3.2 半导体材料1 电子器件与工艺课件[精品].pptVIP

锗、硅半导体 Ge、Si单晶中的杂质 Ⅲ、Ⅳ族杂质：受主或施主 其它杂质：复合中心或陷井，对导电性影响不大 * 锗、硅半导体 Ge、Si单晶中的缺陷 位错：一方面，吸引其周围点缺陷，增加少子寿命 一方面，晶格畸变增大，使载流子复合，少子寿命减小 刃位错：悬挂键，受主能级 * Ⅲ、Ⅳ族化合物半导体 Ⅲ、Ⅳ族化合物半导体的一般性质 * Ⅲ、Ⅳ族化合物半导体的晶体结构 Ⅲ、Ⅳ族化合物半导体 * GaAs半导体的能带结构 Ⅲ、Ⅳ族化合物半导体 * * * * InSb半导体的能带结构 Ⅲ、Ⅳ族化合物半导体 * * GaP半导体的能带结构 Ⅲ、Ⅳ族化合物半导体 * GaAs中的杂质和缺陷 Ⅲ、Ⅳ族化合物半导体 施主： Se, S, Te取代As 受主：Zn,Be,Mg,Cd,Hg取代Ga 两性杂质：Si,Ge,Sn,Pb 中性杂质：B,Al,In 空位是重要的点缺陷 * Ⅱ、Ⅳ族化合物半导体的一般性质 Ⅱ、Ⅳ族化合物半导体 * Ⅱ、Ⅳ族化合物半导体的一般性质 Ⅱ、Ⅳ族化合物半导体 * Ⅱ、Ⅳ族化合物的晶体结构 Ⅱ、Ⅳ族化合物半导体 * Ⅱ、Ⅳ族化合物的能带结构 Ⅱ、Ⅳ族化合物半导体 * Ⅱ、Ⅳ族化合物的杂质 Ⅱ、Ⅳ族化合物半导体 * 3.2.3 半导体材料制备工艺方法总结 * 高纯多晶（如Si）半导体材料： 单晶硅制备工艺： 水平生长 （HG, Horizontal Growth） 垂直生长（VGF, Vertical Gradient Fabrication） 晶体拉制 CZ法（Czochralski） 液封拉晶法（LEC, Liquid Enveloped Czochralski ） FZ法（Floating Zone Methos, 浮区法或坩埚区溶法） EFG法（Edge-defined Film Growth） * 半导体薄膜制备工艺－外延技术（Epitaxy）： 气相外延法（CVD） 硅气相外延 GaAs气相外延(MOCVD) (Metal-Organic Chemical Vapor deposition) 液相外延法（LPE, Liquid Phase Epitaxy） 分子束外延法（MBE, Molecular Beam Epitaxy） * 3.2.4 半导体材料应用举例 * * 3.2.4.1 在集成电路（IC）上的应用 Ge 单晶： * Si 单晶： * GaAs单晶： * 发光二极管（LED） 太阳能电池材料（Solar Cells） 光电阴极材料（Photo-electric Cathode） 激光器材料（Laser） 微波器件（Microwave Devices） 传感器中的应用（Sensor） 3.2.4.2 在光电子器件中的应用 * 补充资料一：白色有机发光二极管（OLED） * * 补充二：无机太阳能电池研究进展 表1 无机太阳能电池的性能及应用 单晶硅：澳大利亚新南威尔士大学格林教授发电成本可降低为5~8美分/（kW·h） * 太阳能电池的发展方向 材料与器件结构的研究与开发 各种太阳能电池材料研究 杂质与缺陷的转换效率及稳定性影响 使用薄膜技术和剥离技术。 大规模生产技术的开发 跟踪与聚光 储电及并网发电结合 并网发电已占50% 以建成多个兆瓦级的电站，~100MW规模VS太阳能热发电站 与建筑物结合 架设太阳电池组件 日本：1994-2000年 2万套屋顶光伏系统185MW ；七万屋顶计划 280M 美国：1997~2010年 百万屋顶计划 3025MW 发电成本6美分 集成在建筑材料上 曲线形屋顶瓦、垂直幕墙、窗用玻璃 * 3.2 半导体材料 半导体材料物理基础 半导体材料 半导体材料的制备工艺方法 半导体材料的应用 3.2.1 半导体中的电子特征 金属、绝缘体、半导体的能带特征 Eg Eg 金属 绝缘体 半导体 价带 导带 * 半导体能带结构的基本特征 －直接带隙和间接带隙半导体 直接带隙 间接带隙 * 电子的有效质量 一维情况： 三维情况： 有效质量为张量 价带顶附近的有效质量量为负 导带底附近的有效质量为正 * 半导体中的载流子－电子和空穴 Eg 跃迁 传导电子 空穴 空穴的有效质量是价带顶电子有效质量的负值，即为正 * 本征半导体－不含杂质的半导体 价带 EF (T= 0K) 导带 * 施主掺杂及n型半导体 P ED * * 施主能级和施主电离 类氢原子模型： * 受主掺杂及p型半导体 EA * 类氢原子模型： 受主能级和受主电离 * 杂质能级上的电子和空穴分布 应用Fermi-Dirac分布可以得到： 施主能级被电子占据的概率 受主能级被空穴占据的概率 电离施主浓度 电离