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半导体器件(英语:semiconductor device)是利用半导体材料的特殊电特性来完成特定功能的电子器件。半导体的导电性介于良导电体绝缘体之间,这些半导体材料通常是砷化镓,并经过各式特定的渗杂,产生P型或N型半导体,作成整流器、振荡器、发光器、放大器、测光器等组件或设备。

常见的半导体组件有二极管晶体管等。

晶体管

双极性晶体管

由发射极、基极、集电极三个电极组成,由通过基极的电流大小可以控制通过发射极和集电极的电流大小,双极性晶体管能够放大信号,并且具有较好的功率控制、高速工作以及耐久能力。

计算机仿真展现的纳米线MOSFET中反型沟道的形成(电子密度的变化)。随着电压增加,导电沟道形成,电流增加,场效应管开通

场效应晶体管

由源极、栅极、漏极三电极组成,由施加在栅极上的电压可以控制导电沟道的开通关闭,可用于信号放大,且由于漏电流比双极性晶体管小,是现代数字集成电路的基础。hm

可靠性

半导体器件对杂质和灰尘很敏感。所以在繁复的生产工艺中,精确控制杂质和灰尘的等级是非常必要的。最终产品的质量很大程度上依靠生产中的各个相对独立而又相互影响的生产阶段,例如金属化(metallization)、芯片材料(chip material)、封装等。

由于技术飞速进步,新材料和新工艺不断被用于新研发的器件中,设计时间表根据非循环工程常数(non-recurring engineering)限定,再加上市场对设计时间不断提出苛刻要求,所以可靠性设计基本不可能按照已有的产品进行。

为达到一定的经济指标,半导体产品总1大批量生产的;并且修理半导体产成品也是不实际的。所以半导体产品在设计阶段加入可靠性的概念和在生产阶段减少变量就成为十分必要的要求。半导体器件可靠性取决于装配,使用,环境状况。影响因素包括气体灰尘、沾污、电压电流密度温度湿度应力,往复振动,剧烈震荡、压强电磁场的强度。

设计方面影响半导体器件可靠性的因素包括:电压衰退、功率衰退、电流衰退、稳定性、逻辑时间变差(logic simulation)、时效分析(timing analysis)、温度衰退和工艺控制。

提高方法

半导体器件可靠性依靠以下方法保证其处于高水准:

  1. 无尘室内生产,以控制杂质。
  2. 严格的工艺控制,减少变量。
  3. 老化(短时间,极端条件下运转)并测试以减少不合格品漏过。
  4. 半导体芯片测试,指在封装前,用连接测试设备的探针,在显微设备下接触芯片并进行测试,去除不合格品。
  5. 用整套参数测试封装后的半导体器件,确保产品能正常运作。

注释

  1. ^ 原文版“semiconductor device”,中文版“半导体器件”、“半导体组件”在施敏教授著作中均有出现,依上、下文意不同而出现;又称为“半导体器件”。

引用

  1. ^ 施敏《半导体组件物理学》(Physics of Semiconductor Devices)

来源

书籍

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