半导体材料吉大 讲义绪论.ppt

* 参考书 《半导体器件的材料物理学基础》陈治明，王建农 科学出版社 《半导体物理学》 刘文明 《半导体材料》周永溶 北京理工大学出版社 《半导体器件材料》 刘锦春 电子工业出版社 《半导体器件物理与工艺》施敏 著 王阳元 译 科学出版社 绪 论 一、半导体材料 半导体材料是半导体科学的分支之一，是半导体科学发展的物质基础。 对半导体材料的认识是从18世纪电现象被发现以后开始。 导体（ρ≤10-6Ω·cm） 物质按导电性质分 绝缘体（ρ：1012—1022Ω·cm） 半导体（ρ介于导体和绝缘体之间） 半导体材料的定义：电阻率ρ10-3—109 Ω·cm ，对外界变化（电场、磁场、光、温度等）非常敏感的材料。 二、半导体材料的特征 1.电阻率大体在10-3—109 Ω·cm 2.电阻率的温度系数是负的（电阻率随温度升高，而减小） 3.整流效应 4.对光具有敏感性，能产生光伏效应或光电导效应 半导体材料有两种不同电荷类型的载流子，其数目比金属中的电子少，但迁移率较高。 三、半导体技术的发展 ? 1947年，Ge晶体管的诞生引起了电子工业的革命 1947年12月23日 第一个晶体管 NPN Ge晶体管 W. Schokley J. Bardeen W. Brattain 获得1956年Nobel物理奖 ?半导体材料的制备技术（直拉单晶、区熔提纯等），解决了Si、Ge器件的材料问题 ? 60年代，以Si氧化和外延生长为前导的Si平面器件工艺的形成，使Si集成电路的研制获得成功。 ? 52年Welker发现周期表中III族-V族元素形成的化合物及多元化合物也是半导体。如：GaAs具有许多Si、Ge不具备的特性。 ? 50年代末用水平布里奇曼法制备了GaAs单晶。 ? 65年氧化硼液封拉制GaAs单晶技术的发现，为工业化生长III-V族化合物打下了基础。 ? 60年代初，液相外延、气相外延生长技术成功地用于化合物半导体薄膜的生长，半导体激光器等化合物半导体器件相继问世。 ? 70年代，分子束外延生长（Molecular Beam Epitaxy，MBE），金属有机气相外延生长（Metalorganic Vapor Phase Epitaxy，MOVPE）技术的发展，可把外延层的厚度控制在原子层数量级（? ），制备出量子阱（QW）、超晶格（SL）和应变层复合材料。 超晶格的出现是半导体材料发展的里程碑，它推动着量子阱激光器、高速二维电子器件和光集成器件的发展，为器件制作从“杂质工程”走向“能带工程”开拓了广阔的道路。 ? 20世纪90年代初获得了高质量P型GaN外延薄层材料。制作了高亮度蓝色发光二极管并迅速产业化，为实现全彩显示奠定了基础，开辟了半导体在显示领域应用的新天地。 蓝色激光器达到了实用化的水平，GaN及其多元化合物还是半导体照明的首选材料。 根据材料的重要性和开发成功的先后，分别称Si为第一代，GaAs为第二代，GaN为第三代半导体材料。 ? 半导体材料的研发是从无机材料开始的，20世纪60年代初发现一些有机材料和高分子聚合物属于半导体材料，利用它们可制作多种半导体元器件。它们具有制作和使用方便、价格便宜等优点。 缺点：寿命成为妨碍其发展和使用的问题。 四、分类 按材料的功能和使用分：光电材料、热电、微波、敏感等。 按材料的组成和状态分 结晶型 无机 半导体 无定型 有机 分子晶体、高分子聚合物。如蒽、聚乙炔等 元素 化合物 元素 化合物 （处于IIIA和VIIA的金属与非金属交界处，如：Si、Ge、Se、Te、Sn ） a-Si，a-Ge a-GaAs，a-SiC （统计可能有四千多种，研究出的有一千多种） 表1 元素半导体材料的特性 500 1820 1 1400 2.4×10-1 3.5×10-2 6.0× 10-2 ---- ---- 0.2 570 ---- 1900 3800 1 1800 2500 220 65 3 ---- 1 900 ---- 1.119 0.6643 1.6 5.4 0.08 2 1.2 0.1 0.24 1.8 0.3 1.3 1412 958 2300 4027 230 44 817 431 119 217 450 113 Si Ge B C 灰-Sn P 灰