半导体

半导体材料（物理系物理学1101班 姓名：姚雅芹 学号：20110502103）摘要：半导体材料是电导率在1010欧厘米之间的材料。在一般情况下，半导体电导率随温度的升高而增大，这与金属导体恰好相反。凡具有上述两种特征的材料都可归入半导体材料的范围。半导体材料是最重要最有影响的功能材料之一，它在微电子领域具有独占的地位，同时又是光电子领域的主要材料。 关键词：半导体材料、特性、种类、应用、战略地位。正文：半导体材料从发现到发展，从使用到创新，拥有这一段长久的历史。今天，半导体已广泛地用于家电、通讯、工业制造、航空、航天等领域。1994年，电子工业的世界市场份额为6910亿美元，1998年增加到9358亿美元。而其中由于美国经济的衰退，导致了半导体市场的下滑，经过几年的徘徊，目前半导体市场已有所回升。90年代以来随着移动通信技术的飞速发展，砷化镓和磷化烟等半导体材料成为焦点，用于制作高速高频大功率激发光电子器件等；近些年，新型半导体材料的研究得到突破，以氮化镓为代表的先进半导体材料开始体现出超强优越性，被称为IT产业的新发动机。 半导体材料的特性1、电阻率半导体材料是一种具有特殊导电性能的功能材料，其电阻率处于导体电阻率（ 0.00001.cm以下）和绝缘体电阻率(10000000000.cm)之间。例如纯硅（Si）材料的电阻率约为100000.cm 。半导体材料的电阻率对其杂质含量、环境温度、以及光照、电场、磁场、压力等外界条件有非常高的灵敏性。2、能带在孤立原子中的电子分别处在具有一定能量的电子轨道上。而在晶体中，原先在不同孤立原子中但具有相同能级的许多电子形成晶体时，由于量子效应，即 Pauli 原理的限制不能有两个电子处于相同的状态，它们的能量必定彼此错开，各自处在一个能量略有差异的一组子能级上，形成能带。根据电子的能量分布，在某些能量范围内是不许有电子存在的称之为禁带，即能带之间的间隙。由价电子填充的能带，称之为价带或满带。价带以上的能带基本上是空的，其中最低的允许电子存在的能带称为导带。根据价带与导带的分布情况，可以获得金属、半导体和绝缘体。在一般情况下，半导体的导带底有少量电子，价带顶有少量空穴，半导体的导电就是依靠导带底的少量电子或价带顶的少量空穴。3、满带电子不导电当价带中存在一定的空穴和导带中存在一定量的电子时，半导体材料才能导电。即，半导体材料的导电行为取决于价带中的空穴和导带中的电子。4、直接带隙和间接带隙价带的电子可以通过热激发或光照等激发到导带中去。由光照激发价带的电子到导带而形成电子 空穴对的这个过程称为本征光吸收。在非竖直跃迁过程中，光子主要提供跃迁所需要的能量，而声子则主要提供所需要的动量。与竖直跃迁相比，非竖直跃迁是一个二级过程，发生的几率要小得多，我们把导带底和价带顶处于k空间不同点的半导体称为间接带隙半导体。 （在晶体材料中，声子的波长一般介于光子与电子波长之间） 。导带中的电子跃迁到价带空带能级而发射光子， 是上述光吸收的逆过程， 称为电子 空穴对复合发光。半导体材料的种类 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，重要的有砷化镓、磷化锢、锑化锢、碳化硅、硫化镉及镓砷硅等。其中 砷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.有机半导体材料已知的有机半导体材料有几十种，包括萘、 蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等，目前尚未得到应用。半导体材料的应用1、元素半导体材料硅在当前的应用相当广泛，他不仅是半导体集成电路，半导体器件和硅太阳能电池的基础材料，而且用半导体制作的电子器件和产品已经大范围的进入到人们的生活，人们的家用电器中所用到的电子器件80%以上与案件都离不开硅材料。锗是稀有元素，地壳中的含量较少，由于锗的特有性质，使得它的应用主要集中与制作各种二极管，三极管等。而以锗制作的其他钱江如探测器，也具有着许多的优点，广泛的应用于多个领域。2、有机半导体材料有机半导体材料具有热激活电导率，如萘蒽，聚丙烯和聚二乙烯苯以及碱金属和蒽的络合物，有机半导体材料可分为有机物，聚合物和给体受体络合物三类。有机半导体芯片等产品的生产能力差，但是拥有加工处理方便，结实耐用，成本低廉，耐磨耐用等特性。3、非晶半导体材料非晶半导体按键合力的性质分为共价键非晶半导体和离子键非晶半导体两类，可用液相快冷方法和真空蒸汽或溅射的方法制备。在工业上，非晶半导体材料主要用于制备像传感器，太阳能锂电池薄膜晶体管等非晶体半导体器件。4、化合物半导体材料化合物半导体材料种类繁多，按元素在周期表族来分类，分为三五族，二六族，四四族等。如今化合物半导体材料已经在太阳能电池，光电器件，超高速器件，微波等领域占据重要位置，且不同种类具有不同的应用。总之，半导体材料的发展迅速，应用广泛，随着时间的推移和技术的发展，半导体材料的应用将更加重要和关键，半导体技术和半导体材料的发展也将走向更高端的市场。半导体材料的战略地位上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界