半导体材料的特性参数和要求.doc

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1、半导体材料的特性参数和要求有哪些?半导体材料■特性参数LED灯泡半导体材料虽然种类繁多但有一些固有的特性，称为半导体材料的特性参数。这些特性参数不仅能反映半导体材料与其他非半导体材料Z间的差别，而且更重要的是能反映各种半导体材料之间甚至同一种材料在不同情况下特性上的量的差别。常用的半导体材料的特性参数有：禁带宽度、电阻率、载流子迁移率（载流子即半导体中参加导电的电子和空穴）、非平衡载流子寿命、位错密度。禁带宽度由半导体的电子态、原子组态决定，反映组成这种材料的原子中价电子从束缚状态激发到自由状态所需

2、的能量。电阻率、载流子迁移率反映材料的导电能力。非平衡载流子寿命反映半导体材料在外界作用（如光或电场）下内部的载流子由非平衡状态向平衡状态过渡的弛豫特性。位错是晶体中最常见的一类晶体缺陷。位错密度可以用来衡量半导体单晶材料晶格完整性的程度。当然，对于非晶态半导体是没有这一反映晶格完整性的特性参数的。半导体材料■特性要求LED灯泡半导体材料的特性参数对于材料应用甚为垂要。因为不同的特性决定不同的用途。晶体管对材料特性的要求:根据晶体管的工作原理，要求材料有较大的非平衡载流子寿命和载流子迁移率。用载流了

3、迁移率大的材料制成的晶体管可以丁作于更高的频率（有较好的频率响应）。晶体缺陷会影响晶体管的特性甚至使其失效。晶体管的T作温度高温限决沱于禁带宽度的大小。禁带宽度越大，晶体管正常工作的高温限也越高。光电器件对材料特性的要求：利用半导体的光电导（光照后增加的电导）性能的辐射探测器所适用的辐射频率范围与材料的禁带宽度有关。材料的非平衡载流子寿命越大，则探测器的灵敏度越高，而从光作用于探测器到产生响应所需的时间（即探测器的弛豫时间）也越长。因此，高的灵敏度和短的弛豫时间二者难于兼顾。对于太阳电池来说，为了得

4、到高的转换效率，要求材料有大的非平衡载流子寿命和适中的禁带宽度（禁带宽度于1.1至1.6电子伏之间最合适）。晶体缺陷会使半导体发光二极管、半导体激光二极管的发光效率大为降低。温差电器件对材料特性的要求：为提自温差电器件的转换效率首先要使器件两端的温差大。当低温处的温度（一般为环境温度）固定时，温差决定于高温处的温度，即温差电器件的工作温度。为了适应足够高的工作温度就要求材料的禁带宽度不能太小，其次材料要有大的温差电动势率、小的电阻率和小的热导率。载流子：电子运动速度等于迁移率乘以电场强度"二也就是说

5、相同的电场强度下，载流子迁移率越大，运动得越快；迁移率小，运动得慢。同一种半导体材料中，载流子类型不同，迁移率不同，一般是电子的迁移率高于空穴。如室温下，低掺杂硅材料中，电子的迁移率为1350^r/（vs）（很明显用公式排版不好看，建议石度改进），而空穴的迁移率仅为480cm^2/（VS）o迁移率主要影响到晶体管的两个性能：一是载流子浓度一起决定半导体材料的电导率（电阻率的倒数）的大小。迁移率越大，电阻率越小，通过相同电流时，功耗越小，电流承载能力越大。由于电子的迁移率一般高于空穴的迁移率，因此，功

6、率型MOSFET通常总是采用电子作为载流子的n沟道结构，而不采用空穴作为载流子的p沟道结构。二是影响器件的工作频率。双极晶体管频率响应特性最主要的限制是少数载流子渡越基区的时间。迁移率越大，需要的渡越时间越短，晶体管的截止频率与基区材料的载流子迁移率成正比，因此提高载流子迁移率，可以降低功耗，提高器件的电流承载能力，同时，提高晶体管的开关转换速度。一般来说P型半导体的迁移率是N型半导体的1/3到1/2.o非平衡载流子:过剩载流子由于受外界因素如光、电的作用，半导体中载流子的分布偏离了平衡态分布，称这

7、些偏离平衡分布的载流子为过剩载流子，也称为非平衡载流子过剩载流子不满足费电子和空穴增加和消失的过程称为载流子的产生和复合米-狄拉克统计分布且np=n；不成立非平衡载流子寿命•假定光照产生△〃和妙，如果光突然关闭，△〃和△p将随时间衰减直至0,衰减的时间常数称为寿备门也常称为少数载流子寿命■1/—单位时间内非平衡载流子的复合概率・n型材料中，非平衡载流子的复合率=—-V)=(V)o/7水Tp当尸r时，Ap(z>(A/Oq/eO.368(Ap)0,故寿命标志着非平衡载流子浓度减小到原值的1/£所经历的时

8、间；寿命越短，衰减越快.