芯片的基本原理

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1、外延生长的基本原理是：在一块加热至适当温度的衬底基片（主要有蓝宝石和、SiC、Si）上，气态物质InGaAlP有控制 的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。目前 LED 外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法MOCVD 介绍：金属有机物化学气相淀积（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，简称 MOCVD）, 1968年由美国洛克威尔公司 提出来的一项制备化合物半导体单品薄膜的新技术。该设备集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化 学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的尖端光电子专用设备，主要用于GaN

2、（氮 化镓）系半导体材料的外延生长和蓝色、绿色或紫外发光二极管芯片的制造，也是光电子行业最有发展前途的专用设备 之一。LED 芯片的制造工艺流程：外延片T清洗T镀透明电极层T透明电极图形光刻T腐蚀T去胶T平台图形光刻T干法刻蚀T去胶T退火-S1O2沉积- 窗口图形光刻-SiO2腐蚀T去胶-N极图形光刻T预清洗T镀膜T剥离T退火TP极图形光刻T镀膜T剥离T研磨T切 割-芯片-成品测试。其实外延片的生产制作过程是非常复杂的，在展完外延片后，下一步就开始对LED外延片做电极（P极，N极），接着 就开始用激光机切割LED外延片（以前切割LED外延片主要用钻石刀），制造成芯片后，在晶圆上的不同位置抽取九

3、 个点做参数测试，如图所示：1、主要对电压、波长、亮度进行测试，能符合正常出货标准参数的晶圆片再继续做下一步的操作，如果这九点测试不 符合相关要求的晶圆片，就放在一边另外处理。2、晶圆切割成芯片后，100%的目检（VI/VC），操作者要使用放大30倍数的显微镜下进行目则。3、接着使用全自动分类机根据不同的电压，波长，亮度的预测参数对芯片进行全自动化挑选、测试和分类。4、最后对LED芯片进行检查（VC）和贴标签。芯片区域要在蓝膜的中心，蓝膜上最多有5000粒芯片，但必须保证 每张蓝膜上芯片的数量不得少于 1000粒，芯片类型、批号、数量和光电测量统计数据记录在标签上，附在蜡光纸的背面。 蓝膜上的

4、芯片将做最后的目检测试与第一次目检标准相同，确保芯片排列整齐和质量合格。这样就制成LED芯片（目前 市场上统称方片）。在 LED 芯片制作过程中，把一些有缺陷的或者电极有磨损的芯片，分捡出来，这些就是后面的散晶，此时在蓝膜上有一 些不符合正常出货要求的晶片，也就自然成了边片或毛片等。刚才谈到在晶圆上的不同位置抽取九个点做参数测试，对于不符合相关要求的晶圆片作另外处理，这些晶圆片是不能直 接用来做LED方片，也就不做任何分检了，直接卖给客户了，也就是目前市场上的LED大圆片(但是大圆片里也有好 东西，如方片)。芯片大小和电极位置对GaN基LED特性的影响摘 要:用同种GaN基LED外延片材料制作

5、了不同尺寸和电极位置的芯片，测试比较了它们的IV特性和PI特 性。结果表明：GaN基LED芯片在2 0 mA以下的IV特性和PI特性与尺寸大小关系不大，但与电极的位置 有关，P焊线电极远离n电极的芯片2 0mA下的光输出功率高，正向压降也高。关键词:GaN基LED； IV特性；P I特性；GaN基半导体材料近年来被广泛用于制造短波长的光电器件，如发光二极管(LEDs )和激光二极管(LDs)。 目前有关GaN材料生长报道和文献较多，有关芯片制造方面有少量报道还仅局限在GaN的刻蚀和欧姆接触，具体到 工程设计方面的技术报道很少。本文研究讨论了芯片版图设计对GaN基LED性能的影响，可为针对不同性

