半导体材料相关知识介绍.docx

半导体材料( semiconductor material ) 导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料,其电阻率在 10( U-3 ) ~10 ( U-9 )欧姆/ 厘米范围内。半导体材料的电学性质对光、热、电、磁等外界因素的变化十分敏感, 在半导体材料中掺入少量杂质可以控制这类材料的电导率。正是利用半导体材料的这些性质, 才制造出功能多样的半导体器件。半导体材料是半导体工业的基础,它的发展对半导体技术的发展有极大的影响。半导体材料按化学成分和内部结构, 大致可分为以下几类。 1. 元素半导体有锗、硅、硒、硼、碲、锑等。 50 年代, 锗在半导体中占主导地位,但锗半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差,到 60 年代后期逐渐被硅材料取代。用硅制造的半导体器件,耐高温和抗辐射性能较好, 特别适宜制作大功率器件。因此, 硅已成为应用最多的一种增导体材料, 目前的集成电路大多数是用硅材料制造的。 2. 化合物半导体由两种或两种以上的元素化合而成的半导体材料。它的种类很多, 重要的有***化镓、磷化锢、锑化锢、碳化硅、硫化镉及镓***硅等。其中***化镓是制造微波器件和集成电的重要材料。碳化硅由于其抗辐射能力强、耐高温和化学稳定性好,在航天技术领域有着广泛的应用。 3. 无定形半导体材料用作半导体的玻璃是一种非晶体无定形半导体材料, 分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃两种。这类材料具有良好的开关和记忆特性和很强的抗辐射能力, 主要用来制造阈值开关、记忆开关和固体显示器件。 4. 有机增导体材料已知的有机半导体材料有几十种, 包括萘、蒽、聚丙烯***、酞菁和一些芳香族化合物等,目前尚未得到应用。特性和参数半导体材料的导电性对某些微量杂质极敏感。纯度很高的半导体材料称为本征半导体, 常温下其电阻率很高, 是电的不良导体。在高纯半导体材料中掺入适当杂质后, 由于杂质原子提供导电载流子, 使材料的电阻率大为降低。这种掺杂半导体常称为杂质半导体。杂质半导体靠导带电子导电的称 N 型半导体, 靠价带空穴导电的称 P 型半导体。不同类型半导体间接触(构成 PN 结)或半导体与金属接触时,因电子(或空穴)浓度差而产生扩散,在接触处形成位垒,因而这类接触具有单向导电性。利用 PN 结的单向导电性,可以制成具有不同功能的半导体器件, 如二极管、三极管、晶闸管等。此外, 半导体材料的导电性对外界条件(如热、光、电、磁等因素)的变化非常敏感,据此可以制造各种敏感元件,用于信息转换。半导体材料的特性参数有禁带宽度、电阻率、载流子迁移率、非平衡载流子寿命和位错密度。禁带宽度由半导体的电子态、原子组态决定, 反映组成这种材料的原子中价电子从束缚状态激发到自由状态所需的能量。电阻率、载流子迁移率反映材料的导电能力。非平衡载流子寿命反映半导体材料在外界作用( 如光或电场) 下内部载流子由非平衡状态向平衡状态过渡的弛豫特性。位错是晶体中最常见的一类缺陷。位错密度用来衡量半导体单晶材料晶格完整性的程度, 对于非晶态半导体材料, 则没有这一参数。半导体材料的特性参数不仅能反映半导体材料与其他非半导体材料之间的差别,更重要的是能反映各种半导体材料之间甚至同一种材料在不同情况下,其特性的量值差别。种类常用的半导体材料分为元素半导体和化合物半导体。元素