材料化学 半导体材料

1、半导体材料 主讲人：赵世彬主讲人：赵世彬 学号：学号：20160520102016052010 一、半导体材料的定义一、半导体材料的定义 二、半导体材料的简单结构二、半导体材料的简单结构 三、半导体材料的分类三、半导体材料的分类 四、半导体材料的主要性质四、半导体材料的主要性质 五、半导体材料的应用五、半导体材料的应用 六、半导体材料发展前沿六、半导体材料发展前沿 一、半导体材料的定义 半导体材料（semiconductor material）是一类具有半 导体性能可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。 导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 二、半导体材料的简单结构 1、Si的结

2、构 正四面体正四面体 三维空间延伸三维空间延伸 二、半导体材料的简单结构 2、N型半导体 N型半导体主要靠自由电子导型半导体主要靠自由电子导 电掺入杂质越多，自由电子浓电掺入杂质越多，自由电子浓 度越高，导电性越强。度越高，导电性越强。 N型半导体中，自由电子是多数载型半导体中，自由电子是多数载 流子。流子。 磷（磷（P） 二、半导体材料的简单结构 3、P型半导体 硼（硼（B） P型半导体主要靠空穴导电。型半导体主要靠空穴导电。 掺入杂质越多，空穴浓度越高，掺入杂质越多，空穴浓度越高， 导电性越强，实现导电性可控。导电性越强，实现导电性可控。 P型半导体中，空穴是多数载型半导体中，空穴是多数载

3、 流子。流子。 二、半导体材料的简单结构 4、PN结 P P型半导体和型半导体和N N型型 半导体结合面，半导体结合面， 离子薄层形成的离子薄层形成的 空间电荷区称为空间电荷区称为 PNPN结。结。 三、半导体材料的分类 1、按组分结构分类 2、按半导体形态分类 3、按禁带宽度分类 4、按特性和功能分类 三、半导体材料的分类 组分结构组分结构 三、半导体材料的分类 组分结构-元素半导体 它是由单一元素构成的，如族的硼， 族的碳（金刚石）、硅（Si）、锗（Ge）， 族的硫（S）、硒（Se）、碲（Te）、 -Sn（灰锡）等。 三、半导体材料的分类 组分结构-化合物半导体 如-族的硫化镉（CdS）、

4、硒化镉 （CdSe）等，-族的砷化镓（GaAs）、 磷化铟（InP）、磷化镓（GaP）等， - 族的碳化硅（SiC）金属氧化物（ZnO） 等。 其他三元四元半导体化合物。 三、半导体材料的分类 结构组分-有机半导体 如富勒烯、萘、蒽等芳香族化合物、聚苯 乙炔等。 四、半导体材料的主要性质 1. 1. 掺杂特性掺杂特性 掺入微量的杂质（简称掺杂）能显著地改 变半导体的导电能力。杂质含量改变能引 起载流子浓度变化，实现半导体导电性能 的可控性。 制成P型或N型半导体 四、半导体材料的主要性质 2. 2. 温度特性温度特性 温度特性：半导体的导电能力随温度升高 而迅速增加，不同于金属的正的电阻温度

5、系数。 热敏电阻(thermosensitive resistance) 。用途： 电子线路元件的温度补偿或专用检测元件。 四、半导体材料的主要性质 3. 3. 光电导特性光电导特性 光电导现象：半导体导电能力随光照而发 生变化。例如：半导体硒，它的电阻值有 随光强的增加而急剧减小的现象。 光敏电阻(photosensitive resistance)。用途： 光控开关，自动控制。 四、半导体材料的主要性质 4. 4. 光生伏特效应光生伏特效应 光生伏特：光照在PN结上，产生电子-空穴 对，在内建电场作用下，产生光生电势。 可用于太阳能电池的制造。 p n + _ 光光 四、半导体材料的主要性

6、质 5 5、整流特性、整流特性 整流：半导体电阻率与所加电场方向有关半导体电阻率与所加电场方向有关 三级管 dY8087 大规模集 成电路 信息时代晶体二级管三级管信息时代晶体二级管 四、半导体材料的主要性质 6 6、其他性质、其他性质 其他性质：化学性质稳定、体积小、寿命 长、环保、成本低、省电等。 五、半导体材料的应用 1 1、照明类应用、照明类应用 基于半导体发光二极管（LED）的半导体光 源具有体积小，发热量低，耗电量小，寿 命长，无污染，易开发成轻薄短小产品等 优点，具有重大的经济技术价值和市场前 景。 五、半导体材料的应用 1 1、照明类应用、照明类应用 LED照明灯 装饰灯 交通

7、信号灯等 五、半导体材料的应用 2 2、消费类应用、消费类应用 信息产业数字化、智能化、网络化的不断 推进,新材料和新技术的不断涌现,从不同 的侧面促进半导体高速、低噪声、大功率、 大电流、高线性、大动态范围、高效率、 高灵敏度、低功耗、低成本、高可靠、微 小型等方面快速发展 五、半导体材料的应用 2 2、消费类应用、消费类应用 电子屏幕 指示灯 电子产品CPU等 五、半导体材料的应用 3 3、移动通信技术类应用、移动通信技术类应用 目前，四代通讯技术成为移动通信技术的 主流，同时正在逐渐向第五代（5G）过渡. 二代半技术对功放的效率和散热有更高的 要求，而5G技术要求更高的工作频率，更 宽的

8、带宽和高线性，这对半导体技术的发 展是有利的。 五、半导体材料的应用 3 3、移动通信技术类应用、移动通信技术类应用 各种通讯设备 五、半导体材料的应用 4 4、军事类应用、军事类应用 由于半导体激光结构简单，易于调制等优 点，广泛应用于军事领域。如激光测距， 激光瞄准告警，激光雷达，激光通信等， 而在制作光纤传感器，液晶光阀和激光二 极管原子钟等方面也有广泛的军事应用前 景。 五、半导体材料的应用 4 4、军事类应用、军事类应用 各种激光设备 六、半导体材料发展前沿 1.1. 效率为效率为10.5%10.5%的聚合物与无定型硅杂化的聚合物与无定型硅杂化 串联太阳能电池串联太阳能电池 以硅薄膜

9、为前电池，以窄带隙聚以硅薄膜为前电池，以窄带隙聚 合物富勒烯薄膜为后电池，以玻合物富勒烯薄膜为后电池，以玻 璃为基板。串联电池的效率达到璃为基板。串联电池的效率达到 10.5%。这种串联电池可以通过。这种串联电池可以通过 光学调控和界面工程来充分发挥光学调控和界面工程来充分发挥 两层电池的效率。两层电池的效率。 六、半导体材料发展前沿 2 2、 柔性电子器件的聚合物柔性电子器件的聚合物- -金属杂化透明金属杂化透明 电极电极 弯曲半径小于弯曲半径小于1mm1mm，可见光，可见光 透过率超过透过率超过95%95%，串联电阻，串联电阻 小于小于10sq-110sq-1。可以胜任高。可以胜任高 度柔性的电子器件度柔性的电子器件。 用包含氨基的非共轭聚合用包含氨基的非共轭聚合 物对塑料基体的表面修饰物对塑料基体的表面修饰 实现实现 六、半导体材料发展前沿 3、制备高性能碳纳米三极管技术的突破 性能和功耗都优于硅元性能和功耗都优于硅元 件的电子元件件的电子元件 功耗低、更快的通