02半导体材料

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1、半导体材料科学数码相机上的CCD半导体材料（1）半导体材料的发展及其意义（2）半导体材料及其物理基础（3）元素半导体材料（4）化合物半导体材料（5）微结构半导体材料（6）非晶态半导体材料（7）陶瓷半导体材料（8）半导体材料的应用半导体材料的发展及其意义上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电

2、器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。一、半导体材料及其物理基础1、本征半导体能带结构2、半导体的导电机理3、半导体的分类1、半导体的能带结构由价带，导带，禁带组成。禁带宽度Eg比较窄，一般在1ev左右。2、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

3、。同时，在满价带中留下空穴，空穴带正电荷，在价带中空穴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。3、半导体的分类（1）按成分分可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。（2）按掺杂原子的价电子数分可分为施主型(又叫电子型或n型)和受主型(又叫空穴型或P型)。前者掺杂原子的价电子多于纯元素

4、的价电子，后者正好相反。（3）按晶态分可分为结晶、微晶和非晶半导体。此外，还有按半导体能带结构和电子跃迁状态来分类。三、元素半导体材料元素半导体大约有十几种处于族ⅢA-ⅦA族的金属与非金属的交界处，如Ge，Si，Se，Te等。但是其中具备实用价值的元素半导体材料只有硅、锗和硒。硒是最早使用的，硅和锗是当前最重要的半导体材料，尤其是硅材料由于具有许多优良持性，绝大多数半导体器件都是用硅材料制作的。1、硅和锗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，硅在切割时易碎裂。锗的室温本征电阻率约为50Ω·cm，

5、而硅的约为2.3×105Ω·cm。锗和硅都具有金刚石结构，化学键为共价键。锗的室温电子迁移率为3800cm2/v·s，硅为1800cm2/v·s。锗的禁带宽度为0.66ev，硅的禁带宽度为1.12ev。1、硅和锗性质硅和锗在常温下化学性质是稳定的．但升高温度时，很容易同氧、氯等多种物质发生化学反应，所以在自然界没有游离状态的硅和锗存在。锗不溶于盐酸或稀硫酸，但能溶于热的浓硫酸、浓硝酸、王水及HF-HNO3混合酸中。硅不于盐酸、硫酸、硝酸及王水，易被HF-HNO3混合酸所溶解。硅比锗易与碱起反应。硅与金属作用能生成多种硅化物。1、硅

6、和锗性质杂质对锗、硅电学性质的影响与杂质能级在禁带中的位置密切相关。在锗、硅中的杂质可分为两类：一类是ⅢA族或ⅤA族元素，它们在锗、硅中只有一个能级，且电离能小，一个杂质原子只起一个受主或施主作用，ⅢA族杂质起受主作用使材料呈p型导电，ⅤA族杂质起施主作用，使材料呈n型导电。另一类是除ⅢA或ⅤA族以外的杂质。2．硅和锗晶体的制备目前锗主要用直拉法，硅除了直拉法之外还用悬浮区熔法。直拉法又称(Czochralski)法．简称CZ法。它是生长元素和ⅢA-ⅤA族化合物半导体单晶的主要方法。该法是在盛有熔硅或锗的坩锅内，引入籽晶作为非均匀

7、晶核，然后控制温度场，将籽晶旋转并缓慢向上提拉，晶体便在籽晶下按籽晶的方向长大。制备杂质含量低、结晶完美的单晶材料特点：质量高、速度快固液界面处结晶等于熔点高于熔点低于熔点直拉法区熔法由直拉法生长的单晶，由于坩锅与材料反应和电阻加热炉气氛的污染，杂质含量较大，生长高阻单晶困难。工业上将区域提纯与晶体生长结合起来，可制取高纯单晶，这就是区熔法。在高纯石墨舟前端放上籽晶，后面放上原料锭。建立熔区，将原料锭与籽晶一端熔合后，移动熔区，单晶便在舟内生长。区熔法3．硅的主要用途目前科学家们已经发现的半导体材料种类很多，并且正在不断开拓他们的

8、应用领域，但在目前的电子工业中使用的半导体材料主要还是硅，它是制造大规模集成电路最关键的材料。整流器放大器和振荡器集成电路光学材料四、化合物半导体材料1、二元化合物半导体2、多元化合物半导体3、砷化镓4、氮化镓1、二元化合物半导体(1)ⅢA和ⅤA族