光电子及红外技术

2．1分别说明热辐射光源和气体放电光源的发光机理、区别。热辐射光源：由于内部原子、分子的热运动而产生辐射的光源，辐射光谱是连续光谱。绝对黑体的温度决定了它的辐射光谱分布气体放电光源：气体放电，即气体在电场作用下激励出电子和离子，成为导电体。离子向阴极、电子向阳极运动，从电场中得到能量，它们与气体原子或分子碰撞时会激励出新的电子和离子，也会使气体原子受激，内层电子跃迁到高能级。受激电子返回到基态时，就辐射处光子。3．1二氧化硅在集成电路中的用途？（1）作为MOS器件的绝缘栅材料（2）掺杂阻挡层（作为杂质扩散的掩蔽膜）（3）作为集成电路中电容元件的介质（4）作为集成电路的隔离介质和绝缘材料（5）作为多层金属互连层之间的介质材料（6）表面钝化，作为对器件和电路进行钝化的钝化层材料3.2什么是硅的热氧化？热氧化的方法都有哪些？各自的优缺点？硅片在高温下，与氧化剂发生反应而生长一层SiO2膜的方法热氧化分为：干氧氧化、湿氧氧化、水蒸气氧化、掺氯氧化、氢氧合成（1）干氧氧化：氧化速率慢，SiO2膜结构致密、均匀性和重复性好、钝化效果好、干燥(与光刻胶粘附性好)，掩蔽能力强。(2)湿氧氧化：氧化速率快，SiO2膜结构较疏松，表面易有缺陷，与光刻胶粘附性不良。(3)氢氧合成氧化：氧化机理与湿氧氧化类似，SiO2膜质量取决于H2，O2纯度；氧化速率取决于H2和O2的比例。（4）掺氯氧化：减少钠离子沾污，提高SiO2／Si界面质量；氧化速率略有提高。3.3影响氧化速率的因素都有哪些？温度（T越高，反应速度越快），氧化剂的有效性，硅层表面势或表面能量。3.4简述光刻的工艺过程。表面处理、涂胶、前烘、对位曝光、显影、后烘、显影检查、刻蚀。3.5晶体的基本特征1.晶体的晶格结构。固体中原子在结合形成固体时，排列形式不同，分成：单晶、多晶、非晶。2.晶体的周期性。构成晶体的最小周期重复单元为原胞．可取一个以结点为顶点，边长等于该方向的周期的平行六面体为重复单元。3.晶体的对称性4.晶体的方向性。晶体的方向通常用晶向和晶面来表征．晶体的物理化学性质随晶格的方向不同而有差异3.6固体中化学键分成几种。性质离子键共价键金属键范德华力结构无方向性、得到高配位数的结构有空间分布方向性和配位数的限制，得到低配位、低密度的结构无方向性、得到很高的配位数和高密度的结构形式上类似于金属键3.6晶体中存在几种缺陷点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷4.1固体发光有哪三个基本过程？光吸收、自发辐射、受激辐射4.2LED的发光机理（要求：能画出同质结注入发光的能带图；说明载流子注入以及发光的机理）原理：靠正向偏置的pn结的少数载流子注入作用，使电子和空穴分别注入到p区和n区。当非平衡少数载流子与多数载流子复合时，以辐射光子的形式将多余的能量转变成光能。力学强、得到硬晶体强、得到硬晶体可变强度、常发生滑移弱、得到软晶体热学熔点相当高，膨胀系数小，熔融态是离子熔点高，膨胀系数小，熔融态是分子熔点可以变化，液态区间长熔点低，膨胀系数大电学中等的绝缘体，在熔融态由离子导电固态和熔融态都是绝缘体导电，由电子流动导电绝缘体光学和磁学吸收，其他性质主要是个别离子的性质，与溶液中性质相似高折射指数，光的吸收与在溶液中或气态时的吸收很不相同不透明，和液态的性质相似各种性质来源于独立的分子，与液态或气态的性质相似PN结加正向电压时导通：形成pn结的正向电流，结势垒下降，耗尽层内的电场减小，电子从n区注入p区，空穴从p区注入到n区，耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。在扩散过程中，导带的电子可以跃迁到价带与空穴复合，产生自发辐射光。发光过程总包括正向偏置下的载流子注入、复合辐射和光能传输三个过程。4.3发光二极管发光效率的定义，怎样才能提高LED的发光效率（提高LED效率有哪些途径，你认为哪些方法较好，为什么？）辐射效率：内量子效率、外量子效率内量子效率：产生辐射的复合电子-空穴对数占复合电子-空穴对数的之比的函数。与pn结内部的掺杂浓度有关外量子效率：实际发射出的光子数占产生的总光子数的比例。提高LED效率的途径：a.选择适当的掺杂浓度b.选择适当的结深c.改进LED的结构为了提高外量子效率，可采取下列措施：用球面发射表面结构；用折射率较大的介质做成圆顶光窗，以增大半导体内的全发射临界角；在p-n结背面设置合适的反射面，可以利用正面发出的光，也可以使后面的光得到有效的利用；选择适当的p-n结半导体材料，使发射光谱与视觉曲线有最大的重叠。1激光特性：方向性、单色性、相干性、高亮度2光刻三要素：光刻胶、掩膜版、光刻机光刻胶组成：聚合物、溶剂、感光剂、增感剂曝光后溶解性的变化优缺点正胶不溶——可溶图形与掩模版相同分辨率高，对比度高，线条边缘清晰，抗湿法腐蚀能力差，成本高负胶可溶——不溶图形与掩模版相反和硅片有良好的粘附性和抗蚀性，针孔少，感光度高，成本低，但显影后会变形和膨胀，分辨率较低沉积方式优点缺点APCVD反应器结构简单沉积速率快低温沉积阶梯覆盖能差粒子污染LPCVD高纯度阶梯覆盖能力极佳产量高适合于大规模生产高温沉积低沉积速率光刻方法：接触式、接近式、投影式。3化学气相沉积是将气态物质通过化学反应在衬底上沉积材料的过程。Cvd技术的优点：沉积温度低、薄膜成分和厚度易于控制均匀性和重复性好、适用范围广、设备简单等、几乎可以淀积集成电路工艺中所需要的各种薄膜“物理气相沉积”通常有下面三个工艺步骤：1.所生长的材料（靶材）以物理的方式由固体转化为气体2.生长材料的蒸汽经过一个低压区域到达衬底3.蒸汽在衬底表面上凝结，形成薄膜PECVD低温制程高沉积速率阶梯覆盖性好化学污染粒子污染