Основные физические и технические понятия, термины и определения метрологии и материаловедения полупроводников

Понятие или

Термин

Определение, нормативные признаки

Примечания

1

2

3

1. Общие термины и определения

1. Полупроводник

Вещество с электронным механизмом электропроводности, занимающее по значению величины удельной электропроводности  промежуточное положение между металлами и "хорошими" диэлектриками, основной особенностью которых является сильная зависимость электропроводности от внешних факторов; в отличие от металлов электропроводность полупроводников с увеличением температуры возрастает по экспоненциальному закону

 металлов равна 10⁴-10⁶ Ом^-1см^-1

 "хороших диэлектриков" равна

10^-12-10^-11

Ом^-1см^-1

2. Кристалл

Твёрдое тело, имеющее периодическую трёхмерную атомную структуру и при равновесных условиях образования принимающее естественную форму правильных симметричных многогранников

3. Монокристалл

Кристалл, имеющий во всем объёме единую кристаллическую решётку

4. Поликристалл

Монолитный кристалл, полученный металлургическим или химическим способом, состоящий из отдельных кристаллических зёрен разной величины, разориентированных относительно друг друга на угол более 2 градусов

5. Пластина

Часть кристалла, ограниченная двумя параллельными плоскостями, толщина которой значительно меньше других геометрических размеров

6. Структура

Пластинка с нанесенными и (или) встроенными полупроводниковыми, металлическими и (или) диэлектрическими плёнками и слоями

7. Чип

Единый целостный (базовый, матричный) полупроводниковый элемент с заданными физическими свойствами, имеющий определённую геометрическую форму и размеры, который определяет основные показатели качества и условия функционирования полупроводникового прибора или микросхемы

Геометрия чипа может быть совершенно различной (шайба, диск, диск фаской, прямоугольный лист, таблетка и т.д.). Общим параметром для чипов различных форм и размеров является толщина, так как чипы представляют собой плоскопараллельные (планарные) структуры

2. Электрофизические параметры монокристаллов, пластин и структур

8. Удельное электрическое сопротивление

Величина, равная отношению модуля вектора напряжённости электрического поля к модулю вектора плотности тока, скалярная для изотропного вещества и тензорная для анизотропного вещества. Величина, равная полному электрическому сопротивлению образца единичной длины и единичной площади поперечного сечения в направлении, перпендикулярному току

УЭС, [Омсм]

- напряжённость электрического поля

- плотность тока

9.Тип электропроводности

Качественная характеристика полупроводникового материала, определяемая типом основных носителей заряда

10. Носитель заряда

Общее название подвижных частиц или квазичастиц, обеспечивающих протекание электрического тока через вещество

11. Основные носители

заряда

Носители заряда, концентрация которых в данном полупроводнике преобладает

о.н.з.

12. Неосновные

носители

заряда

Носители заряда, концентрация которых в данном полупроводнике меньше, чем концентрация основных

н.н.з.

13. Равновесные

носители заряда

Носители заряда, возникновение которых обусловлено тепловыми колебаниями кристаллической решётки в условиях термодинамического равновесия

14. Неравновесные носители заряда

Носители заряда, не находящиеся в термодинамическом равновесии по концентрации и (или) по энергетическому равновесию

н.н.з.

15. Собственная концентрация носителей заряда

Концентрация равновесных носителей заряда в собственном полупроводнике

16. Объёмное время жизни неравновесных носителей заряда

Средний промежуток времени между генерацией и рекомбинацией неравновесных носителей в объёме полупроводника

17. Поверхностное время жизни н.н.з.

Отношение избыточного количества неравновесных носителей заряда в объёме полупроводника к плотности их потока на поверхности

18. Эффективное время жизни н.н.з.

Величина, характеризующая скорость убывания концентрации н.н.з. вследствие их рекомбинации как в объёме, так и на поверхности полупроводника

Для пластины

где

S- скорость поверхностной рекомбинации

d- толщина пластины

19. Диффузионная длина неосновнызх носителей заряда

Расстояние, на котором в однородном полупроводнике при одномерной диффузии в отсутствие электрического и магнитного полей избыточная концентрация неосновных носителей заряда уменьшается вследствие рекомбинаци в "е"-раз, где "е" – основани

где D_n и D_p – коэффициенты диффузии электронов и дырок, соответственно

20. Подвижность носителей заряда

Характеристика электрических свойств вещества, равная скорости упоряддооченного движения носителей заряда, возникающего под действием электрического поля, к величине напряжённости этого поля

21. Степень компенсации

Отношение концентрации неосновных носителей заряда, созданных возбуждённой примесью, к концентрации собственных носителей заряда

