGCA-TCGA-TCGA-TGTA-CAGC”
IonTorrent 测序记录“Ionograms”:
An “ionogram”代表信号的输出
必须“从上到下”和“从左向右”读
柱的高度代表在一个“Flow”中有几个核酸结合上去
“Negative ” 或 “zero” flows 代表没有核酸结合上去
IonTorrent实验流程汇总:
IonTorrent特点:
1.扩展性 :灵活高效的Ion Torrent
2.简捷:简单而又真实的生物化学原理
3.快速:最快速的 *** 作流程
IonTorrent应用与产品化:
提供快速鉴别与筛查食源性致病菌的整套工具
微生物全基因组测序— de novo 测序和重测序;
宏基因组测序(16S/18S…)—一项有效的工具;
RNA病毒测序:
1.纯化的RNA病毒分型
–病毒RNA抽提
–长PCR扩增子
–短PCR扩增子(利用AmpliSeq技术)
–TargetSeq捕获
2.未知的RNA病毒 denovo分析
–病毒RNA抽提
–反向富集,去除rRNA专有引物设计,去除宿主rRNA
Ion Total RNA-SeqKit (48 reactions)
•构建全外显子或Small RNA文库;
•维持原始单链并减少偏向性和错误;
•低起始量建库:总RNA 200ng或5ngmiRNA。
目标区域:
1.扩增子测序
基于PCR目标序列的深度测序,用于检测变异}扩增子的长度是可变的,
Ion Xpress™ 文库制备试剂盒与现有的Sanger测序法的引物完全兼容
利用barcoding试剂盒(条码试剂盒),可以实现多种样品的扩增子同时测序
检测生殖细胞和体细胞的突变
2.捕获目标序列 (目标序列>100kb)
通过杂交法或大量并行的PCR,实现目标序列的富集
•TargetSeq™定制富集试剂盒,可根据客户应用需求实现特定序列的富集
•可与其他富集方法兼容
Ion DNA 条码接头(Barcode Adaptor )1-96试剂盒
1.Ion半导体测序技术采用优化的barcodes可以 一次进行多达96种文库的同时测序。
2.支持多种文库的目标序列或全基因组的再测序,可以降低成本,节省样品。
3. 最少的接头序列和强大的校正功能确保样品种类的确认
4. 兼容自动化 *** 作
微生物测序
准确,快速的细菌和病毒的从头测序和重测序
线粒体测序
多重线粒体测序用于科研,临床和法医等应用
扩增子测序
•多重扩增子测序用于快速的检测生殖细胞和体细胞的突变
•与毛细管电泳测序的引物完全兼容
•利用测序进行基因分型
•细菌和病毒的分型质粒测序
大片段目标序列(>100kb)的在测序
快速,简单的 *** 作流程适用于所有的大片段目标序列的富集方法
验证全基因组和显子组的突变
正交技术验证SOLiD®System/Illumina的全基因组和外显子组的测序结果
文库评估
在进行高通量的测序之前,对构建的文库进行快速的复杂性验证或QC质控
RNA测序
快速,简单的RNA测序解决方案(最初主要针对于小RNA&低复杂度的转录组)
IonTorrent数据处理:
Ion Torrent下机数据格式(SFF、BAM、Fastq)
默认下机文件类型为:BAM;
通过插件FastqCreator可下机直接生成:Fastq;
原始下机数据路径:
Fastq格式文件:/results/analysis/output/Home/(ReportName)/plugin_out/FileExporter_out.*
BAM格式文件:/results/analysis/output/Home/(ReportName)
IonTorrent测序质控:
Positive-controlKit,上机制备模板时加入;
可自行设置,占据上样量;
IonTorrent上机情况反馈
机器运行及分析的日志文件压缩包(Support文件)。
不同的掺杂元素的原子质量各不相同,质量较小的原子扩散较快,可以用于在较大范围内比较均匀的低浓度掺杂,电阻率达不到较低水平;质量较大的原子扩散较慢,但因此易于控制扩散边界和浓度,因此可用于制造小范围内高浓度掺杂。到底选择什么材料来做掺杂,有几个方面的考虑:
(1)原子的重量(AtomMass)。掺杂一般是有两种工艺:扩散(diffusion)和离子注入(ionimplantation)。所谓扩散,就是把掺杂原子直接跟单晶硅表面接触,再加上热能的辅助,杂质原子会扩散到硅晶体里面。但是,不同的原子,扩散系数(diffusioncoefficient)是不同的。笼统而言:原子质量越高的,扩散系数会更低,也难扩散到比较深远的位置。而离子注入所能到达的深度,更是跟原子质量息息相关。原子质量越大,越需要高能加速,才能注入到更深的区域。但副作用就是,原子质量越大,加速的能量越高,会对单晶硅造成更严重的晶格损伤(Latticedamage)。如果单晶硅被打成筛子,就成了多晶硅了(armophous),其光学特性和电学特性都会改变。所以,在离子注入之后,一般需要高温煺火(thermalannealing)。高温煺火作用有二:(i)修复晶格损伤,(ii)激活(thermalactivation)掺杂原子的自由电子(或空穴)。这个煺火温度肯定要低于硅的熔点,否则硅片都成液态了。但即便如此,如果latticedamage过于严重,煺火不见得能完全修复。
(2)激活能量(ActivationEnergy)。掺杂的原子进入单晶硅取代硅原子的位置,还需要煺火处理,来激活自由电子(空穴),从而改变半导体材料的导电性。不同的掺杂原子,其电子(空穴),从禁带(bandgap)里面的能级跃迁到导带(conductionband,对应电子)或者价带(valenceband,对应空穴),所需要提供的能量差是不一样的。具体的数值,我记得在半导体物理类的参考书里面有一个表格可以查到。这个能量差越大,需要煺火的温度越高。而集成电路制造,一定是有thermalbudget的,即,不能用太高的温度(+太长的煺火时间),否则会影响之前其他工艺流程所达到的参数。
所以,选择什么元素做掺杂,一定是个综合考量的过程。比如,希望在小区域内形成高浓度掺杂,用离子注入,低能量,重掺杂原子,效果会好。而希望在大的区域内形成比较均匀的低浓度掺杂,用扩散,轻一些的掺杂原子,更能达到目的。
欢迎分享,转载请注明来源:内存溢出
评论列表(0条)