§2半导体材料课件(820KB).ppt

C)非晶态半导体中缺陷密度大，在禁带中引人大量的缺陷定域态。这些定域态的能级形成窄的能带。 2、非晶态半导体的电学和光学性质 1）直流电导 晶态半导体的导电主要是靠导带中的电子或价带中的空穴，而在非晶态半导体中存在有扩展态、尾部定域态、禁带中的缺陷定域态等，这些状态中的电子(或空穴)都可对电导有贡献。上述三种导电的区域不一定在一个材料中都同时表现出来，以及在室温附近究竟是哪种导电机构在起作用，这取决于不同导电机构中参量之间的关系。 2）光吸收 非晶态半导体与晶态半导体的近程有序是相同的，二者的基本能带结构相似。因而本征吸收谱没有大的变化，差别在于本征吸收边的位置有些移动，同时由于非晶态中不存在长程的周期性，因而不再有竖直跃迁与非竖直跃迁之分。 光吸收曲线可分为三个区域：A,高吸收区，吸收系数a104cm-1；B．指数区，吸收系数a变化为4至5个数量级；c，弱吸收区，a变化为10-1—10-2。 3）光电导 光照可以产生非平衡载流子，引起电导率的改变，这个现象称为光电导，光电导的大小与光照强度有关。 光电导效应是非晶态半导体的一个基本性质，特别是非晶硅。它的光电效应密切依赖于制备的工艺方法和工艺条件，其光电导效应是衡量非晶硅材料性质的基本参数。 非晶态半导体是高阻材料，存在着大量的缺陷定域态，具有显著的陷阱效应，即在光照产生非平衡载流子的同时，缺陷态上的电子浓度也要发生变化。 七、半导体陶瓷 半导体陶瓷是指导电性能介于导电陶瓷和绝缘介质陶瓷之间的一类材料，其电阻率介于10-4-10-7之间。 一般是由一种或数种金属氧化物，采用陶瓷制备工艺制成的多晶半导体材料。 这种半导体的特性与通常单晶(如硅、锗)半导体相比有很大差别，因而研究方法及理论也不尽相同。主要有以下几点： (1)半导体陶瓷的化学性质比较复杂，易产生化学计量比的偏移，在晶格中形成固有点缺陷，这种点缺陷浓度不仅与温度及环境氧分压有关，而且与外来杂质浓度紧密相连； (2)构成半导体陶瓷的氧化物分子多数是离子键，这类材料中载流子的迁移机理较锗、硅等半导体更为复杂。 3)半导体陶瓷材料是多晶材料，存在晶界是其重要特征。由于晶界的化学、物理特性十分复杂，许多物理效应都是晶粒界引起。 1、PTC半导体陶瓷 PTC（Positive Temperature Coefficient）热敏半导体陶瓷，是指一类具有正温度系数的半导体陶瓷材料。 典型的PTC半导体陶瓷材料系列有BaTiO3或以BaTiO3为基的(Ba，Sr，Pb) TiO3固溶半导体陶瓷材料，氧化钒等材料及以氧化镍为基的多元半导体陶瓷材料等。 其中以BaTiO3半导体陶瓷最具代表性，也是当前研究得最成熟，实用范围最宽的PTC热敏半导体陶瓷材料。 BaTiO3晶格为典型的ABO3型钙钛矿结构，钡离子处在A位，钡离子处在B位。在纯净的BaTiO3材料中引人微量稀土元素作为施主杂质可使材料半导化。 施主杂质取代方式大致有三种．一是A位取代，即与Ba2+半径相近，化合价高于2价的元素取代Ba2+；二是B位取代，即与Ti4+半径相当，化合价高于4价的元素取代Ti4+；三是双位取代，即加人多种离子．同时取代Ba2+和Ti4+。 无论采用哪种取代方式，杂质的总引入量一般都应控制在0.5％mol内。 PTC效应也与烧成气氛有明显的依赖关系，即只有在氧化气氛中烧结或在高于900℃的氧化气氛中热处理，样品才呈现PTC效应，在还原气氛中烧成，则没有PTC效应。 PTC效应主要在降温过程中形成。高温烧成的样品，直接淬火至室温，不呈现PTC效应；降温速率越馒，PTC效应越大。 BaTiO3单晶半导体不呈现PTC效应，而把BaTiO3单晶半导体粉碎后烧成陶瓷，则呈现很大的PTC效应，因而证明PTC效应来源于多晶半导体晶界。 BaTiO3半导体陶瓷材料中引入微量Mn，Cr，Fe等作受主杂质，可明显提高PTC效应；但引入Na，Cu，Al等作受主杂质，却只能提高室温电阻率，而不能提高PTC效应。 BaTiO3半导体陶瓷存在PTC效应是材料的铁电性和陶瓷的多晶特性共同作用所产生的物理现象。 PTC材料所具有的独特电阻率随温度的变化关系，使其应用十分广泛。目前主要用于温度自控，过电流和过热保护、彩电消磁、马达启动、液面深度探测等方面。 2、NTC半导体陶瓷 负温度系数(NTC，Negative Temperature Coefficient)热敏半导体陶瓷是研究最早、生产最成熟、应用最广泛的半导体陶瓷之一。这类热敏半导体陶瓷材料大都是用锰、钴、镍、铁等过渡金属氧化物按一定比例混合，采用陶瓷工艺制备而成，温度系数通常在-1％—-6％左右。 NTC半导体陶瓷一般为尖晶石结构，其通式为AB2O4，式中A一般为二价正离子，B为三价正离子，