6、能要求选 择芯片版图提供参考。1实验我们使用的材料为用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长的蓝色GaN基LED外延片，外延片为多量子阱结构。芯片 制造中，n欧姆接触电极采用Ti/Al/Ti/Au结构，p欧姆接触电极用氧化Ni/Au透明电极，焊线电极为 Ti/Au用一致性很好的外延片一划为四，分别制作成如图1(a)所示的4 0 0 ymx 5 0 0卩m的镶嵌结构版图、如 图1(b)所示的3 5 0 ymx 3 5 0 ym的镶嵌结构版图和如图2所示的两种3 5 0 mx 3 5 0 m对角版图。芯片特性 测试样品取圆片中心、划开后四分之一片位于直角顶点处的芯片，测试仪器是台湾长裕公司生产的T 6

7、2 0型测试仪。2 结果与讨论我们对四种版图的芯片分别测试了 IV特性和PI特性，图3是各种版图芯片的IV特性曲线，图4是各种版图 芯片的PI特性曲线。从图3所示的IV特性可以看出，在20 mA以下，两种尺寸镶嵌结构版图芯片和P焊线电极在扩展电极中部的对角 电极芯片的IV特性基本一样，p焊线电极远离n电极对角电极芯片在相同电流下正向压降Vf比其他几种芯片要高。 虽然图1(a)版图扩展电极的面积大，对减小p型欧姆接触电阻有利，但增加了电流运输的距离，可能使体电阻增加, 两种效果冲抵使得芯片的IV特性与尺寸小一些的图1(b)版图芯片相似。图2(a )采用对角电极，所测IV 特性表明，在p焊线电极与

8、n电极的距离差不多时，芯片IV特性与镶嵌结构电极芯片相当。图2(b)p焊线电极 远离n电极对角电极芯片相对Vf较高，这说明p焊线电极下面的电流密度比与n电极等距离的扩展电极下的电流密度 大，增加p焊线电极与n电极的距离，使芯片等效体电阻变大，Vf升高。图4所示的各种版图芯片的PI特性表明，在2 0 mA以下，各种GaN基LED芯片的PI特性均为线形，两种 尺寸镶嵌结构版图芯片和图2(a)对角电极芯片在30 mA以内的PI特性基本一样，当电流变大，尺寸大的芯片 光功率要大于尺寸小的芯片。图2(b)p焊线电极远离n电极对角电极芯片时，在正常工作电流(3 0mA)下光 功率较高，但大电流下功率饱和较

9、快GaN基LED在2 0mA以下PI特性为线形关系，光功率与电流密度无关, 仅取决于有效电流，虽然芯片面积不一样，但通的电流一样，发光效率一样，光功率差不多，大尺寸的芯片由于相同电 流下电流密度小，在大电流下工作有一定的优势。图2(b)版图对角电极芯片正常工作电流下光功率较高，说明离n 电极近的扩展电极区域下面的电流密度较大，把p焊线电极移到远离n电极区，增加了可透光部分电流，减小了p焊线 电极下会吸光区的电流。在大电流条件下，一方面电流密度大易饱和，另一方面由于等效体电阻大，大电流相对发热快 发光功率更容易饱和。3结论 文章研究表明，GaN基LED芯片在2 0 mA以下的IV特性和PI特性与

10、尺寸大小关系不大，但与电极的位置 有关，P焊线电极远离n电极的芯片2 0 mA下的光输出功率高，正向压降也高。在大电流下，p焊线电极远离n电极 的芯片很容易饱和，芯片尺寸大的芯片大电流性能要好一些。镶嵌结构电极和对角结构电极芯片的特性测试相互比较没 有发现明显差异。为什么要用单晶硅做芯片衬底硅是集成电路产业的基础，半导体材料中 98是硅，半导体硅工业产品包括多晶硅、单晶硅（直拉和区熔）、外延片和 非晶硅等，其中，直拉硅单晶广泛应用于集成电路和中小功率器件。区域熔单晶目前主要用于大功率半导体器件，比如 整流二极管，硅可控整流器，大功率晶体管等。单晶硅和多晶硅应用最广。中彰国际（SINOSI）是一

