半导体材料ppt课件.ppt

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1、七、半导体材料SemiconductorMaterials9/19/202111.半导体材料定义材料按导电性能分为导体、半导体、绝缘体。半导体：一类具有半导体性能（导电能力介于导体与绝缘体之间，电阻率约在1mΩ·cm-1GΩ·cm），可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。9/19/20212半导体材料的主要应用二极管、三极管等分立器件集成电路微波器件光电器件红外器件热电器件压电器件9/19/20213微电子器件9/19/20214第一个微处理器（1971）9/19/20215光电子器件9/19/20216光纤材料9/19/202172.半导体的特性半导体特性∶掺杂性，热敏性，光敏性，负

2、电阻率温度特性，整流特性、光生伏特效应等。★在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。★在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化。9/19/20218半导体的主要特征整流效应9/19/20219光电导效应在光线作用下，对于半导体材料吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，就激发出电子-空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值减低，这种现象称为光电导效应。光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。半导体的主要特征9/19/2021101839年，法国科学家贝克雷尔(Becqurel)就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。

3、这种现象后来被称为“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。光生伏特效应半导体的主要特征9/19/2021113.半导体的导电机理半导体价带中的电子受激发后从满价带跃到空导带中，跃迁电子可在导带中自由运动，传导电子的负电荷。同时，在满价带中留下空穴，空穴带正电荷，在价带中可按电子运动相反的方向运动而传导正电荷。因此，半导体的导电来源于电子和空穴的运动，电子和空穴都是半导体中导电的载流子。激发既可以是热激发，也可以是非热激发，通过激发，半导体中产生载流子，从而导电。9/19/2021124.半导体材料发展历程由于地球的矿藏多半是化合物，所以最早得到利用的半导体材料都是化合物,例如方铅矿(PbS)很

4、早就用于无线电检波，氧化亚铜(Cu2O)用作固体整流器，闪锌矿(ZnS)是熟知的固体发光材料，碳化硅(SiC)的整流检波作用也较早被利用。硒(Se)是最早发现并被利用的元素半导体，曾是固体整流器和光电池的重要材料。元素半导体锗（Ge）放大作用的发现开辟了半导体历史新的一页，从此电子设备开始实现晶体管化。中国的半导体研究和生产是从1957年首次制备出高纯度(99.999999%～99.9999999%)的锗开始的。采用元素半导体硅（Si）以后，不仅使晶体管的类型和品种增加、性能提高，而且迎来了大规模和超大规模集成电路的时代。以砷化镓(GaAs)为代表的Ⅲ－Ⅴ族化合物的发现促进了微波器件和光电

5、器件的迅速发展。9/19/2021135.半导体的分类按成分可将半导体分为元素半导体和化合物半导体。元素半导体又可分为本征半导体和杂质半导体。化合物半导体又可分为合金、化合物、陶瓷和有机高分子四种半导体。什么是本征半导体、杂质半导体？半导体中价带上的电子借助于热、电、磁等方式激发到导带叫做本征激发。本征半导体就是指满足本征激发的半导体。利用杂质元素掺入纯元素中，把电子从杂质能级激发到导带上或者把电子从价带激发到杂质能级上，从而在价带中产生空穴的激发叫做非本征激发或杂质激发。满足这种激发的半导体就称为杂质半导体。按掺杂原子的价电子数半导体可分为施主型和受主型，前者掺杂原子的价电子多于纯元素的

6、价电子，后者正好相反。还可按晶态把半导体分为结晶、微晶和非晶半导体。此外，还有按能带结构和电子跃迁状态将半导体进行分类。9/19/202114半导体的分类：半导体本征半导体杂质半导体化学成分元素半导体化合物半导体结构与性能液态半导体非晶态半导体（主要两类：硫系玻璃、四面体键非晶态半导体）……9/19/202115半导体材料分类（1）元素半导体元素半导体大约有十几种处于IIIA族-VIIA族的金属与非金属的交界处。C、P、Se具有绝缘体与半导体两种形态;B、Si、Ge、Te具有半导性；Sn、As、Sb具有半导体与金属两种形态。P的熔点与沸点太低,Ⅰ的蒸汽压太高、容易分解，所以它们的实用价值不

7、大。As、Sb、Sn的稳定态是金属，半导体是不稳定的形态。B、C、Te也因制备工艺上的困难和性能方面的局限性而尚未被利用。因此这11种元素半导体中只有Ge、Si、Se3种元素已得到利用。Ge、Si仍是所有半导体材料中应用最广的两种材料。9/19/202116硅和锗的性质硅和锗都是具有灰色金属光泽的固体，硬而脆。两者相比，锗的金属性更显著。锗的室温本征电阻率约为50Ω·cm，而硅的约为2.3×105Ω·cm，硅在切割时易碎