2014年浙江师范大学半导体材料期末考试复习大纲-作者李泊位概念.docVIP

第一章 绪论 1、掌握半导体的概念和分类 半导体材料是导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。 2、掌握半导体材料的五大特性 整流效应、光电导效应、负电阻温度效应、光生伏特效应和霍尔效应 3、理解影响半导体材料发展的两大关键因素 半导体材料的不纯，半导体物理理论的不完善 4、了解摩尔定律、摩尔定律的极限、研发新器件的思路 能带论、导电机理模型和扩散理论得到了半导体理论。 半导体材料工艺可概括为提纯、单晶制备和杂质控制。 化学提纯的主要方法有电解、络合、萃取、精馏 物理提纯的方法有真空蒸发、区域精制、拉晶提纯 单晶制备一般可分大体积单晶(即体单晶)制备和薄膜单晶的制备。 悬浮区熔法－－生长高纯硅单晶 水平区熔法－－生产锗单晶 垂直定向结晶法－－生长碲化镉、砷化镓 外延生长的优点 1. 外延生长中，外延层中的杂质浓度可以方便地通过控制反应气流中的杂质含量加以调节，而不依赖于衬底中的杂质种类与掺杂水平。单晶生长需要进行杂质掺杂。 2. 外延生长可以选择性的进行生长，不同材料的外延生长，不同成分的外延生长，这对于器件的制备尤为重要。 3. 一些半导体材料目前只能用外延生长来制备，如GaN 集成度指单块芯片上所容纳的原件数目。 集成电路的意义 它标志着半导体器件由小型化开始进入集成化时期。 所谓集成电路指的是把二极管、三极管（晶体管）以及电阻、电容都制做在同一个硅芯片上，使一个片子所完成的不再是一个晶体管的放大或开关效应，而是具有一个电路的功能。 摩尔定律的极限 1. 功耗的问题2. 掺杂原子均匀性的问题3. SiO2层量子遂穿漏电的问题4. 量子效应的问题 改良的方法延长摩尔定律 1. 氧化物绝缘层的击穿和漏电问题，可以改用介电常数大的介质，厚度就会增加。即用新的介电材料来代替SiO2，就可以避免由于量子隧穿导致的漏电问题。 2. 把硅CMOS 器件的源或漏电极集成一个共振隧穿器件，在不增加功耗和器件尺寸情况下，就可以把器件的逻辑功能提高上百倍千倍！这种混合集成的办法虽不能彻底克服硅微电子技术遇到的挑战，可以用于延长摩尔定律的寿命。 3.另外一种方法就是应变硅，CMOS器件的沟道采用应变硅，可以在成本增加不多的情况下，大大地提高芯片的运算速度。 4. 新型半导体材料和器件，GaAs和GaN基材料和器件，可以提高器件和电路的速度以及解决由于集成度的提高带来的功耗增加出现的问题。 新的思路：1. 量子计算机2. 光子计算机3. 生物计算机4. 纳米计算机 第一代半导体材料，元素半导体材料，以Si和Ge为代表; Si：Eg=1.12 eV 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=3.3 eV 半导体材料的分类 禁带宽度的不同，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，AlN 2. 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 第02章 半导体材料的基本性质 1、掌握半导体材料的晶体结构和晶体类型 常见的密排堆积方式的种类有： 简单立方堆积，体心立方堆积，面心立方堆积，密排六方堆积，金刚石型堆积 半导体的晶体结构 金刚石型Si，金刚石，Ge 闪锌矿型GaAs，ZnO，GaN，SiC 纤锌矿型InN，GaN，ZnO，SiC NaCl型PbS，CdO 晶体类型 金属晶体 通过金属键而形成的晶体 离子晶体 通过离子键而形成的晶体 分子晶体 通过分子间作用力而形成的晶体 原子晶体 通过共价键形成的晶体 第03章 元素半导体材料 1、掌握硅材料的物理化学性质、晶体结构、能带结构 物理化学性质:常温下，只与强碱、氟气、氟化氢和硝酸的混合溶液反应。高温下，较活泼。 能带结构:间接带隙结构, 价带：轻空穴和重空穴 轻空穴－－－有效质量小 重空穴－－－有效质量大 Si的本征载流子浓度： 2、掌握硅中的C、O、H和金属杂质及其他缺陷 氧对单晶硅性能的影响 （1）：氧原子 氧处于间隙位置，对位错起到了钉扎的作用,增加机械强度。 （2）氧沉淀： 第一，钉扎位错，增加机械强度； 第二，适量的氧沉淀起到内吸杂或称本征吸杂的作用； 第三，过量的氧沉淀引起大的应力，使硅片翘曲，诱生二次缺陷； 第四，与杂质形成复合体，成为载流子复合中心，影响少子寿命。 （3）氧施主： 直拉硅单晶的氧杂质在低温热处理时，会产生施主效应，使得N型硅晶体的电阻率下降，P型硅晶体的电阻率上升。