半导体材料ppt课件.ppt

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1、半导体材料SemiconductorMaterials7/30/2021概述锗、硅产业的发展导致了电子工业革命GaAs激光器的发明及光纤技术的发展使人类进入了信息时代半导体器件的新的设计：半导体超晶格、量子阱材料，将进一步改变人类的生活方式半导体材料分类元素半导体：十几种处于ⅢA族-ⅤA族之间的元素，如Ge、Si、Se、Te化合物半导体二元化合物半导体ⅢA-ⅤA，9种，如GaAs、InP、AlSbⅡB-ⅥA，12种，如CdS、CdTe、CdSeⅣA-ⅣA，如SiCⅣA-ⅥA，如GeS，GeSe，SnTe等9种ⅤA-ⅥA，AsSe3，AsS3，AsTe3半导体

2、材料分类化合物半导体多元化合物半导体ⅠB-ⅢA-(ⅥA)2,如AgGeTe2ⅠB-ⅤA-(ⅥA)2,如AgAsSe2(ⅠB)2-ⅡB-ⅣA-(ⅥA)4,如Cu2CdSnTe4固溶体半导体：二元，三元非晶态半导体：元素非晶、非晶化合物有机半导体：分子晶体、分子络合物、聚合物半导体元素硅和锗半导体材料硅和锗的性质物理和化学性质晶体结构、能带结构杂质的影响硅和锗单晶体的制备直拉法原理示意图及其过程区域熔炼：水平区熔法、悬浮区熔法硅和锗的应用灰色金属光泽。本征电阻率锗：～50Ω·cm硅：～2.3×105Ω·cm硬而跪，硅在切割时易碎裂。硅和锗的物理性质硅和锗的化学性质

3、硅和锗在常温下化学性质是稳定的，但升高温度时，很容易同氧、氯等多种物质发生化学反应，在自然界没有游离状态的硅和锗存在。锗不溶于盐酸或稀硫酸，但能溶于热的浓硫酸、浓硝酸、王水及HF-HNO3混合酸中。硅不镕于盐酸、硫酸、硝酸及王水，易被服HF-HNO3混合酸所溶解，因而半导体工业中常用此混合酸作为硅的腐蚀液。硅比锗易与碱起反应。Si、Ge的晶体结构Si:a=5.65754ǺGe:a=5.43089ǺGe、Si的能带结构[100][111]ΓLXSiL[100][111]ΓXEg=0.66eVGeEg=1.12eV直拉法示意图单晶拉制过程示意图区域熔炼区域熔炼是在

4、一个被熔炼的锭料上产生一个或几个熔区，然后从一端开始移动熔区至另一端(必要则沿相反方向移动熔区)，按需要多次重复此过程，达到提纯和控制杂质的目的，并可获得单品。简称这一过程叫区熔。在区熔过程中，锭料水平放置，称为水平区熔，锭料竖直放置且不用容器，称为悬浮区熔悬浮区熔示意图硅和锗的应用硅：制造大规模集成电路最关键的材料、大容量整流器、晶体二极管、晶体三极管、红外聚焦透镜锗：晶体管、制造红外光学仪器，用于热成像仪，用作光纤的掺杂剂，提高光纤纤芯的折射率，减少色散和传输损耗化合物半导体及合金半导体材料化合物半导体材料砷化镓(GaAs)晶体结构、能带结构砷化镓单晶的制

5、备方法：水平区熔法和液封直拉法砷化镓膜的制备方法：外延技术制备，气相外延、液相外延和气束外延用途：发光二极管、隧道二极管、场效应晶体管磷化铟(InP)、磷化镓(GaP)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)合金半导体材料锗硅合金GexSi1-x碲镉汞(Hg1-xCdxTe)化合物半导体材料定义化合物半导体材料是指由两种或两种以上元素以确定的原子配比形成的化合物并具有确定的禁带宽度和能带结构等半导体性质的化合物GaAs的晶体结构-闪锌矿结构GaAs的能带结构EGaAsEg0·29eVLΓX[111][100]水平区熔法示意图锗硅合金成分、晶体结构、晶格常数种类：无

6、定形、结晶形和超晶格制备方法：结晶形：直拉法、水平法、热分解法和热压法超晶格：分子束外延、金属有机化学气相沉积特点：能带结构、禁带宽度可以通过改变组分进行调节，制造工艺与Si工艺兼容，兼有GaAs优点用途：微电子技术、太阳能电池直接带隙半导体和间接带隙半导体间接带隙半导体:导带底和价带顶不在k空间同一点的半导体，如Si,Ge直接带隙半导体：导带的极小值点和价带的极大值点位于k空间的同一点，这种半导体称为直接带隙半导体，如GaAs半导体微结构材料半导体微结构材料的种类半导体异质结：由两种不同半导体材料结合在一起，界面处就构成了异质结超晶格：由两种或两种以上不同材

7、料的薄层周期性地交替生长构成量子阱：两个同样的异质结背对背接起来半导体微结构材料的研究使半导体器件设计由“掺杂工程”走向“能带工程”典型的半导体微结构材料典型的半导体微结构材料GexSi1-x/Si异质结GexSi1-x/Si异质结的优点：缩小器件尺寸、提高器件工作速度和在同一衬底上集成电子器件和光电子器件，利用成熟的硅集成电路工艺技术GexSi1-x/Si异质结的制备：在Si衬底上生长GexSi1-x合金膜GexSi1-x/Si异质结的用途：制备调制掺杂效应晶体管（MODEFT）、异质结双极晶体管（HBT）和红外探测器典型的半导体微结构材料GaAs/AlGa

8、As量子阱、超晶格材料制备：用分子束外