半导体变流技术

半导体变流技术与可控硅整流装置

一.概述

半导体变流技术是近代工业发展到半导体时代最典型的技术之一，他不仅在发电机励磁系统方面得到广泛的应用，在冶金、化工、机械制造、交通运输等各方面都得到广泛的应用。可以说，现代生活、生产无处不存在变流技术。

半导体变流技术是现代励磁系统最基本的技术之一。在发电机励磁系统上他不仅取代了传统的直流励磁机，而且在励磁调节方面取代了传统的磁放大器、相复励变压器和整流器，甚至在灭磁方面也部分取代了磁场断路器和灭磁电阻的作用。现代发电机励磁系统中，从电源的变换到发电机励磁能量的提供，无处不存在变流技术的应用。

本课程主要就半导体变流技术的几种典型应用和具体电路进行分析，同时介绍能达公司生产的STR系列整流装置的基本性能和技术指标。另外还利用一定的篇幅根据整流装置在现场的应用介绍一些装置的故障判断和处理方法。希望通过本课程能够对本公司生产人员在变流技术方面提供一定的帮助。

二.变流技术的种类

根据变流技术的应用和具体电路，我们将变流技术分成如下几类：

单相半波整流

单相全波整流 不可控整流 单相桥式整流

单相整流

单相半波可控整流 单相桥式半控整流 可控整流

单相桥式全控整流

簡介

在積體電路製造過程中，常需要在晶圓上定義出極細微尺寸的圖案(Pattern)，這些圖案主要的形成方式，乃是藉由蝕刻(Etching)技術，將微影

(Micro-lithography)後所產生的光阻圖案忠實地轉印至光阻下的材質上，以形成積體電路的複雜架構。因此蝕刻技術在半導體製造過程中佔有極重要的地位。 廣義而言，所謂的蝕刻技術，包含了將材質整面均勻移除及圖案選擇性部份去除的技術。而其中大略可分為濕式蝕刻(Wet Etching)與乾式蝕刻(Dry Etching)兩種技術。

早期半導體製程中所採用的蝕刻方式為濕式蝕刻，即利用特定的化學溶液將待蝕刻薄膜未被光阻覆蓋的部分分解，並轉成可溶於此溶液的化合物後加以排除，而達到蝕刻的目的。濕式蝕刻的進行主要是藉由溶液與待蝕刻材質間的化學反應，因此可藉由調配與選取適當的化學溶液，得到所需的蝕刻速率(Etching Rate)，以及待蝕刻材料與光阻及下層材質良好的蝕刻選擇比(Selectivity)。 然而，隨著積體電路中的元件尺寸越做越小，由於化學反應沒有方向性，因而濕式蝕刻是等向性(Isotropic)的，此時，當蝕刻溶液做縱向蝕刻時，側向的蝕刻將同時發生，進而造成底切(Undercut)現象，

簡介

在積體電路製造過程中，常需要在晶圓上定義出極細微尺寸的圖案(Pattern)，這些圖案主要的形成方式，乃是藉由蝕刻(Etching)技術，將微影

(Micro-lithography)後所產生的光阻圖案忠實地轉印至光阻下的材質上，以形成積體電路的複雜架構。因此蝕刻技術在半導體製造過程中佔有極重要的地位。 廣義而言，所謂的蝕刻技術，包含了將材質整面均勻移除及圖案選擇性部份去除的技術。而其中大略可分為濕式蝕刻(Wet Etching)與乾式蝕刻(Dry Etching)兩種技術。

早期半導體製程中所採用的蝕刻方式為濕式蝕刻，即利用特定的化學溶液將待蝕刻薄膜未被光阻覆蓋的部分分解，並轉成可溶於此溶液的化合物後加以排除，而達到蝕刻的目的。濕式蝕刻的進行主要是藉由溶液與待蝕刻材質間的化學反應，因此可藉由調配與選取適當的化學溶液，得到所需的蝕刻速率(Etching Rate)，以及待蝕刻材料與光阻及下層材質良好的蝕刻選擇比(Selectivity)。 然而，隨著積體電路中的元件尺寸越做越小，由於化學反應沒有方向性，因而濕式蝕刻是等向性(Isotropic)的，此時，當蝕刻溶液做縱向蝕刻時，側向的蝕刻將同時發生，進而造成底切(Undercut)現象，

