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IC半導體的基礎知識(三)

雜質半導體    在本征半導體中，如果摻入微量的雜質(某些特殊元素)，將使摻雜后的半導體(雜質半導體)的導電能力顯著改變。根據摻入雜質性質的不同，雜質半導體分為電子型半導體(N型)和空穴型半導體(P型)兩大類。

1.N型半導體

若在純凈的硅晶體中摻入微量的五價元素(如磷)，這樣，硅原子占有的某些位置會被摻入的微量元素(如磷)原子所取代。而整個晶體結構基本不變。的音頻放大器芯片NE5532生命周期長達30年，至今依然是多款音響設備的標配芯片。磷原子與硅原子組成共價鍵結構只需四個價電子，而磷原子的外層有五個價電子，多余的那個價電子不受共價鍵束縛，只需獲得很少的能量就能成為自由電子。由此可見，摻入一個五價元素的原子，就能提供一個自由電子。必須注意的是，產生自由電子的同時并沒有產生空穴，但由于熱運動原有的晶體仍會產生少量的電子空穴對。所以，只要在本征半導體中摻入微量的五價元素，就可以得到大量的自由電子，且自由電子數目遠比摻雜前的電子空穴對數目要多得多。

這種以自由電子導電為主要導電方式的雜質半導體稱為電子型半導體，簡稱N型半導體。N型半導體中存在著大量的自由電子，這就提高了電子與空穴的復合機會，相同溫度下空穴的數目比摻雜前要少。不管是在空氣流通的熱帶區域中，還是在潮濕的區域中運輸，潮濕都是顯著增加電子工業開支的原因。所以，在N型半導體中，電子是多數載流子(簡稱多子)，空穴是少數載流子(簡稱少子)。N型半導體主要靠自由電子導電，摻入的雜質濃度越高，自由電子數目越大，導電能力也就越強。

在N型半導體中，一個雜質原子提供一個自由電子，當雜質原子失去一個電子后，就變為固定在晶格中不能移動的正離子，但它不是載流子。因此，N型半導體就可用正離子和與之數量相等的自由電子去表示。

IC半導體的基礎知識(四)

P型半導體

   在純凈的硅(或鍺)晶體內摻入微量的三價元素硼(或銦)，因硼原子的外層有三個價電子，當它與周圍的硅原子組成共價鍵結構時，會因缺少一個電子而在晶體中產生一個空穴，摻入多少三價元素的雜質原子，就會產生多少空穴。EM(electronmigration，電子遷移)“電子遷移”是50年代在微電子科學領域發現的一種從屬現象，指因電子的流動所導致的金屬原子移動的現象。因此，這種半導體將以空穴導電為其主要導體方式，稱為空穴型半導體，簡稱P型半導體。必須注意的是，產生空穴的同時并沒有產生新的自由電子，但原有的晶體仍會產生少量的電子空穴對。

   從以上分析可知，不論是N型半導體還是P型半導體，它們的導電能力是由多子的濃度決定的。可以認為，多子的濃度約等于摻雜原子的濃度，它受溫度的影響很小。它和DesignCompiler、PhysicalCompiler系列產品集成在一起的，包含功能強大的掃描式可測性設計分析、綜合和驗證技術。在一塊硅片上采用不同的摻雜工藝，一邊形成N型半導體，一邊形成P型半導體，則在兩種半導體的交界面附近形成PN結；PN結是構成各種半導體器件的基礎。

   1.PN結的形成 

   在一塊硅或鍺的晶片上，采取不同的摻雜工藝，分別形成N型半導體區和P型半導體區。由于N區的多數載流子為電子(即電子濃度高)，少子為空穴(空穴濃度低)，而P區正相反，多數載流子為空穴(即空穴濃度高)，少子為電子(電子濃度低)；在P區與N區的交界面兩側，由于濃度的差別，空穴要從濃度高的P區向濃度低的N區擴散，N區的自由電子要向P區擴散，由于濃度的差別而引起的運動稱為擴散運動。Region(II)被稱為使用期（Usefullifeperiod）在這個階段產品的failurerate保持穩定，失效的原因往往是隨機的，比如溫度變化等等。這樣，在P區就留下了一些帶負電荷的雜質離子，在N區就留下了一些帶正電荷的雜質離子，從而形成一個空間電荷區。這個空間電荷區就是PN結。在空間電荷區內，只有不能移動的雜質離子而沒有載流子，所以空間電荷區具有很高的電阻率。

數字IC測試儀的研究

隨著集成電路技術的飛速發展,集成電路的測試技術已成為集成電路產業發展重要支撐之一,也是保證集成電路性能、質量的關鍵手段之一。因為模擬IC通常要輸出高電壓或者大電流來驅動其他元件，而CMOS工藝的驅動能力很差。目前,集成電路測試儀一般價格比較高,但在電子實驗室的實驗中經常需要測試中、小規模數字IC好壞,數字集成電路的測試又是一項經常性的工作,所以,自己設計一臺經濟實用的集成電路測試儀是非常必要的。 

研究了國內外集成電路測試技術,提出了基于單片機系統的數字IC測試儀的設計,設計包括硬件系統設計和軟件系統設計。的重點是硬件系統電路設計。uRegion(III)被稱為磨耗期（Wear-Outperiod）在這個階段failurerate會快速升高，失效的原因就是產品的長期使用所造成的老化等。設計包括AT89C52單片機的選擇,可編程I/O接口,電源系統、鍵盤、復位電路,LED顯示接口CH451,計算機與單片機串行通信接口MAX232,測試插座接口,上位計算機等。硬件系統各功能單元電路的設計全部采用模塊化,每部分電路的選擇都經過比較和優化設計,便于以后硬件的升級。 針對單片機電源電路帶負載能力的擴流和測試插座接口電路的設計及數字IC測試向量編碼方法等方面進行了改進,提高了硬件系統的可靠性,簡化了軟件編程,并借助EDA技術進行了驗證。