半导体材料绪论-精品文档PPT课件

，1，半导体材料，讲师：李丽君电话：09-88166286电子邮件：李丽君007163，2，目录学与教材：王，刘，高等教育出版社总编辑，010301万群化工出版社。皮埃尔：半导体基础(第一部分)唐纳达。neamen : semiconductualPhysicsAndDevcessOsemi/C-E-M/，3、考核方式，选修课，3学分，48学时考核方式：闭卷笔试课程评分-70%考试，30%平时考试内容(出勤率，课堂表现)-主要是教材和课堂内容。4，课程内容，锗和硅晶体的半导体材料制备技术介绍，锗的介绍，硅单晶中的杂质和缺陷硅的外延生长，-族化合物半导体，-族化合物半导体，其它半导体材料，其它微电子材料和技术，5。学习目标和要求，熟悉硅、锗和其他元素半导体(包括硅和锗单晶)中的杂质和缺陷，熟悉砷化镓等化合物半导体的基本特性，掌握相图的识别方法，并使用相图指导实际生产中的工艺条件选择，掌握化学提纯和区域熔化提纯，掌握晶体生长原理；通过对外延的研究，我对半导体技术有了基本的了解，掌握了半导体材料的制备方法和性能控制原理，了解了其他化合物半导体和氧化物半导体材料的性能，了解了其他半导体材料的发展趋势。6、介绍的主要内容，半导体的主要特性，半导体材料的分类，半导体材料的主要应用，半导体材料、纳米技术和纳米材料的发展现状和趋势。七二。电阻的负温度系数Si:T=300k=2x 105CMT=320k=2x 104cm3。它具有整流效果和电性能。1.电阻率:可以在很大范围内变化。1.半导体的主要特性。8，1。半导体的主要特性。4.光导效应。在光的作用下，它吸收半导体材料的入射光子能量。如果光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，电子-空穴对被激发以增加载流子浓度，增加半导体的电导率并降低电阻值。这种现象被称为光电导效应。光敏电阻是一种基于这种效应的光电器件。法国科学家贝克勒尔在1839年发现，光可以导致半导体材料不同部分之间的电位差。这种现象后来被称为“光伏效应”或“光伏效应”。(1)半导体的主要特性，(5)光电效应，(10)照明对半导体的影响硫化镉(CdS)半导体薄膜在没有照明的情况下具有几十m的暗电阻，并且在照明中具有几十k的电阻值，(1)半导体的主要特性，(11)半导体材料的分类，以及(2)根据功能应用将光电材料、热电材料、微波材料、敏感材料等分类为无机半导体的成分和状态。有机半导体，元素半导体，化合物半导体。12，2，半导体材料分类，无机元素半导体：化学元素周期表中iii-v族化合物半导体，主要材料为氮化镓/GaAs/砷化镓/铟磷微波和光电器件，锑化铟/铟砷具有窄禁带和高电子迁移率，主要用于制作红外器件和霍尔器件。族，Zn0，主要用于光电器件，场致发光族，窄禁带，光敏器件，氧化物半导体，二氧化锡硫化物半导体，砷(硫，硒，碲)，锗(硫，硒，碲)稀土化合物半导体，氧化铕，三甲基硅有机半导体：酞菁，多环，稠环化合物。13，本征半导体的共价键结构，束缚电子，当绝对温度T=0K时，所有价电子都紧紧地束缚在共价键中，不会成为自由电子。因此，本征半导体的导电性非常弱，接近绝缘体。1.纯化学成分的本征半导体半导体晶体。用于制造半导体的半导体材料的纯度半导体材料的分类杂质半导体在一些微量杂质元素混入本征半导体后被称为杂质半导体。(1)当诸如磷和砷的五价杂质元素掺杂到本征半导体中时，N型半导体被称为N型半导体。