если N_d<N_a

если N_d>N_a

3. Кристаллографические особенности, структурные и поверхностные дефекты монокристаллов и пластин

22. Направление выращивания монокристалла

Преимущественное направление оси роста монокристалла, выраженное в кристаллографических индексах

[ ]

23. Ориентация пластины, структуры, среза

Плоскость, которая с заданной точностью совпадает с поверхностью пластины, структуры, среза и выражается в кристаллографических индексах

( )

24. Отклонение плоскости от среза плоскости ориентации

Угол между нормалью к плоскости среза и нормалью к заданной кристаллографической плоскости

25. Граница кристаллического зерна

Переходная область, отделяющая кристаллическое зерно от соседних зёрен

26. Малоугловая граница

Скопление дислокаций, образующих поверхность, которая разделяет области монокристалла с разориентацией не более 1 градуса

27. Двойниковая граница

Поверхность, каждая точка которой представляет собой переход между двумя закономерно разориентированными областями кристалла, чья атомная структура геометрически связана с какой-либо операцией симметрии

Операция двойникования является операцией симметрии

28. Двойниковая ламель

Область, ограниченная двумя двойниковыми границами, шириной от долей миллиметра до нескольких миллиметров

29. Дендрит

Кристаллическое образование из незавершённых кристаллических многогранников или сростков, образующееся при ускоренной кристаллизации ввиду неравномерного поступления вещества к фронту кристаллизации или ярко выраженной анизотропии скорости роста

30. Включение второй фазы

Локальная область монокристалла, имеющая границу раздела с кристаллической матрицей и отличающаяся от неё структурой и составом, с линейным размером более 10 мкм

31. Макроскопическая раковина

Заполненная или незаполненная газом замкнутая полость в объёме полупроводника, в которую вписывается шар диаметром не менее 3 мм, так чтобы он не выступал за пределы этого шара

32. Дефект упаковки

Двумернный дефект, образованный при от нормальной последовательности упаковки атомов в атоме в кристалле

33. Дислокация

Линейный структурный дефект, ограничивающий зону сдвига или область дефекта упаковки внутри монокристалла

34. Полоса скольжения

Протяжённое скопление дислокаций, которые реализуют сдвиг в кристалле в одном направлении и лежат в одной или близко расположенных плоскостях

35. Микродефект

Локальная область монокристалла, отличающаяся свойствами от монокристаллической матрицы и имеющая размеры 10^-2-10² мкм

36. Свирл-дефект

Спиральные или концентрические линии, видимые невооружённым глазом после селективного травления, состоящие из большого числа микродефектов

37. Трещина

Протяжённый дефект в приповерхностной области или в объёме материала, обусловленные необратимым разрывом межатомных связей, не приводящим к существенному одной части кристалла относительно другой

38. Птичья лапка

Трещины на полупроводниковой пластине или структуре, пересекающие в виде птичьей лапки на поверхности (111) или в виде креста на поверхности (100)

39. Скол

Объёмный дефект, образующийся при удалении из целостного кристалла некоторой его части в результате механического воздействия

40. Зазубринка

Повреждение на периферии пластины или структуры простирающейся от лицевой поверхности к обратной

41. Отметка от пилы режущего инструмента

Неровность поверхности в виде выступов и впадин с дугой, радиус которой соответствует форме полотна пилы для резки

42. Недополировка

Остаточные следы режущего алмазного инструмента, частично заполированные

43. Микрошероховатось

Среднеквадратическое значение незначительных отклонений поверхности вверх и вниз относительно среднего положения

44. Царапина

Протяжённое углубление по поверхности, являющееся результатом механического воздействия и видимое при любых углах падения света; неглубокая канавка или надрез ниже плоскости поверхности с отношением длины к ширине более 5:1

45. Макроцарапина

Царапина, глубиной 12 мкм и более, видимая невооружённым глазом при освещении лампой накаливания или при люминесцентном освещении

46. Микроцарапина

Царапина, глубиной менее 12 мкм, невидимая невооружённым глазом при искусственном освещении

47. Канавка

Неглубокое повреждение на пластине, имеющее закруглённые края и представляющее собой, как правило, неустранённую механически полировкой царапину

48. Ямка

Локальное углубление с резко выраженным переходом поверхности в глубину материала

49. Вмятина

Дефект в виде локального плавного углубления на гладкой поверхности пластины, имеющий пологие стенки и наблюдаемый при определённых условиях освещения, диаметром более 3 мм

50. Шип

Высокий тонкий дендрит или кристаллит в центре углубления

51. Выступ

Дефект в виде волнистости или ряби на поверхности пластины, наблюдаемый визуально, простирающийся от лицевой поверхности к обратной

