ch2-2半导体材料1

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1、半导体材料西南大学材料科学与工程学院1要点半导体材料概述、半导体材料的发展、电学性能与应用、半导体材料的发展趋势半导体西南大学材料科学与工程学院2半导体：电阻率介于金属和绝缘体之间并有负的电阻温度系数的物质。半导体室温时电阻率约在10-3～109欧·厘米之间，温度升高时电阻率指数则减小。半导体历史西南大学材料科学与工程学院3半导体的发现实际上可以追溯到很久以前：1833年，英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属。一般情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但巴拉迪发现硫化银材料的电阻

2、是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。不久，1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压，这就是后来人们熟知的光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特征。半导体历史西南大学材料科学与工程学院4半导体的发现实际上可以追溯到很久以前：在1874年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性。在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导电，这就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第三种特性。同年，舒斯特又发

3、现了铜与氧化铜的整流效应。1873年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特有的性质。半导体的这四个效应，虽在1880年以前就先后被发现了，但半导体这个名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。而总结出半导体的这四个特性一直到1947年12月才由贝尔实验室完成。半导体材料西南大学材料科学与工程学院5半导体材料很多，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。锗和硅是最常用的元素半导体；化合物半导体包括Ⅲ-Ⅴ族化合物（砷化镓、磷化镓等）、Ⅱ-Ⅵ族化合物(硫化镉

4、、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物)，以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。半导体材料分类西南大学材料科学与工程学院6重要半导体晶体结构西南大学材料科学与工程学院7半导体材料的制造西南大学材料科学与工程学院8为了满足量产上的需求，半导体的电性必须是可预测并且稳定的，因此包括掺杂物的纯度以及半导体晶格结构的品质都必须严格要求。常见的品质问题包括晶格的位错（dislocation）、孪晶面（twins），或是

5、堆垛层错（stackingfault）都会影响半导体材料的特性。对于一个半导体元件而言，材料晶格的缺陷通常是影响元件性能的主因。半导体材料的制造西南大学材料科学与工程学院9目前用来成长高纯度单晶半导体材料最常见的方法称为丘克拉斯基法（Czochralskimethod）。这种制程将一个单晶的晶种（seed）放入熔化的同材质液体中，再以旋转的方式缓缓向上拉起。在晶种被拉起时，溶质将会沿着固体和液体的接口固化，而旋转则可让溶质的温度均匀。多晶硅生产设备丘克拉斯基法西南大学材料科学与工程学院102010全球十

6、大半导体公司排名西南大学材料科学与工程学院112009年排名2010年排名公司2009收入2010收入2009-2010增长率2010市场份额11英特尔332534143024.6%13.8%22三星电子176862825659.8%9.4%33东芝96041237628.9%4.1%44德州电器91421235635.2%4.1%115瑞萨电子454210368128.3%3.5%76Hynix半导体60351035071.5%3.4%57意法半导体85101029020.9%3.4%138美光科技4

7、1708884113.0%3.0%69高通6409716711.8%2.4%1010英飞凌4682668042.7%2.2%其他12433815215622.4%50.7%总计22837130031331.5%100.0%全球半导体发展现状西南大学材料科学与工程学院12十亿美元中国半导体市场发展趋势西南大学材料科学与工程学院132008-2014年中国半导体市场规模增长情况能带结构西南大学材料科学与工程学院14导体、绝缘体、半导体西南大学材料科学与工程学院15材料的导电性能不同，是因为它们的能带结构不同

8、。导体半导体绝缘体EgEg元素半导体材料的特性西南大学材料科学与工程学院16半导体的导电机制西南大学材料科学与工程学院17满带空带hEg半导体的载流子：电子和空穴电子和空穴总是成对出现的在电场作用下，电子和空穴均可导电，它们称作本征载流子。它们的导电形成半导体的本征导电性。半导体的导电机制西南大学材料科学与工程学院18空带满带空穴下面能级上的电子可以跃迁到空穴上来，这相当于空穴向下跃迁。满带上带正电的空穴向下跃迁也是形成电流，这称为