变流技术试题

1．三相全波可控整流电路的变压器次级中心抽头，将次级电压分为( )两部分。 A、大小相等，相位相反 B、大小相等，相位相同 C、大小不等，相位相反 D、大小不等，相位相同 2．如果( )个整流元件全采用晶闸管，就成了三相桥式全控整流电路。

A、六 B、五 C、四 D、三 3．三相全控桥工作时，必须共阴极组、共阳极组各有一个元件成对导通，以构成通路。每个元件( )

换相一次。 A、导通120°，每隔60° B、导通120°，每隔120° C、导通60°，每隔60° D、导通60°，每隔120° 4．三相桥式电路平均逆变电压Ud＝( )。

A、2.34U2cos? B、?2.34U2cos? C、1.17U2cos? D、?1.17U2cos? 5．若将半波可控整流电路中的晶闸管反接，则该电路将( )。

A、短路

变流技术试题

1．三相全波可控整流电路的变压器次级中心抽头，将次级电压分为( )两部分。 A、大小相等，相位相反 B、大小相等，相位相同 C、大小不等，相位相反 D、大小不等，相位相同 2．如果( )个整流元件全采用晶闸管，就成了三相桥式全控整流电路。

A、六 B、五 C、四 D、三 3．三相全控桥工作时，必须共阴极组、共阳极组各有一个元件成对导通，以构成通路。每个元件( )

换相一次。 A、导通120°，每隔60° B、导通120°，每隔120° C、导通60°，每隔60° D、导通60°，每隔120° 4．三相桥式电路平均逆变电压Ud＝( )。

A、2.34U2cos? B、?2.34U2cos? C、1.17U2cos? D、?1.17U2cos? 5．若将半波可控整流电路中的晶闸管反接，则该电路将( )。

A、短路

变流技术试题

1．三相全波可控整流电路的变压器次级中心抽头，将次级电压分为( )两部分。 A、大小相等，相位相反 B、大小相等，相位相同 C、大小不等，相位相反 D、大小不等，相位相同 2．如果( )个整流元件全采用晶闸管，就成了三相桥式全控整流电路。

A、六 B、五 C、四 D、三 3．三相全控桥工作时，必须共阴极组、共阳极组各有一个元件成对导通，以构成通路。每个元件( )

换相一次。 A、导通120°，每隔60° B、导通120°，每隔120° C、导通60°，每隔60° D、导通60°，每隔120° 4．三相桥式电路平均逆变电压Ud＝( )。

A、2.34U2cos? B、?2.34U2cos? C、1.17U2cos? D、?1.17U2cos? 5．若将半波可控整流电路中的晶闸管反接，则该电路将( )。

A、短路

第一章

2、列出20世纪上半叶对半导体产业发展做出贡献的4种不同产业。P2 答：真空管电子学、无线电通信、机械制表机及固体物理。 3、什么时间、什么地点、由谁发明了固体晶体管？P3

答：1947年12月16日在贝尔电话实验室由威廉·肖克利、约翰·巴丁和沃尔特·布拉顿发明了固体晶体管。

5、列出5个集成时代，指出每个时代的时间段，并给出每个时代每个芯片上的元件数。P4 6、什么是硅片？什么是衬底？什么是芯片？

答：芯片也称为管芯（单数和复数芯片或集成电路），硅圆片通常被称为衬底 8、列出集成电路制造的5个重要步骤，简要描述每个步骤。P4

10、列出提高微芯片制造技术相关的三个重要趋势，简要描述每个趋势。P8 11、什么是芯片的关键尺寸？这种尺寸为何重要？P9

13、什么是摩尔定律？它预测了什么？这个定律正确吗？P10

14、自1947年以来靠什么因素使芯片价格降低？给出这种变化的两个原因。 16、描述硅片技师和设备技师的职责。P16

第三章

11.解释pn结反偏时发生的情况。P45

答：导致通过二极管的电流很小，甚至没有电流。

12.解释pn结正偏时发生的情况。P45

答：将一正偏施加于pn结，电路中n区电子从偏压电源负极被排斥。多余的电子从负

第一章

2、列出20世纪上半叶对半导体产业发展做出贡献的4种不同产业。P2

答：真空管电子学、无线电通信、机械制表机及固体物理。

3、什么时间、什么地点、由谁发明了固体晶体管？P3 答：1947年12月16日在贝尔电话实验室由威廉·肖克利、约翰·巴丁和沃尔特·布拉顿发明了固体晶体管。5、列出5个集成时代，指出每个时代的时间段，并给出每个时代每个芯片上的元件数。P4

