教学课件PPT基本半导体材料及晶圆制备.ppt

基本半导体材料
董西英
本征半导体:没有掺杂的半导体;
本征载流子:本征半导体中的载流子,完全依靠电子-空穴对的产生;
载流子浓度:单位体积(通常指每立方厘米)载流子的数量
分电子浓度n和空穴浓度p。载流子浓度:
本征载流子浓度: n=p=ni 且 n∙p=ni2
—最常见的半导体材料
1 锗、硅对比
20世纪50年代初期以前,锗是半导体工业应用的最普遍材料之一。
锗材料缺点:
(1) Eg小→高温时漏电大→工作温度低(仅能达到90℃)
(2) 二氧化锗为水溶性,且会在800℃左右的温度自然分解,无法在锗表面形成一稳定的对掺杂杂质呈钝化性的氧化层。
硅材料优点:硅的Eg较大,硅器件的工作温度可以高达200℃。硅片表面可以生长稳定、做杂质阻挡层SiO2层。
2 硅被广泛采用的主要原因
硅的丰裕度:占到地壳成分的25%(第二丰富的元素)。能够提纯足够高的纯度,而消耗更低的成本。
宽的工艺容限: 硅熔点1412℃>>锗熔点937℃,硅器件工作温度范围大、工作稳定性强
能生长高质量、稳定的SiO2薄层: SiO2性能优良,允许高温工艺而不会产生过度的硅片翘曲。
3. 电阻率和迁移率
1、电阻率/电导率定义:衡量材料材料传导电流的能力(称导电性)的物理量。电阻率和电导率互为倒数。
r --- 电阻率(W∙cm);s --- 电导率(S, W-1∙cm-1);
欧姆定律:
半导体的电阻率
微分形式:由
或者
半导体的电导率:σ=μn*n+ μp*p
μn 电子迁移率。μp 空穴迁移率。
半导体的电导率与掺杂浓度成正比
W∙cm
4、本征硅半导体的结构
1)形成的晶体结构: 具有金刚石晶体结构;
硅(原子序数14)的物理化学性质主要由最外层四个电子(称为价电子)决定。每个硅原子近邻有四个硅原子,每两个相邻原子之间有一对电子,它们与两个原子核都有吸引作用,称为共价键。
金刚石结构
硅的共价键结构
5、半导体特性
半导体在受到光照\加热\加压等时,半导体的导电性会改变叫敏光敏热敏压特性
半导体中掺入杂质,,.
半导体掺杂
掺入在半导体中的杂质原子,能够向半导体中提供导电的电子而本身成为带正电的离子。这种杂质称为施主杂质。如在Si中掺入V族的P 和As。
施主(Donor)掺杂
当半导体中掺入施主杂质,并主要靠施主提供的电子导电,这种靠电子导电的半导体称为N型半导体。
半导体掺杂
受主(Acceptor)掺杂
掺入到半导体中的杂质原子,能够向半导体中提供导电的空穴而本身成为带负电的离子。这种杂质称为受主杂质。如在 Si中掺入III族的硼(B)元素。
当半导体中掺有受主杂质时,主要靠受主提供的空穴导电,这种依靠空穴导电的半导体叫做P型半导体。