半导体材料概述.ppt

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1、第四章半导体材料1半导体材料的发展与器件紧密相关。可以说，电子工业的发展和半导体器件对材料的需求是促进半导体材料研究和开拓的强大动力；而材料质量的提高和新型半导体材料的出现，又优化了半导体器件性能，产生新的器件，两者相互影响，相互促进。220世纪70年代以来，电子技术以前所未有的速度突飞猛进，尤其是微电子技术的兴起，使人类从工业社会进人信息社会。微电子技术是电子器件与设备微型化的技术，一般是指半导体技术和集成电路技术。它集中反映出现代电子技术的发展特点，从而出现了大规模集成电路和超大规模集成电路。这样就促使对半导体材料提出了愈来愈高的要求

2、，使半导体材料的主攻目标更明显地朝着高纯度、高均匀性、高完整性、大尺寸方向发展。3此外，利用多种化学气相沉积技术，可制造一系列薄膜晶体，其中分子束外延技术可以人为地改变晶体结构，异质结、超晶格、量子阱的出现，改变了人们设计电子器件的思想，半导体材料的发展，有着光明的前景。41）半导体材料的分类按功能和应用微电子半导体光电半导体热电半导体微波半导体气敏半导体∶∶4.1半导体材料的晶体结构与分类5按组成无机半导体有机半导体按结构晶体非晶、无定形半导体多晶半导体单晶半导体元素半导体化合物半导体6晶体是由原子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列

3、构成的固体物质，具有规则几何外形。晶体之所以具有规则的几何外形，是因其内部的质点作规则的排列，实际上是晶体中最基本的结构单元重复出现的结果。3）半导体的晶体结构7半导体的晶体结构结构类型半导体材料极性差别金刚石型Si，金刚石，Ge闪锌矿型GaAs，ZnO，GaN，SiC小（共价键占优势）纤锌矿型InN，GaN，ZnO，SiC大NaCl型PbS，CdO8硒结晶炭灰锡锗硅4.2元素半导体9周期表中半导体相关元素周期ⅡⅢⅣⅤⅥ2硼B碳C氮N3铝Al硅Si磷P硫S4锌Zn镓Ga锗Ge砷As硒Se5镉Cd铟In锑Te101、硒实际应用的最早半导体材

4、料禁带较宽，大于1.7ev分晶体和非晶体，晶体硒有两种同素异形体（红硒、灰硒）主要用来制作光电池、摄像靶、整流器；硒整流器具有耐高温、特性稳定、过载能力强等优点112、结晶炭1）金刚石金刚石薄膜具有禁带很宽、高热导率、高临界击穿电场、高电子饱和速度、低介电常数，适合制造高性能电力电子器件和高温电子学器件电阻率很高，但掺杂可使电阻率降低高热导率，可作切割工具燃料对光的折射率高，吸收系数低，在光电子学领域存在潜在的应用价值金刚石122）C60C60分子由五原环和六元环构成的炭笼分子结构常温常压下发生向金刚石转变的结构变相，为金刚石的人工合成提

5、供了潜在的新途径金刚石薄膜CVD淀积前在衬底上涂一层C60对成核起明显促进作用炭笼分子结构133）碳纳米管（CNT）碳纳米管是一种长约不到数微米、直径数纳米到数十纳米的中间空闭合管状物。螺旋矢量参数（n,m）,只有n-m=3k(k为非零整数)的碳纳米管为半导体，其余为导体替代硅进一步缩小高集成电路尺寸，提高电路运算速度有了希望双壁碳纳米管纳机电系统用143、锗1871年，俄国科学家门捷列夫寓言，元素周期表Si和Sn之间存在着一个“类硅”的元素。1886年，德国科学家温克莱尔首先从银硫锗矿中分离出Ge，并将其命名为Ge（Germanium）

6、以纪念他的祖国。Ge是半导体研究的早期样板材料，在20世纪50年代，Ge是主要的半导体电子材料15锗的分布锗在地壳中含量约为百万分之一，分布极为分散，常归于稀有元素；1.在煤和烟灰中；2.与金属硫化物共生；3.锗矿石锗16锗的应用属金刚石结构由于Ge的禁带较窄，器件稳定工作温度远不如硅器件高，加之资源有限，目前，Ge电子器件不到总量的10%，主要转向红外光学等方面。17硅的分布氧化硅化学性质晶体结构能带结构电学性质硅中的杂质硅的优点硅的用途4、硅18硅石(硅的氧化物)、水晶早为古代人所认识，古埃及就已经用石英砂为原料制造玻璃。由于硅石化学

7、性质稳定，除了氢氟酸外，什么酸也不能侵蚀它、溶解它，因此长期以来人们把它看成是不能再分的简单物质。大约在18世纪70年代，化学家们用萤石与硫酸作用发现氢氟酸以后，便打开了人们认识硅石复杂组成的大门。19尤其在电池发明以后，化学家们利用电池获得了活泼的金属钾、钠，初步找到了把硅从它的化合物中分离出来的途径。1823年，瑞典化学家贝采里乌斯(BerzeliusJ.J.)用金属钾还原四氟化硅或用金属钾与氟硅酸钾共热，首次制得较纯的粉状单质硅。1854年，法国人德维尔（S.C.Deville）用混合物氯化物熔盐电解法制得晶体硅。20地壳中各元素的

8、含量21硅在自然界分布极广，地壳中约含26.3％，在自然界中是没有游离态的硅主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。硅的分布22硅的化学性质原子序数14，相对原子质量28.09，有无定形和晶体两种同