(2)半导体材料的分类，(16) n型半导体、过剩电子、磷原子、硅原子、多数载流子自由电子、少数载流子空穴、施主离子、自由电子、电子空穴对，(2)半导体材料的分类，(17)将三价杂质元素如硼和镓引入本征半导体。空穴、硼原子、硅原子、多数载流子空穴、少数载流子自由电子、受体离子、空穴、电子-空穴对，(2)P型半导体，II，半导体材料的分类，半导体材料、分立器件如二极管、三极管、集成电路、微波器件、光电器件、红外器件、热电器件、压电器件等的主要应用。19、微电子器件、第一个微处理器(1971)，21，光电器件，22，光纤材料，23，光纤材料：应时玻璃：二氧化硅，二氧化硅-锗，二氧化硅-硼-氟多组分玻璃：二氧化硅-高-钠，二氧化硅-硼-钠红外玻璃：重金属氧化物，卤化物稀土元素掺杂玻璃：铒，钕，多模仅适用于调制信号40Gbps至200Km的小容量短距离(40Km，100Mbps)单模传输，无需放大。24，4，半导体材料的现状、历史和发展趋势，25，国民经济，国家安全，科学技术，半导体微电子和光电材料，通信，高速计算，大容量信息处理，空间防御，电子对抗，武器装备的小型化和智能化，半导体材料的现状，26，半导体材料的现状，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的成功开发。石英光纤材料和GaAs激光的发明引发了20世纪70年代初的电子工业革命，推动了光纤通信技术的飞速发展，将人类带入了信息时代，提出了超晶格的概念，半导体超晶格和量子阱材料的成功，改变了光电器件的设计理念，将半导体器件的设计和制造从“杂质工程”发展到了“能带工程”纳米科学技术的开发和应用。让人类能够在原子、分子或纳米水平上控制、操纵和制造强大的新装置和电路，肯定会改变人们的生活方式。半导体科学史1。第一阶段：经验科学(1833-1931)。硫化锌电阻变化的负温度系数是在1833年发现的。硒的光电效应是在1873年发现的。1874年发现了PbS中的整流效应。点接触二极管探测器在1904年被用于接收高频电磁波。第二阶段：从20世纪30年代到40年代末：理论科学和能带理论的引入，为后续材料和器件的发展奠定了坚实的基础。第三阶段：1947-1958:技术科学和应用科学。)发明了晶体管(点接触ge晶体管)，第一晶体管(1947)。30)，30,半导体材料发展史, 1950年。高纯度锗，高纯度直拉硅单晶，普克悬浮区熔技术提高硅的纯度。1955年，西门子在硅芯加热器上通过氢还原三氯化硅生产高纯度硅。1957年，工业生产。1958年，为硅集成电路的大规模工业生产制备了无位错硅单晶。20世纪60年代初，锗和硅薄膜的外延生长与硅的其他微加工技术相结合，形成了硅平面器件工艺。52年后，H.WELKER发现iii-v族化合物具有半导体性质。这些化合物具有高电子迁移率、大禁带宽度、能带结构的直接跃迁和负阻效应。然而，在那一年，由于这些化合物中的挥发性元素，制备是困难的。制剂的发展在薄膜制备技术方面：63年来，纳尔逊LPE法用于生长GaAs外延层和半导体激光器。此后，VPE生长了三种或五种化合物，并将外延生长技术应用于器件制造。32，半导体材料的发展历史，多元素和多层异质外延技术的出现。分子束外延和分子化学气相沉积可以将外延层的厚度控制在原子层的数量级内，并且可以交替生长两种不同成分的材料的超薄层，以制备超晶格材料耦合和应变复合层材料。第四阶段：集成电路阶段1958j . kilby(ti)开发了第一个集成电路1959 1959R。