化合物半导体材料与器件基础.ppt

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1、DaiXian-ying化合物半导体器件CompoundSemiconductorDevices微电子学院戴显英2013.8DaiXian-ying第二章化合物半导体材料与器件基础半导体材料的分类化合物半导体材料的基本特性DaiXian-ying2.1半导体材料的分类2.1半导体的分类绝缘体（1018-1010Ωcm），半导体（108-10-3Ωcm），金属（10-4-10-8Ωcm）绝缘体（禁带宽度Eg大），半导体（禁带宽度Eg小），金属（导带与价带重叠）DaiXian-ying2.1半导体材料的分类2.1半导体的分类2.1.1半导体的特征室温下的电

2、导率在103-10-8S/cm（或电阻率10-3～108Ωcm）电导率呈正温度特性（金属呈负温度特性）两种载流子参与导电（金属只有一种）DaiXian-ying2.1半导体材料的分类2.1半导体的分类2.1.2半导体的特性温度升高使半导体导电能力增强，电阻率下降如室温附近的纯硅(Si)，温度每增加8℃，电阻率相应地降低50%左右微量杂质含量可以显著改变半导体的导电能力以纯硅中每100万个硅原子掺进一个Ⅴ族杂质（比如磷）为例，这时硅的纯度仍高达99.9999%，但电阻率在室温下却由大约214,000Ωcm降至0.2Ωcm以下适当波长的光照可以改变半导体的导电能

3、力如在绝缘衬底上制备的硫化镉(CdS)薄膜，无光照时的暗电阻为几十MΩ，当受光照后电阻值可以下降为几十KΩ此外，半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而改变DaiXian-ying2.1半导体材料的分类按照材料的化学成分和结构特性可将半导体分为：1）元素半导体2）化合物半导体3）合金（固溶体）2.1.3元素半导体C（金刚石）,Si,Ge,Sn晶格结构：金刚石能带结构：间接带隙Sn:0.08eVGe:0.67eVSi:1.12eVC:5.50eVDaiXian-ying2.1半导体材料的分类2.1.4化合物半导体Ⅲ-Ⅴ族：由ⅢA的B、Al、Ga、In与ⅤA的N

4、、P、As、Sb形成，如GaAs、InP、GaN、BN、AlN、GaP、InSb等15种。Ⅱ-Ⅵ族：由ⅡB的Zn、Cd、Hg与ⅥA族的O、S、Se、Te形成，如ZnO、ZnS、CdS、CdTe、HgS、HgSe、HgTe等Ⅳ-Ⅳ族：SiCDaiXian-ying2.1半导体材料的分类二元化合物半导体特点：1）大部分是直接能带隙（对光电器件很重要）；2）有很宽的禁带宽度Eg范围，但只在离散的点上；3）可以块状生长（单晶），并被切成薄片(晶圆片）。2.1.4化合物半导体我们还需要更多！重要的二元化合物半导体：1）GaAs：第二代半导体2）GaN与SiC:第三代半

5、导体(宽禁带半导体）DaiXian-ying2.1半导体材料的分类2.1.5合金半导体二元合金半导体：Si1-xGex三元合金半导体：AlxGa1-xAs、AlxGa1-xN、InxGa1-xAs、In1-xAlxAs等四元合金半导体：InYGa1-YAsXP1-XandAlYGa1-YAsXSb1-X合金半导体：不是化合物；由二元化合物和一种或两种普通元素组成三元或四元合金（固溶体）半导体。特点：1）组分可调；2）禁带宽度随组分连续可调；3）晶格常数随组分连续可调。DaiXian-ying2.1半导体材料的分类2.1.5合金半导体三元合金的禁带宽度与晶格常

6、数关系三元合金变化趋势：①晶格常数：与组分呈线性关系②禁带宽度：与组分呈二次方关系③有效质量：与合金组分成二次方和单调关系三元合金半导体：由二元化合物和一种元素组成DaiXian-ying2.1半导体材料的分类2.1.5合金半导体三元或四元合金半导体的基片（衬底）：二元化合物半导体，如GaAs、InP异质结构：晶格常数要与衬底相同，且禁带宽度Eg不同。三元合金半导体：与二元不匹配；但一个例外，AlGaAs与GaAs晶格匹配。四元合金半导体：容易与二元衬底匹配DaiXian-ying2.1半导体材料的分类2.1.5合金半导体四元合金半导体：1）两种元素是同族元

7、素，如AlyGa1-yAsxSb1-x、InyGa1-yAsxP1-x等2）三种元素是同族元素，如InyGa1-yAlxAs1-x等InGaAsPandAlGaAsSb四元合金半导体禁带宽度与晶格常数合金举例：如图所示1）AlGaAs:AlAs+GaAs2）InPAs:InAs+InP3）AlGaAsSb:AlGaSb+AlGaAs4）InGaAsP:GaAsP+GaInPDaiXian-ying2.1半导体材料的分类2.1.5合金半导体四元：GayIn1-yAsxSb1-x：DaiXian-ying2.1半导体材料的分类2.1.5合金半导体四元：InGaA

8、lAsDaiXian-ying2.1半导体材料的分类