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IGBT模塊

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在孤立原子中的電子分別處在具有一定能量的電子軌道上。而在晶體中，原先在不同孤立原子中但具有相同能級(jí)的許多電子形成晶體時(shí)，由于量子效應(yīng)，即 Pauli 原理的限制不能有兩個(gè)電子處于相同的狀態(tài)，它們的能量必定彼此錯(cuò)開，各自處在一個(gè)能量略有差異的一組子能級(jí)上，形成能帶。根據(jù)電子的能量分布，在某些能量范圍內(nèi)是不許有電子存在的稱之為禁帶，即能帶之間的間隙。由價(jià)電子填充的能帶，稱之為價(jià)帶或滿帶。價(jià)帶以上的能帶基本上是空的，其中最低的允許電子存在的能帶稱為導(dǎo)帶。根據(jù)價(jià)帶與導(dǎo)帶的分布情況，可以獲得金屬、半導(dǎo)體和絕緣體。在一般情況下，半導(dǎo)體的導(dǎo)帶底有少量電子，價(jià)帶頂有少量空穴，半導(dǎo)體的導(dǎo)電就是依靠導(dǎo)帶底的少量電子或價(jià)帶頂?shù)纳倭靠昭ā?/span>
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當(dāng)價(jià)帶中存在一定的空穴和導(dǎo)帶中存在一定量的電子時(shí)，半導(dǎo)體材料才能導(dǎo)電。即，半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電行為取決于價(jià)帶中的空穴和導(dǎo)帶中的電子。
價(jià)帶的電子可以通過熱激發(fā)或光照等激發(fā)到導(dǎo)帶中去。由光照激發(fā)價(jià)帶的電子到導(dǎo)帶而形成電子 — 空穴對(duì)的這個(gè)過程稱為本征光吸收。
在非豎直躍遷過程中，光子主要提供躍遷所需要的能量，而聲子則主要提供所需要的動(dòng)量。與豎直躍遷相比，非豎直躍遷是一個(gè)二級(jí)過程，發(fā)生的幾率要小得多，我們把導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂處于k空間不同點(diǎn)的半導(dǎo)體稱為間接帶隙半導(dǎo)體。（在晶體材料中，聲子的波長(zhǎng)一般介于光子與電子波長(zhǎng)之間）。
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1.元素半導(dǎo)體
有鍺、硅、硒、硼、碲、銻等。50 年代，鍺在半導(dǎo) 體中占主導(dǎo)地位，但鍺半導(dǎo)體器件的耐高溫和抗輻射性能較差，到 60 年代后期逐漸被硅材料取代。用硅制造的半導(dǎo)體器件，耐高溫和抗輻射性能較好，特別適宜制作大功率器件。因此，硅已成為應(yīng)用最多的一種增導(dǎo)體材料，目前的集成電路大多數(shù)是用硅材料制造的。
2.化合物半導(dǎo)體
由兩種或兩種以上的元素化合而成的半導(dǎo)體材料。它的種類很多，重要的有砷化鎵、磷化錮、銻化錮、碳化硅、硫化鎘及鎵砷硅等。其中砷化鎵是制造微波器件和集成電的重要材料。碳化硅由于其抗輻射能力強(qiáng)、耐高溫和化學(xué)穩(wěn)定性好，在航天技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
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不同的半導(dǎo)體器件對(duì)半導(dǎo)體材料有不同的形態(tài)要求，包括單晶的切片、磨片、拋光片、薄膜等。半導(dǎo)體材料的不同形態(tài)要求對(duì)應(yīng)不同的加工工藝。常用的半導(dǎo) 體材料制備工藝有提純、單晶的制備和薄膜外延生長(zhǎng)。
所有的半導(dǎo)體材料都需要對(duì)原料進(jìn)行提純，要求的純度在 6 個(gè)“9”以上，最高達(dá) 11 個(gè)“9”以上。提純的方法分兩大類，一類是不改變材料的化學(xué)組成進(jìn)行提純，稱為物理提純；另一類是把元素先變成化合物進(jìn)行提純，再將提純后的化合物還原成元素，稱為化學(xué)提純。物理提純的方法有真空蒸發(fā)、區(qū)域精制、拉晶提純等，使用最多的是區(qū)域精制?；瘜W(xué)提純的主要方法有電解、絡(luò)合、萃取、精餾等，使用最多的是精餾。由于每一種方法都有一定的局限性，因此常使用幾種提純方法相結(jié)合的工藝流程以獲得合格的材料。
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絕大多數(shù)半導(dǎo)體器件是在單晶片或以單晶片為襯底的外延片上作出的。成批量的半導(dǎo)體單晶都是用熔體生長(zhǎng)法制成的。直拉法應(yīng)用最廣，80％的硅單晶、大部分鍺單晶和銻化銦單晶是用此法生產(chǎn)的，其中硅單晶的最大直徑已達(dá) 300 毫米。在熔體中通入磁場(chǎng)的直拉法稱為磁控拉晶法，用此法已生產(chǎn)出高均勻性硅單晶。在坩堝熔體表面加入液體覆蓋劑稱液封直拉法，用此法拉制砷化鎵、磷化鎵、磷化銦等分解壓較大的單晶。懸浮區(qū)熔法的熔體不與容器接觸，用此法生長(zhǎng)高純硅單晶。水平區(qū)熔法用以生產(chǎn)鍺單晶。水平定向結(jié)晶法主要用于制備砷化鎵單晶，而垂直定向結(jié)晶法用于制備碲化鎘、砷化鎵。用各種方法生產(chǎn)的體單晶再經(jīng)過晶體定向、滾磨、作參考面、切片、磨片、倒角、拋光、腐蝕、清洗、檢測(cè)、封裝等全部或部分工序以提供相應(yīng)的晶片。