诺伊斯(Fairchild)首先通过平面工艺开发集成电路，硅基平面工艺集成电路，1958年6月34日起：高技术集成电路的开发，SSIMSILSIVLSIULSI半导体激光器在半导体微电子学中的发明7.1958之后的几个里程碑1958年半导体光电子学中的若干里程碑拉夫洛夫提出异质结激光器1982。量子霍尔效应1993。中村高亮度氮化镓蓝色发光二极管199？徐德昌，分数量子霍尔效应，35，微电子技术发展的规律和趋势，1965摩尔勒定律。摩尔，英特尔公司的联合创始人，36岁，37岁，37岁，来自英特尔出版公司。38 38，半导体材料的发展现状和趋势，第五阶段：能带工程1970年提出：Esaki(姜奇)1971年提出超晶格半导体的概念：GaAs/AlGaS超晶格材料，单周期晶体，可用于在人工设计的极化周期下实现倍频、差频、混频、opo等非线性过程。相当于两个不同周期的极化晶体紧密相连，实现信号频率后的和频，级联产生三个信号频率。硅GaAs和InP单晶材料半导体超晶格，量子阱材料-超晶格，量子阱材料硅基应变异质结构材料一维量子线，零维量子点半导体微结构材料宽带隙半导体材料光子晶体，半导体材料的发展现状和趋势。半导体中的大多数器件都是硅基的，增加直拉硅单晶的直径仍然是直拉硅单晶未来发展的总趋势。(2)-族化合物，的电子迁移率是硅(高速)的6倍，禁带(高温)广泛用于高速、高频、高功率、低噪声、耐高温和抗辐射器件。GaAs用于集成电路。它的处理能力大100倍，能力强10倍，抗辐射能力强2个数量级。GaAs是手机的主要原料。InP具有比GaAs更好的性能，用于光纤通信、微波和毫米波器件。世界GaAs单晶总产量已超过200吨(日本2019年GaAs单晶产量为94吨，磷化铟产量为27吨)，其中以低位错密度生长的2-3英寸导电GaAs衬底材料为主要材料。InP具有比GaAs更好的高频性能，并且发展更快。然而，不幸的是，用于开发直径大于3英寸和大直径的InP单晶的关键技术还没有完全突破，并且价格仍然很高。(3)半导体材料从氮化镓材料p型掺杂的突破开始，以高效蓝绿色发光二极管和蓝光半导体激光器的成功开发为标志。它在光显示、光存储、光照明等领域具有广阔的应用前景。在未来10年，氮化镓材料将成为市场增长最快的半导体材料。(4)半导体超晶格、量子阱材料、第三-五族超晶格、量子阱材料砷化镓/GaAs、砷化镓/GaAs、砷化镓/GaAs；GaAs，基于InP的晶格匹配和应变补偿材料系统，例如GaInAs/InP，AlInAs/InP，InGaAsP/InP等。已经发展得相当成熟，并已成功用于制造ul硅锗硅场效应晶体管的最高截止频率达到200千兆赫，10千兆赫时噪声为0.9分贝。它的性能堪比GaAs设备。(5)一维量子线和零维量子点。基于量子尺寸效应、量子干涉效应、量子隧穿效应和非线性光学效应的低维半导体材料是人工构建(通过能带工程实现)的新型半导体材料，是新一代量子器件的基础。(6)宽带隙半导体材料，主要指金刚石、第三族氮化物、碳化硅、立方氮化硼、第二-六族硫、碲化锡、氧化物(氧化锌等。)和固溶体等。特别是碳化硅、氮化镓和金刚石薄膜，由于其高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压，已经成为发展高频、高功率、耐高温和抗辐射半导体微电子器件和电路的理想材料，在通信、汽车、航空、航天、石油开采、国防等领域具有广阔的应用前景。(7)探索下一代半导体材料光学集成原子操作。45，5。纳米技术和纳米材料。纳米技术是一门融合现代科学(介观物理、量子化学等)的前沿交叉学科。)和先进的工程技术(计算机、微电子学、扫描隧道显微镜等。)发展于20世纪90年代。纳米结构是指基于纳米材料单元并根据