半导体材料课件.ppt

《半导体材料课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、SemiconductormaterialsLecturer:AiminLiu&WeifengLiu刘爱民刘维峰1课程学习最终需要达到的效果课程属于交叉学科（物理、化学、材料、器件等）半导体材料课程基本内容（基本概念、原理和涉及相关器件制备应用）产业项目及科研项目的开展过程中如何规划和设计如何进行自己的科研报告2课程内容及安排(一)、半导体材料特性(3学时)(二)、半导体材料（5学时）(三)、半导体工艺技术及测试分析（8学时）3(一)、半导体材料特性1.半导体材料的发展趋势2.半导体材料的分类3.半导体材料的基本性质及

2、应用4.实例说明如何运用半导体材料知识开展实验设计41.半导体材料的发展趋势禁带宽度的变化趋势维度的变化趋势56发展趋势之一第一代半导体材料，元素半导体材料，以Si和Ge为代表;Si：Eg=1.12eV第二代半导体材料，化合物半导体材料，以GaAs，InP等材料为代表;GaAs：Eg=1.46eV第三代半导体材料，化合物半导体材料，以GaN，SiC，ZnO等材料为代表;GaN:Eg=3.3eV7发展趋势之二半导体材料另一发展趋势是：由三维体材料向薄膜、两维超晶格量子阱、一维量子线和零维量子点材料方向发展。维度是一个空间

3、的概念，长、高和宽是三个空间的维度。8三维体材料：电子在其中可以自由运动而不受限制的材料。二维超晶格、量子阱材料：电子在X、Y平面里可以自由运动，在Z方向，由于它很薄，电子运动受到了限制。一维量子线：电子只能在长度的方向上可以自由的运动，在另两个方向X和Y都不能自由运动。它的能量在X和Y两个方向上都是量子化的。量子点：电子在三个方向，X、Y、Z三个方向上都不能进行自由运动，即三个维度上的尺寸都比电子的平均自由程相比或更小，这时电子像被困在一个笼子中，它的运动在三个方向都被受限。92.半导体材料的分类1.禁带宽度的不同，

4、又可分为：窄带隙半导体材料：Si，Ge宽带隙半导体材料：GaN，ZnO，SiC，AlN2.化学组分和结构的不同，又可分为：元素半导体、化合物半导体、固溶体半导体、非晶半导体、微结构半导体、有机半导体和稀磁半导体等3.使用功能的不同，可分为：电子材料、光电材料、传感材料、热电致冷材料等10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∶∶11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123.半导体材料的基本性质及应用(1)半导体的晶体结构(2)半导体

5、的能带结构(3)半导体的杂质和缺陷(4)半导体的电学性质(5)半导体的光学性质13（1）半导体材料结构晶体：有规则对称的几何外形；物理性质(力、热、电、光…)各向异性；有确定的熔点；微观上，分子、原子或离子呈有规则的周期性排列，形成空间点阵(晶格)。简单立方晶格面心立方晶格Au、Ag、Cu、Al…体心立方晶格Li、Na、K、Fe…六角密排晶格Be，Mg，Zn，Cd…14立方晶体半导体材料：多数是立方晶体和六角晶体。立方晶体（等轴晶系），三边等长，相互正交。（a）简单立方晶系原子在顶角，每个原子为8个晶胞共有，每

6、个晶胞有8个原子在顶点上，晶胞体积就是一个原子占有体积。15（b）体心立方晶体每个晶胞有8个原子在顶点上，一个在体心，晶胞有2个原子。体心立方可看成简单立方体套构而成。体心原子的划分，属于每个晶胞116（c）面心立方晶体6个面中心各有1个原子，6*1/2=3原子；8个顶角各有1个原子，8*1/8=1个原子。每个面心立方晶胞有4个原子。面心原子的划分，属于每个晶胞1/217（2）半导体材料的能带结构间接带隙结构（以硅为例）18能带的形成当N个原子靠近形成晶体时，由于各原子间的相互作用，对应于原来孤立原子的一个能级，就分裂

7、成N条靠得很近的能级。使原来处于相同能级上的电子，不再有相同的能量，而处于N个很接近的新能级上。N条能级能带能隙，禁带E能带宽度：E～eVN～1023时，则能带中两能级间距：～10-23eV19轻掺杂掺杂浓度为1017cm-3中度掺杂掺杂浓度为1017～1019cm-3重掺杂掺杂浓度大于1019cm-3杂质离子100%电离载流子浓度低于掺杂浓度(3)半导体的杂质和缺陷20硅中的杂质1.n型掺杂剂：P，As，Sb2.p型掺杂剂：B3.轻元素杂质：O，C，N，H4.过渡族金属杂质：Fe，Cu，Ni21（4）电学性质本征

8、载流子浓度a.本征半导体在一定温度下，就会在热激发下产生自由电子和空穴对，从而形成本征载流子浓度。b.温度一定，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。c.当温度升高时，热运动加剧，挣脱共价键束缚的自由电子增多，空穴也随之增多（即载流子的浓度升高），导电性能增强；当温度降低，则载流子的浓度降低，导电性能变差