11、家致力于尖端科技、开拓创新的公司。中彰国际（SINOSI）能够规模生产和大批量供应单晶硅、 多晶硅及4-6直拉抛光片、3-6直拉磨片和区熔NTD磨片并且可以按照国内、外客户的要求提供非标产品。单晶硅单晶硅主要有直拉和区熔区熔（NTD）单晶硅可生产直径范围为：1.5-4。直拉单晶硅可生产直径范围为：2-8。各项参数可按客户要求生产。多晶硅区熔用多晶硅：可生产直径40mm70mm。直径公差（Tolerance）SlO%，施主水平300Q.cm，受主水平3000Q.cm, 碳含量V2xl016at/cm 3。各项参数可按客户要求生产。切磨片切磨片可生产直径范围为：1.5-6。厚度公差、总厚度公差、翘

12、曲度、电阻率等参数符合并优于国家现行标准，并 可按客户要求生产。抛光片抛光片可生产直径范围为：2-6，厚度公差、总厚度公差、翘曲度、平整度、电阻率等参数符合并优于国家现行标 准，并可按客户要求生产。高纯的单晶硅棒是单晶硅太阳电池的原料，硅纯度要求 99.999。单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池， 它的构和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级 的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒。单晶硅是转化太阳能、电能的主要材料。在日常生活里，单晶硅可以说

13、无处不在，电视、电脑、冰箱、电话、汽车等等， 处处离不开单晶硅材料；在高科技领域，航天飞机、宇宙飞船、人造卫星的制造，单晶硅同样是必不可少的原材料。在科学技术飞速发展的今天，利用单晶硅所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命 的开始。现在，国外的太阳能光伏电站已经到了理论成熟阶段，正在向实际应用阶段过渡，太阳能单晶硅的利用将普及 到全世界范围，市场需求量不言而喻。直拉硅单晶广泛应用于集成电路和中小功率器件。区域熔单晶目前主要用于大功率半导体器件，比如整流二极管，硅可 控整流器，大功率晶体管等。区熔（NTD）单晶硅可生产直径范围为：1.5-4。直拉单晶硅可生产直径范围

14、为：2-8。硅单晶被称为现代信息社会的基石。硅单晶按照制备工艺的不同可分为直拉（CZ）单晶硅和区熔（FZ）单晶硅，直拉单 晶硅被广泛应用于微电子领域，微电子技术的飞速发展，使人类社会进入了信息化时代，被称为硅片引起的第一次革命。 区熔单晶硅是利用悬浮区熔技术制备的单晶硅。它的用途主要包括以下几个方面。1、制作电力电子器件 电力电子技术是实现电力管理，提高电功效率的关键技术。飞速发展的电力电子被称为“硅片引起的第二次革命”，大多 数电力电子器件是用区熔单晶硅制作的。电力电子器件包括普通晶闸管（SCR）、电力晶体管GTR、GTO以及第三代新型 电力电子器件功率场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双

15、极晶体管（IGBT）以及功率集成电路（PIC ）等，广泛应用于高压 直流输电、静止无功补偿、电力机车牵引、交直流电力传动、电解、励磁、电加热、高性能交直流电源等电力系统和电 气工程中。制作电力电子器件，是区熔单晶硅的传统市场，也是本项目产品的市场基础。2、制作高效率太阳能光伏电池 太阳能目前已经成为最受关注的绿色能源产业。美国、欧洲、日本都制定了大力促进本国太阳能产业发展的政策，我国 也于 2005 年 3 月份通过了可再生能源法。这些措施极大地促进了太阳能电池产业的发展。据统计，从 19982004 年，国际太阳能光伏电池的市场一直保持高速增长的态势，年平均增长速度达到 30%，预计到 20

16、10 年，仍将保持至少 2 5%的增长速度。晶体硅是目前应用最成熟，最广泛的太阳能电池材料，占光伏产业的85%以上。美国 SunPower 公司最近开发出利用区熔 硅制作太阳能电池技术，其产业化规模光电转换效率达到 20%，为目前产业化最高水平，其综合性价比超过直拉单晶硅 太阳能电池（光电转换效率为 15%）和多晶硅太阳能电池（光电转换效率为 12%）。这项新技术将会极大地扩展区熔硅 单晶的市场空间。据估计，到 2010 年，其总的市场规模到将达到电力电子需求规模，这是本项目新的市场机会。3、制作射频器件和微电子机械系统（ MEMS）区熔单晶还可以用来制作部分分立器件。另外采用高阻区熔硅制造微波单片集成电路（MMIC ）以及微电子机械系统（