6、什么是硅片？什么是衬底？什么是芯片？

答：芯片也称为管芯（单数和复数芯片或集成电路），硅圆片通常被称为衬底

8、列出集成电路制造的5个重要步骤，简要描述每个步骤。P4

10、列出提高微芯片制造技术相关的三个重要趋势，简要描述每个趋势。P8

11、什么是芯片的关键尺寸？这种尺寸为何重要？P9 13、什么是摩尔定律？它预测了什么？这个定律正确吗？P10

14、自1947年以来靠什么因素使芯片价格降低？给出这种变化的两个原因。

16、描述硅片技师和设备技师的职责。P16

第三章

11.解释pn结反偏时发生的情况。P45

答：导致通过二极管的电流很小，甚至没有电流。

12.解释pn结正偏时发生的情况。P45

答：将一正偏施加于pn结，电路中n区电子从偏压电源负极被排斥。多余的电子从负极注入到充满空穴的p区，使n区中

精品资料

可编辑修改 1. 分别简述RVD 和GILD 的原理，它们的优缺点及应用方向。

快速气相掺杂(RVD, Rapid Vapor-phase Doping) 利用快速热处理过程(RTP)将处在掺杂剂气氛中的硅片快速均匀地加热至所需要的温度，同时掺杂剂发生反应产生杂质原子，杂质原子直接从气态转变为被硅表面吸附的固态，然后进行固相扩散，完成掺杂目的。

同普通扩散炉中的掺杂不同，快速气相掺杂在硅片表面上并未形成含有杂质的玻璃层；同离子注入相比(特别是在浅结的应用上)，RVD 技术的潜在优势是：它并不受注入所带来的一些效应的影响；对于选择扩散来说，采用快速气相掺杂工艺仍需要掩膜。另外，快速气相掺杂仍然要在较高的温度下完成。杂质分布是非理想的指数形式，类似固态扩散，其峰值处于表面处。

气体浸没激光掺杂(GILD: Gas Immersion Laser Doping) 用准分子激光器(308nm) 产生高能量密度(0.5—2.0J/cm2)的短脉冲(20-100ns)激光，照射处于气态源中的硅表面；硅表面因吸收能量而变为液体层；同时气态掺杂源由于热解或光解作用产生杂质原子；通过液相扩散，杂质原子进入这个很薄的液体层，溶解在液体层中的杂质扩散速度比在固体

初试科目：半导体物理学

参考书：半导体物理学 顾祖毅 田立林 富力文 电子工业出版社 考试大纲：

第一章 半导体的晶格结构和缺陷 1 半导体的基本特性 2 常见半导体材料

3 主要半导体器件及其可选用的材料 4 常见半导体的结构类型 5 名词解释

化学键 共价键 离子键 分子键 金属键 晶格缺陷 间隙式杂质 代位式杂质 反晶格缺陷 层错 扩散系数 晶粒间界 第二章 半导体中的电子状态

1 在周期性势场中，电子薛定谔方程的解为布洛赫函数，即波函数：

?1(r)?uk(r)eik?r

uk(r)?uk(r?an)

布洛赫函数不是单色平面波。K为波矢，描述电子共有化运动。平面波因子e表明晶体中不再是局域化的，扩展到整个晶体之中，反映了电子的共有化运动。uk(r)反映了周期性势场对电子运动的影响，说明晶体中电子在原胞中不同位置上出现的几率不同。uk(r)的周期性说明晶体中不同原胞的各等价位置上出现的几率相同。

2 电子在周期场中运动的量子力学处理有几种近似的方法？试简述之。

（1）近自由电子近似 （2）紧束缚近似

3 由于共有化运动，晶体中电子可以看成是整个晶体共有的，因此孤立原子的能