半导体器件电子学Ch1.pptxVIP

半导体器件电子学;《半导体器件电子学》课程大纲; §1.1半导体的基本特性与常见半导体材料 一、半导体的基本特性 电阻率：介于10-3-106Ω.cm， 金属：10－6Ω.cm 绝缘体:1012Ω.cm 纯净半导体负温度系数 掺杂半导体在一定温度区域出现正温度系数 不同掺杂类型的半导体做成pn结,或金-半接触后，电流与电压呈非线性关系，可以有整流效应 具有光敏性，用适当波长的光照射后，材料的电阻率会变化，即产生所谓光电导 半导体中存在着电子与空穴两种载流子;二、常见的半导体材料 ;构成半导体材料的主要元素及其在元素周期表中的位置 ;元素半导体 Si：是常用的元素半导体材料，是目前最为成熟的材料，广泛用于VLSI。 Ge：早期使用的半导体材料。 化合物半导体 Ⅲ-Ⅴ族化合物（AIIIBV） Ⅲ-Ⅴ：Al，Ga，In —— P，As，N，Sb（碲） GaAs、InP、GaP、InAs、GaN等。 Ⅱ-Ⅵ 族化合物（AIIBVI） Ⅱ－Ⅵ：Zn，Cd，Hg —— S，Se，Te ZnO、ZnS、TeCdHg等 Ⅵ-Ⅵ 化合物（AIVBiV） SiGe、SiC。 ;混合晶体构成的半导体材料 ◆两种族化合物按一比例组成，如 xAⅢCⅤ+(1-x)BⅢCⅤ， xAⅡCⅥ+(1-x)BⅡCⅥ，SixGe1-x， 能带工程：由于可能通过选取不同比例的x，而改变混晶的物理参数(禁带宽度， 折射率等)，这样人们可以根据光学或电学的需要来调节配比x。 通过调节不同元素的组分，才能实现禁带宽度的变化。在光电子、微电子方面有很重要的作用。 ;三、常见半导体的结构类型 ◆金刚石结构：Si、Ge ◆闪锌矿结构：GaAs、InP、InAs、InSb、AlP、 AlSb、CdTe ◆纤锌矿结构：GaN、AlN、SiC;;◆闪锌矿结构;;;;◆纤锌矿结构;;§1.2 新型宽带半导体材料的特性 1。GaN半导体材料的特性 由三族元素Ga和五族元素N，III-V族化合物半导体。 晶体结构分为: 闪锌矿结构(Zinc Blende crystal structure)立方晶 纤锌矿结构(Wurtzite crystal structure )六角 GaN在1932年人工合成。 （参考书：Nitride Semiconductors and Device Hadis Morkoc） III族的氮化物有三种晶体结构： 闪锌矿结构、纤锌矿结构、盐石岩结构（NaCl） 对于AlN、GaN和InN，室温下：热力学动力学稳定的结构是纤锌矿结构。 GaN、InN通过薄膜外延生长在立方晶的（110）晶面上，如Si，MgO，GaAs，才能生长出闪锌矿结构。;纤锌矿结构六角的，有两个晶格常数c和a，是复式格子。沿c轴方向移动5/8c形成。 闪锌矿结构(Zinc Blende crystal structure)立方晶 单胞中含有4个基元（4个III族原子和4个V族原子） 复式格子。 GaN材料的外延生长： 其结构取决于使用的衬底类型 六角晶体衬底长出纤锌矿结构 立方晶体衬底长出闪锌矿结构 目前常用的衬底：sapphire Al2O3，蓝宝石 缺点：晶体结构不好，与氮化物的热匹配不好 优点: 来源广，六角结构，容易处理，高温稳定。 由于热匹配不好，缓冲层要厚。;SiC作为衬底，热匹配和晶格匹配比较好。 缺点：SiC常规工艺很难处理，SiC的结构变数太大。 GaN体材料是最理想的。但目前还不能生长出大尺寸的材料。 掺杂：n-GaN: Si，Ge，Sn（Selenium） p-GaN：Mg，（1989）Zn，Be，Hg，C; ;立方晶第一布里渊区－－截角八面体 ; ;;Wurtzite crystal structure Energy gaps, Eg 3.47 eV 0 K 3.39 eV 300 K Energy gaps, Eg, dir 3.503 (2) eV 1.6 K; photoluminescence, from excitonic gap adding the exciton binding energy 3.4751(5) eV 1.6 K; A-exciton (transition from Γ9v) 3.4815(10) eV 1