《绪论半导体材料》PPT课件

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1、半导体材料微电子学院吴振宇E-mail:wuzhenyu@xidian.edu.cn教学计划绪论（1）第一章硅和锗的物理化学性质（1）第二章区熔提纯（2）第三章晶体生长（2）第四章硅的气相外延生长（2）第五章同质外延生长（3）第六章异质外延生长（3）第七章半导体材料分析技术(1)考核期末考试60%+平时成绩40%开卷平时成绩:四次作业考试:10题简答题第一章绪论半导体材料及其分类半导体材料的发展和现状半导体材料的应用半导体材料及其分类半导体材料：是指电阻率在107cm～10－3cm，介于金属和绝缘体之间的材料。具有以下性质：一般半导体材料的电阻率随温度的升高而迅速增大；杂质对半导

2、体性质有着决定性的作用；光照可以引起半导体电学性质的变化。半导体材料是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要基础材料；支撑通信、计算机、信息家电与网络技术等电子信息产业的发展；半导体材料科学是半导体科学发展的物质基础。半导体材料及其分类按照不同角度进行半导体材料的分类。按照化学组分：元素半导体、化合物半导体、固溶体半导体元素半导体有锗、硅、硒、硼、碲、锑等。50年代，锗在半导体中占主导地位，但锗半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差，到60年代后期逐渐被硅材料取代。目前的集成电路大多数是用硅材料制造的。化合物半导体由两种或两种以上的元素化合而成的半导体材料。它的种类很多，可能

3、有4,000多种，目前已研制出1,000多种。重要的有砷化镓、磷化铟、锑化铟、碳化硅、硫化镉等。其中砷化镓是制造微波器件和集成电的重要材料。碳化硅由于其抗辐射能力强、耐高温和化学稳定性好，在航天技术领域有着广泛的应用。Ⅲ-Ⅴ:GaAsⅣ-Ⅳ:SiCⅡ-Ⅵ:PbSⅤ-Ⅵ:AsSe3固溶体是由二个或多个晶格结构类似的元素、化合物溶合而成。如Ge-Si固溶体、Hg1-xCdxTe固溶体等。半导体材料及其分类晶态：结晶形和无定形半导体无定形半导体材料(主要有硫系玻璃和四面体键非晶态半导体)具有本征半导体的性质，一般不能通过掺杂改变导电类型或大幅改变电导率，具有良好的开关和记忆特性和很强的抗辐射能力，主

4、要用来制造阈值开关、记忆开关和固体显示器件。组成：一元、二元、三元、多元－GaAl1-xAsx,GaAs1-xPx有机半导体：已知有几十种，包括萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等，目前尚未得到应用。应用方式：体材料和薄膜材料半导体材料的发展和现状硅(Si)元素，瑞典化学家，贝采尼乌斯，1823年发现。锗(Ge)元素，德国化学家，Winker，1886年首次从硫银矿中发现。1947年用偏析法提纯的锗晶锭，研制出第一只晶体管.1950年蒂尔（G.Teal）用乔赫拉斯基（直拉法）首先拉制出锗单晶。1952年蒲凡（W.Pfann）发明了区熔提炼法，使锗能提纯到本征纯度.1952年H.Welke

5、r发现Ⅲ-Ⅴ化合物半导体。1968年，S.R.奥弗申斯基，用硫系非晶态半导体薄膜成功制作开关器件;1975年，W.E.斯皮尔等，非晶硅中实现掺杂效应;安德森和莫脱，建立非晶态半导体的电子理论(1977年诺贝尔物理学奖)。1972年生长出超晶格材料（1972年，Esaki,Tsu等，MBE法制作GaAs／AlGaAs超晶格）。注：半导体超晶格结构一般由两种具有不同禁带宽度和电子亲和力的半导体材料周期性交替生长而构成。超晶格结构的量子阱中存在量子化的能级,产生量子阱中子带间的红外光跃迁以及量子限制Stark效应和低阈值量子阱激光等现象，因此超晶格材料制作成的半导体器件在光学性质方面具有独特之处。

6、半导体材料的发展和现状（Shockley、Bardeen和Brattain)1956年诺贝尔物理学奖）第一只晶体管半导体材料的发展和现状(1959,RobertNoyce,Fairchild）(1958,JackKilby,TI)(2000年诺贝尔物理学奖）第一块集成电路半导体材料的发展和现状在半导体产业的发展中，一般分为三代：第一代：Si、Ge第二代：GaAs、InP、GaP、InAs、AlAs及其合金等第三代：宽禁带的GaN、SiC、ZnSe和金刚石等半导体硅材料：单晶硅和多晶硅多晶硅：主要生产方法：改良西门子法世界年产量：18，000～25，000t我国年需求量：2005年约:1

7、,000t(ICs);1,400t(SolarCells)我国年产量：2005年不足300t(峨嵋半导体材料厂、洛阳单晶硅厂)单晶硅：主要生产方法：直拉法(CZ)、区熔法(FZ)世界年产量：2002年10，000t(主要为8～12英寸)我国年产量：2002年约460t(约占全球3％，大部分为3～6英寸，主要生产企业有北京有研硅股、浙大海纳等)半导体材料的发展和现状GaAs：主要生产方法：液封直