Ch-2半导体材料性能1.ppt

1、Chapter 2 Properties of Semiconductor Materials,多种常见半导体材料的基本特性和用途 常见材料的基本物理和化学性质 器件对材料的要求（主要材料参数及测量）,2.1常见的半导体材料及其物理和化学性质 2.1.1 常见的半导体材料 Se， 最早期的半导体之一，硒整流器，硒光电池、光敏硒鼓; (已经很少用） Ge, 早期的半导体，射线探测器； （昂贵） Si, 最重要的半导体，除发光以外的所有半导体器件，（IC，分离器件，敏感器件，MEMS） a-Si（amorphous），太阳能电池，应用薄膜 Porous Si，发光,C（金刚石）, 潜在的高温、高频

2、、高压、大功率器件材料 C60 纳米碳管,GaAs，高频、微波器件、发光 InP，高频、微波器件、发光 GaP，发光 Ge1-xSix，高频异质结材料 SiC，高温、高频、高压、大功率器件材料,GaN，蓝光材料和深紫外探测 AlxGa1-xAs， 发光 HgCdTe、PbSnTe，长波红外探测 各种超晶格材料，（能带工程） 磁性、超导、有机半导体和生物半导体 自旋半导体,2.1.2 Physical Properties Related to the Devices,2.1.3. 与器件工艺有关的化学特性 Si: 常温下： 1)一般不溶于各种酸 2)Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3

3、+H2 3)Si+4HNO3 SiO2+4NO2 +2H2O SiO2+6HF H2SiF6+2H2O 即：Si+4HNO3 +6HF H2SiF6+ 4NO2 + 4H2O 4） 与Cu2+、 Cr2+等金属离子发生置换反应 （抛光工艺）,高温下： 1） Si+2Cl2=SiCl4 Si+HCl4 SiCl4+SiHCl3+SiH2Cl2+SiH4 2) Si+O2=SiO2 3) Si+H2O=SiO2+H2 GaAs: 1）GaAs = Ga+As 2) 在室温下一般不与HCl、H2SO4、 HF反应 3）与热HCl、H2SO4反应 与浓HNO3反应 H2SO4+H2O2是常用的GaAs

4、腐蚀液 4) 与卤素Cl2、Br2或I2（在甲醇等有机溶剂中） 反应,1200C,10501150C,10501150C,600C,通常关心的化学性质: 1）热稳定性（thermal stability) 2) 腐蚀液（无机、有机） For cleaning and etching! （腐蚀和抗腐蚀工艺中浓度 和缓冲剂的重要性） （腐蚀过程中对晶向和缺陷的选择性）,2.2 半导体材料的晶体结构 2.2.1. Si、 GaAs、 SiC 的晶体结构 Si 金刚石结构,GaAs 闪锌矿zinc-blende，立方硫化锌,SiC 200余种同质多构体 -SiC、zinc-blende， or 3C-

5、SiC （Cubic） -SiC 、Wurtzite，纤锌矿（六角硫化锌） 密堆积的不同方式（简单面心） A AB ABA ABC,复式格子密堆积（双层密排）（page10） AB？,不同的堆积,3C、（2H）、4H、6H、15R、27R 由k-bilayer 和h-bilayer构成的“超晶格” k-位和h-位使晶体中的缺陷结构复杂化 2.2.2. 晶面、晶向及测定,一些物理、化学性质的各向异性 解理 腐蚀 氧化 生长 扩散 表面态 迁移率,SiC的Si-face 和C-face,x-ray 衍射,激光定向,最佳解理面111 最佳划片方向110,2.3半导体中的缺陷和杂质 施、受主杂质 Si

6、： O、C杂质 GaAs：施主S 、Te等（As-site） 受主Zn等（Ga-site） Si As-site和Ga-site SiC： 施主N（C-site）、P （Si-site） 受主B、Al等（Si-site） 杂质浓度和电阻率 测量：Hall-effect、四探针法、单探针（扩展电阻）法、 IR、热探针,点缺陷：,线缺陷 （位错）,面缺陷（层错）,体缺陷（原子团，旋涡等） 测量：,1）腐蚀坑 显微测量 2）缀饰 红外透视 3）透射电子显微,2.3.3.杂质 O（10171018cm-3） C （10161017cm-3） Fe （1011cm-3） Au、Pt （10151016c

7、m-3） N,固溶度 替位式固溶体 间隙式固溶体 ？,常用测量方法： DLTS SIMS (Secondary Ion Mass Spectrum) NAA (Neutron Activation Analysis),Fig.2-7. Schematic drawing to show the basic principle of SIMS, which consists of 1. Primary ion source, 2. Primary ion mass analyzer, 3. Electrostatic lens, 4. Sample, 5.Electrostatic lens and analyzer, 6.Secondary ion mass analyzer, 7.