南京大学-晶体生长课件-Chapter 1-绪论.pptVIP

半导体晶体: 半导体材料是现代半导体工业及微电子工业的基石。从物理角度来讲，它指的是导电性能介于导体和绝缘体之间的一类材料。半导体材料种类繁多，大致可分为无机半导体晶体、有机半导体材料和非晶态半导体三种。当前，非晶态半导体材料在太阳能电池方面有很大的应用前景。但从整体看来，无机半导体晶体仍在半导体材料中占主导地位。 无机半导体晶体可进一步分为元素半导体、化合物半导体和固溶体半导体晶体三类。元素半导体晶体主要有硅、锗、硒单晶；化合物半导体又可分二元、三元和四元晶体。二元化合物半导体晶体由二种元素组成，种类繁多，有III-V族，如GaAs、GaN等；有II-VI族，如ZnSe，HgS等；有IV-IV族，如SiC等，除此外还有铅化物和氧化物半导体晶体（如ZnO）等。二元化合物半导体晶体在光电子领域有广泛应用。三元化合物半导体晶体以AlGaAs和GaAsP为代表，广泛用于发光管和固体激光器（LD）的制作。 硅单晶 碳化硅晶片_1 碳化硅晶片_2 氧化锌晶体 氧化锌(ZnO)单晶是一种具有半导体、发光、压电、电光等应用的多功能晶体材料。它具有纤锌矿结构，室温下禁带宽度为3.4eV，激子结合能高达60MeV，其发光波长比GaN的蓝光波长还要短，可以进一步提高光存储的密度, 因此利用ZnO做成的激光器在提高光存储方面的有重大的应用前景。 氧化锌的带边发射在紫外区，非常适宜作为白光LED的激发光源材料，凸显了ZnO在半导体照明工程中的重要地位，并且与SiC、GaN等其它的宽带隙材料相比，ZnO具有资源丰富、价格低廉、高的化学和热稳定性，更好的抗辐照损伤能力，适合做长寿命器件等多方面的优势。此外，ZnO与GaN的物理性能非常接近，其晶格失配度很小，是GaN晶体生长最理想的衬底材料。 氧化锌是一致熔融化合物,熔点为1975℃。由于高温下ZnO的挥发性很强，传统的提拉法等熔体生长工艺很难获得ZnO体单晶。目前,ZnO体单晶的生长方法主要有缓慢冷却法、水热法和气相生长法。采用水热法，可以从KOH和LiOH混合水溶液中生长ZnO晶体。晶体呈浅绿色或浅黄色，完整性较好，但尺寸还不够大，难以满足工业应用的需求。 水热法生长的ZnO单晶 薄膜晶体：相对于块状大晶体而言，呈薄膜状的单晶薄膜，一般厚度在1微米左右或1微米以下。 薄膜化不仅有利于器件的小型化、轻量化和集成化，而且往往由于尺寸效应的缘故而具有显著不同于块状材料的性质。主要用于晶体管、超大规模集成电路、磁泡存储器等电子器件和光学器件。 制备方法有：溶胶－凝胶法、离子束溅射法、磁控溅射法、分子束外延法、金属有机化合物气相沉积法、脉冲激光淀积法等。 中国牌人工晶体 我们国家的人工晶体起步较晚，但自新中国成立以来，尤其是改革开放以后，我国广大科技工作者经过多年的艰辛研究与开发，在人工晶体各个研究领域取得了令世界同行瞩目的成绩，并发现了一大批具有中国自主知识产权的人工晶体，这些晶体在国际上被誉为“中国牌人工晶体”。 它们中有居于国际先进水平的激光晶体：YAG晶体、Ti：Al2O3、YVO4、LiSAF；非线性光学晶体：KTP、KN、BBO、KDP、LBO、CBO；红外光学晶体：CaF2、MgF2；闪烁晶体：BGO、CsI晶体等。 同时人工晶体已经或正在形成产业，例如我国的超硬材料人造金刚石，总产量已经居于世界第一；宝石晶体立方氧化锆也成为世界最大生产国。人造水晶、铌酸锂、钽酸锂、钒酸钇等晶体液逐渐形成较大规模的生产。并涌现了一大批集开发和生产为一体的高科技公司，如北京烁光特晶公司、北京天地东方超硬材料公司、上海嘉铺公司、合肥科晶公司、福建福晶科技有限公司、大连淡宁光电技术公司等，大大推动了技术的进步，并取得了良好的经济效益和社会效益。 中国首次发现的人工晶体： 自从改革开放以来，我国晶体界以中科院福建物质结构研究所陈创天院士为首的科学家群体通过阴离子基团理论的计算结合长期晶体生长的实践，相继发现了一大批非线性光学晶体。这些晶体包括BBO晶体、LBO晶体、CBO晶体、KBBF晶体、SBBO晶体、KABO晶体等，它们中的多数在非线性光学应用中具有举足轻重的地位。 LBO晶体 KBBF晶体 CBO晶体 KTP晶体 RTP晶体 BGO晶体 闪烁晶体：