52. Матовость

Особый вид дефектности поверхности, обусловленный микроскопическими неоднородностями, рассеивающими сет

53. Внедрённые абразивные зёрна

Частицы абразивного материала, вдавленные механическим усилием в поверхность материала

54. Загрязнение

Наличие посторонних веществ видимых невооружённым глазом на поверхности, которые удаляются продувкой газом, химическим путём или при помощи моющих средств

55. Грязь

Поверхностное загрязнение, которое не удаляется промывкой в растворе

56. Пыль

Дискретные частицы на поверхности, которые можно удалить промывкой в растворителе

57. Остатки воска, остатки растворителя, загрязнения от пинцета

Поверхностные загрязнения связанные с особенностями технологического процесса

58. Отметка от пинцета (вакуумного держателя)

Повреждение на поверхности пластины или структуры, образованное неконтролируемым механическим воздействием при контакте пластины с пинцетом или вакуумным держателем

4. Параметры состава

59. Примесь

Инородный элемент, атомы которого встроены в кристаллическую решётку материала (матрицу)

N_d и N_a – раздельные концентрации примесей,

N_d-N_a – разностная концентрация,

N_d+N_a – суммарная концентрация

- относительная концентрация (степень компенсации)

60. Легирование

Процесс введения примеси с целью регулируемого изменения физических свойств материала

61. Электрически активная примесь

Примесь, заметно изменяющая электрические свойства полупроводника

62. Электрически пассивная

Примесь, не изменяющая заметным образом электрические свойства полупроводника

63. Контролируемая примесь

Примесь, содержание которой в полупроводниковом материале регламентировано нормативно-технической документацией

64. Фоновая примесь

Примесь, содержание которой определяется уровнем технологии и чистотой входящих компонентов

65. Уровень легирования

Концентрация электрически активной примеси, введённой в полупроводник в результате его легирования

66. Геттерирование

Явление сорбции примесей и других дефектов структуры дефектами кристаллической решётки и (или) поверхностью полупроводника

5. Геометрические параметры монокристаллов, пластин и структур

67. Торец кристалла

Поверхность, образовавшаяся после резки кристалла плоскостью, приблизительно перпендикулярной к его оси роста

68. Калиброванная поверхность кристалла

Боковая поверхность кристалла, образовавшаяся после механической шлифовки и (или) полировки во время его вращения вокруг оси

69. Диаметр пластины, кристалла, структуры

Поперечный размер на торцевой поверхности кристалла или круговой поверхности пластины или структуры, проходящий через их центр и не проходящий через другие геометрические элементы боковой поверхности кристалла, пластины, структуры

70. Срез

Граница по хорде, образовавшаяся в результате устранения каким-либо механическим способом сегментовидной области кристалла, пластины, структуры

71. Базовый срез

Кристаллографически ориентированный срез, предназначенный для ориентирования пластин, структур при литографии

72. Дополнительный срез

Срез, расположенный под определённым углом к базовому срезу, и предназначенный для маркировки пластин, структур

Дополнительный срез предназначен

73. Лицевая поверхность пластины (структуры)

Внешняя поверхность пластины (структуры), предназначенная для формирования на ней приборных элементов

74. Обратная поверхность пластины (структуры)

Внешняя поверхность пластины (структуры), противоположная лицевой

75. Толщина пластины (структуры)

Расстояние между лицевой и обратной поверхностью по перпендикуляру к касательной в точке измерения

76. Неоднородность толщины пластины (структуры)

Наибольшая разность в значениях толщины из нескольких измерений одно из которых выполнено в центре, а остальные по периферии на двух взаимно перпендикулярных диаметрах

77. Общая неоднородность толщины

Разность между максимальным и минимальным значениями толщины, измеренными при непрерывном сканировании лицевой поверхности пластины в случае, когда обратная поверхность пластины зафиксирована к поверхности стола вакуумом или клеем

78. Параллельность пластины (структуры)

Максимальное и минимальное отклонение толщины пластины (структуры) от её фактического значения

79. Отклонение от фокальной плоскости

Максимальное отклонение лицевой поверхности от фокальной или эталонной плоскости при выравненной обратной поверхности, совпадающей с эталонной плоскостью

80. Прогиб пластины (структуры)

Максимальное отклонение центральной точки поверхности незакреплённой пластины вверх или вниз относительно эталонной поверхности

81. Коробление пластины (структуры)

Половина расстояния между наиболее высокой точкой лицевой и наиболее низкой точкой обратной поверхности пластины (структуры)

82. Фаска

Специально подготовленная обработанная граница между торцевой и боковой поверхностями кристалла, пластины, структуры, которой придан определённый профиль