《元素半导体材料》PPT课件.ppt

1 3元素半导体材料 目前发现的元素半导体材料 Si Ge C 金刚石 Se Sn 灰锡 P 磷 Te 碲 B 3 1硅1824年 别尔泽留斯 BerzeliusJ J 非晶Si Si在地壳中的丰度为25 7 仅次于氧 3 1 1Si的化学性质三种同位素 28Si 92 23 29Si 4 67 30Si 3 10 原子半径 0 1175nm Si4 半径 0 039nm 2 自然界没有游离的Si元素 均以氧化物 SiO2 或硅酸盐等化合物状态存在 Si在常温下不溶于单一的强酸 易溶于碱 高温下 与H2 卤素 N2 S和熔融金属发生反应 分别生成SiH4 SiCl4 Si3N4 SiS2等和多种金属硅化合物 Si与Ge可以任意比例形成SiGe固溶体而与C则形成共价化合物 3 3 1 2晶体结构和能带金刚石型a 0 5430710nm 大间距晶面的面间距为0 3135nm 小间距晶面的面间距为0 0784nm 4 3 1 3电学性质 1 带隙和本征载流子浓度 5 导带态密度常数Nc价带态密度常数Nv 6 Si的本征载流子浓度 7 2 电阻率Si的本征电阻率 室温时 Si的 n 1500cm2 V s p 450cm2 V s ni 1 07 1010cm 3Si的本征电阻率为2 99 105 cm 8 掺B浓度为NB时 p型单晶Si电阻率 为 9 掺P浓度为NP时 n型单晶Si电阻率 为 10 3 1 4光学性质 11 12 3 1 5Si中的杂质 n型掺杂剂 P As Sbp型掺杂剂 B轻元素杂质 O C N H金属杂质 Fe Cu Ni等 13 14 15 16 3 1 6Si中的缺陷 1 原生缺陷 本征缺陷空位和自间隙 2 二次缺陷 工艺诱生缺陷 3 外延材料中的缺陷位错 外延堆垛层错 微缺陷 雾状 棱锥 半导体单晶中的缺陷 位错 一方面 吸引其周围点缺陷 增加少子寿命一方面 晶格畸变增大 使载流子复合 少子寿命减小刃位错 悬挂键 受主能级 17 3 1 7Si的力学和热学性质 容易解理 在100 1000K温度范围 Si的热导率k为 18 19 20 3 2锗 1886年 德国科学家温克莱尔 WinklerCA 首先从银硫锗矿 Ag8GeS6 中分离出Ge Ge在地壳中的丰度仅为1 3 4 10 6 2 2 1化学性质Ge有5个稳定的同位素 Ge70 20 4 Ge72 27 4 Ge73 7 8 Ge74 36 6 Ge76 7 8 室温时 Ge在空气 水和氧气中稳定 不与盐酸 稀硫酸 浓氢氟酸和浓NaOH溶液发生反应 Ge可溶解在3 H2O2溶液中并形成GeO2沉淀 Ge不与C起反应 21 3 2 2物理性质金刚石结构晶格常数 0 565790nm密度 5 3234g cm3 比色法 5 324264g cm3 X射线法 石墨 金刚石 22 23 24 25 3 3金刚石 纯净的金刚石化学性质稳定 耐酸 耐腐蚀 高温下也不与浓氢氟酸 硝酸和HClO3发生反应 只在Na2CO3 NaNO3 KNO3的溶体中或与K2Cr2O7和浓硫酸混合液一起煮沸时才可被腐蚀 26 27 3 4硒和碲3 4 1硒硒在地壳中的丰度为5 10 6 质量比 它有六个稳定的同位素 Se74 0 89 Se76 9 36 Se77 7 63 Se78 23 77 Se80 49 61 Se82 8 74 28 3 4 2碲Te在地壳中的丰度为0 01 10 6 29 30 3 5磷 硼和灰锡3 5 1磷黑磷和红磷具有半导体性质 室温下带隙分别为0 34eV和1 5eV 31 3 5 2硼B有两种稳定的同位素 10B 19 9 11B 19 9 32 3 5 3灰锡灰锡有