先进半导体敏感材料概要课件.pptVIP

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7.1力敏材料7.2光敏材料7.3磁敏材料7.4热敏材料7.5气敏材料2

?半导体晶体受外（应）力作用时，其晶格对称性和晶格常数会发生变化，导致其导电机理改变而使电阻R（或电阻率ρ）发生变化，此即压阻效应，可以近似表示为：3

?材料的压阻系数Π与材料的导电类型、晶向、掺杂浓度、温度等参数有关。?1954年，吏密斯（SmithCS）首先发现Si、Ge的压阻效应，世界上第一个基于压阻效应的压力传感器是用Si制作的。?压阻传感器是半导体传感器中市场额最大的传感器。4

Si、Ge、InSb的敏效参数5

?半导体力敏元件（应变片）可制出压力传感器、加速度传感器等器件。?SiC也可用于制备高温压力传感器。已有报道工作温度高达600℃的6H-SiC高温压力传感器。?金刚石也是制作高温压力传感器的优良材料，受缺乏单晶衬底的限制，其工作温度仅为300℃.6

?压电效应：晶体在外力作用下，内部会产生极化而在某两个表面产生符号相反的电荷。?利用压电效应也可制备力敏元件。与这一效应相关的材料参数主要是压电系数d和机电耦合系数K。?在平行于x轴的外应力作用下，压电元件表面产生电荷密度：?转换灵敏度用机电耦合系数K表示：7

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?半导体光敏材料主要是利用这类材料所具有的光电导效应以制备相应的传感（探测）器件。?光电导效应是半导体表面受到光照时，其电导率增大的现象。?根据本征吸收限波长λ与材料带隙E的关系，可以容易地g9

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?可见光波段的半导体光敏材料以CdS和CdSe研究得最为深入。在CdS中掺入某种杂质还可以提高其灵敏度。?CdSe中掺Cu会形成缺陷中心，它们有较大的俘获截面，可提高空穴寿命（由10-13-10-7s提高到10-6-10-2s）。从而使所制光敏元件的灵敏度得到较大幅度提高。11

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?红外光敏传感器（红外探测器）主要利用了半导体材料的光电导（本征光电导、非本征或杂质光电导）效应、光伏效应、光电磁效应和光发射效应。?1917年用TlS制出了第一只光敏电阻。20世纪30年代开2始用PbS、PbSe研制红外探测器。二战期间，因军事需求的刺激红外探测器工艺研究得到快速发展，并为现代红外探测器的研制和生产奠定了良好基础。?20世纪50年代早期，研制成功第一个Ge的非本征光电导探测器，随GaAs等化合物半导体材料制备工艺的发展，陆续研制出基于InSb、HgCdTe（MCT）、铅盐化合物及其固溶体、Ⅲ-Ⅴ族化合物基固溶体等材料的红外探测器、量子阱红外探测器及各种红外焦平面阵列等。13

?红外探测器按其工作模式或机理可分为四类：本征、非本征、光发射、量子阱或光电导（PC）、光伏（PV）、光电磁（PEM）、量子阱（QW）探测器。红外光探测器分类及所用主要材料14

各类半导体红外光探测器比较15

?探测率：探测器敏感面积为1cm，噪声等效带宽为1Hz的2?MCT材料是1959年首先报道的，是目前应用最广泛的红外光探测器材料。?MCT材料的主要特点：①材料与器件优值α/G（α为吸收系数，G为热产生速率）较大，比自由载流子探测器和AlGaAs/GaAs量子阱器件大几个数量级；②探测波长范围大，可制备出红外波段内任何波长的探测器，可制面多色（多波长）探测器；③MCT的晶格常数基本上与组分无关。在各种可变带隙固溶体半导体材料中，MCT是惟一带隙可覆盖整个红外波段而其晶格常数又保持不变的半导体材料，这是MCT相对于其他半导体材料的一个主要优点。16

?MCT红外探测器具有量子效率高、光电导增益和响应率较高、响应时间短、频率响应宽等特点，用MCT还制出了可探测微弱信号的（10.6μm）红外外差探测器和（3-5μm）、（8-14μm）的扫积探测器。?InSb材料制备工艺比MCT成熟，广泛用于制备3-5μm波段探测器。器件工作模式有PC、PV和PEM三种。17

?铅盐化合物PbS、PbSe均为本征光电导红外探测器材料，PbS广泛用于制备1-3μm探测器，其器件制备工艺简单，成本低。铅盐红外光探测器的主要性能18

?Si和Ge是主要的非本征红外（光电导）探测器材料带隙大小适中。19

?在各种量子阱红外探测器中，AlGaAs/GaAs多量子阱（MQW）器件工艺最为成熟，是大面积红外焦平面陈列（IRFPA）和长波红外成像系统的优先器件之一，已制出工作于3-5μm、8-14μm的双色AlGaAs/GaAsMQW红外探测器。量子阱、超晶格（SL）红外光探测器材料20

?半导体红外光探测器材料的种类繁多，除上述材料外，还有InAs（1-3μm）、InGaAs（1-1.65μm）、HgZnTe（3-12μm）、HgMnTe（2-10μm）、PbSnTe（8-14μm）、InAsP