《获取材料II》PPT课件

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1、第五章　信息获取材料信息功能材料5.4元素半导体光电材料理想的晶体在绝对零度时存在一个空的导带，由一个禁带把导带与填满的价带隔开，随着温度上升，由于热激发而产生n-p对，引起导电势，这种性质叫做本征半导电性，电子和空穴具有相同的浓度：一、Si和Ge的结构特征和电学性质1.本征性质典型的禁带宽度：Si1.12eVGe0.665eV四方面的特点：理想的晶体是不存在的，由于实际半导体中化学杂质和结构缺陷或多或少为存在，影响平衡时电子和空穴的相对浓度。但是：施主和受主相等浓度导致类似本征材料的状况。杂质能级如果靠近相应能带边缘，则为浅位杂质，反之为深位杂质。前者是

2、III族和V族的全部元素，后者有过渡金属等。2.非本征性质热振动、杂质和结构缺陷是晶体周期的不完整性的三个方面。缺陷的重要性主要在于它们对迁移率、复合和俘获现象的影响，主要有点缺陷、线缺陷和面缺陷。点缺陷是集中在晶体中单点的结构缺陷，包括空位和填隙等；线缺陷是沿着一条件集中的不完整性，也叫做位错，如：应力作用下产生的某些平面滑移等；人们对面缺陷的研究知之甚少，相对来说也不太重要。3.晶格的结构缺陷在实际应用中，电子和空穴的浓度往往是偏离平衡浓度的，即所谓的非平衡现象是普遍存在的。如果：那么，可以定义t为少数载流子寿命。再由Einstein关系可以得到扩散率

3、和扩散长度：在最初的半导体晶体中，截流载流子寿命仅受复合过程限制，因为当时注重于减少俘获效应；但是在半导体辐射探测器的研究中，往往是由测量出的电荷收集效率来推导电荷载流子的寿命的。4.半导体辐射探测器的有效载流子浓度Eg(Si)=1.12eVEg(Ge)=0.67eV，两者的本征型探测器远不如PbS探测器，所以要引入杂质。1.非本征Si材料的特性引入杂质在Si禁带中建立起相应的局部能态，外界红外辐射会引起杂质能级的光激励，光电导响应与这些能级到导带或满带的电子或空穴跃迁有关。2.非本征Si探测器的特点硅的介电系数低，具有合适能级的杂质的溶解性高，所以能够制

4、成红外吸收系数较大的非本征型硅探测器。3.非本征硅探测器的应用：热成像技术，红外探测器。二、非本征硅红外探测器材料5.5III-V族化合物半导体光电材料GaAs的禁带宽度比Si稍微高一点，有利于制作在较高温度下的器件；其迁移率较高，约是Si中电子的5倍。GaAs为闪锌矿结构，密度为5.307g/cm-3，主要为共价键形式。能带结构为直接跃迁型，有较高的发光效率。其禁带中浅杂质电离能小。一、GaAs体系光电薄膜的量子阱、超晶格结构1.GaAs材料的特性GaAs单晶的制备主要有：GaAs的合成，As蒸气压的控制。图为水平舟生长法。（1）半导体超晶格、量子阱的概

5、念能够对电子的运动产生某种约束并使其能量量子化的势场称为量子阱。半导体的超晶格结构与多量子阱结构相似。2.半导体超晶格、量子阱材料（2）半导体超晶格、量子阱的能带结构特点量子阱和超晶格能带结构，特别是能带在异质结处的形状，对其量子效应起着决定性的作用，而能带结构又取决组成材料的物理化学性能以及界面附近的晶体结构。2.半导体超晶格、量子阱材料（3）半导体超晶格、量子阱的分类按组成材料的晶格匹配程度可分为：晶格匹配量子阱与超晶格和应变量子阱与超晶格。按组成材料的成分来分：固定组分量子阱与超晶格、组分比渐变超晶格与量子阱和调制掺杂的量子阱与超晶格。一维、二维、三

6、维量子阱与超晶格。（4）半导体超晶格、量子阱的一般应用超高速、超高频微电子器件和单片集成电路；高电子迁移率晶格管（HEMT），异质结双极晶体管（HBT），量子阱激光器、光双稳态器件（SEED）。2.半导体超晶格、量子阱材料（1）I类红外超晶格材料利用量子遂穿效应，形成垂直于层面的电流－－超晶格材料。AlGaAs/GaAs3.超晶格量子阱红外探测器材料（1）I类红外超晶格材料量子红外探测器（QWIP）是利用较宽带材料制作的，并且采用了量子阱结构。3.超晶格量子阱红外探测器材料（1）II类应变红外超晶格材料由于InAsSb和InSb之间的晶格常数相关较大，因些

7、属于应变超晶格结构。3.超晶格量子阱红外探测器材料InAsSb/InSb（2）II类应变红外超晶格材料:用MBE或MOCVD工艺在衬底上生长缓冲层。这种材料应用如下特点：键强度好，结构稳定；均匀性好；波长易控制；有效质量大；隧道电流小；3.超晶格量子阱红外探测器材料（3）III类红外超晶格材料以Hg为基础的超晶格材料。交替生长HgTe和CdTe薄层。特点如下：3.超晶格量子阱红外探测器材料禁带宽度和响应截止波长由HgTe层厚度控制；有效质量比较大；p型HgTe-CdTe超晶格有极高的迁移率。InSb是一种直接跃迁型窄带宽化合物半导体，具有电子迁移率高和电子

8、有效质量小的特点。它适于制备光伏型、光导型和光磁电型三种工作方式的