功能材料器件基础-半导体材料与器件.ppt

半导体材料与器件
第二节半导体材料
半导体材料的发展与器件紧密相关。可以说,电子工业的发展和半导体器件对材料的需求是促进半导体材料研究和开拓的强大动力;而材料质量的提高和新型半导体材料的出现,又优化了半导体器件性能,产生新的器件,两者相互影响,相互促进。
20世纪70年代以来,电子技术以前所未有的速度突飞猛进,尤其是微电子技术的兴起,使人类从工业社会进人信息社会。微电子技术是电子器件与设备微型化的技术,一般是指半导体技术和集成电路技术。它集中反映出现代电子技术的发展特点,从而出现了大规模集成电路和超大规模集成电路。这样就促使对半导体材料提出了愈来愈高的要求,使半导体材料的主攻目标更明显地朝着高纯度、高均匀性、高完整性、大尺寸方向发展。
半导体材料分类
元素半导体
元素半导体大约有十几种处于IIIA族-VIIA族的金属与非金属的交界处,如Ge,Si,Se,Te等。
化合物半导体

(1) ⅢA族和VA族元素组成的IIIA-VA族化合物半导体。即Al,Ga,In和P,As,Sb组成的9种ⅢA-VA族化合物半导体,如AlP,AlAs,AlSb,GaP,GaAs,GaSb,InP,InAs,InSb。
(2) IIB族和VIA族IIB-VIA族化合物半导体,即Zn,Cd,Hg与S,Se,Te成的12种IIB-VIA族化合物半导体,如CdS,CdTe,CdSe等。
(3) IVA族元素之间组成的IVA-IVA族化合物半导体,如SiC等。
(4) IVA和VIA族元素组成的IVA-VIA族化合物半导体,如GeS,GeSe,SnTe,PbS,PbTe等共9种。
(5) VA族和VIA族元素组成的VA-VIA族化合物半导体,如AsSe3,AsTe3,AsS3,SbS3等。

(1) IB-IIIA -(VIA)2组成的多元化合物半导体,如AgGeTe2等。
(2) IB-VA-(VIA)2组成的多元化合物半导体,如AgAsSe2等。
(3) (IB)2-IIB-IVA-(VIA)4组成的多元化合物半导体,如Cu2CdSnTe4等。
固溶体半导体
固溶体是由二个或多个晶格结构类似的元素化合物相互溶合而成。又有二元系和三元系之分,如IVA-IVA组成的Ge-Si固溶体;VA-VA组成的Bi-Sb固溶体。
由三种组元互溶的固溶体有:(IIIA-VA)-(IIIA-VA)组成的三元化合物固溶体,如GaAs-GaP组成的镓***磷(GaAs1-xPx)固溶体和(IIB-VIA)-(IIB-VIA)组成的,如HgTe-CdTe两个二元化合物组成的连续固溶体碲镉***(Hg1-xCdxTe)等。
非晶态半导体
原子排列短程有序、长程无序的半导体称为非晶态半导体,主要有非晶Si、非晶Ge、非晶Te、非晶Se等元素半导体及GeTe,As2Te3,Se2As3等非晶化合物半导体。
有机半导体
有机半导体分为有机分子晶体、有机分子络合物和高分子聚合物,一般指具有半导体性质的碳-碳双键有机化合物,电导率为10-10~102Ω·cm。一些有机半导体具有良好的性能,如聚乙烯咔唑(PVK)衍生物有良好的光电导特性,光照后电导率可改变两个数量级。C60也属有机半导体。
硅和锗半导体材料
硅和锗的性质
硅和锗都是具有灰色金属光泽的固体,硬而脆。两者相比,锗的金属性更显著。锗的室温本征电阻率约为50Ω·cm,×105Ω·cm,硅在切割时易碎裂。
硅和锗在常温下化学性质是稳定的,但升高温度时,很容易同氧、***等多种物质发生化学反应,所以在自然界没有游离状态的硅和锗存在。