第三章 元素半导体材料ppt课件

1、3 元素半导体材料元素半导体材料 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Berzelius J. 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 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SiH

2、4、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。大间距晶面的面间距为0.3135nm，小间距晶面的面间距为0.0784nm。TEg41073. 2206. 12002503003504004505000.00.20.40.60.81.01.2Eg=1.206-2.73E-4TEg(eV)Temperature(K)82. 11958. 119)300/(1010. 3)300/(1086. 2TNTNVC010020030040050060001x10192x10193x10194x10195x1019Nc(cm-3)T

3、emperature(K)010020030040050060001x10192x10193x10194x10195x1019Nv(cm-3)Temperature(K)导带态密度常数Nc价带态密度常数Nv21kTEVCigeNNnpn11pnipnenpene室温时，Si的n=1500cm2/(Vs)， p=450cm2/(Vs)， ni=1.071010cm-3 Si的本征电阻率为2.99105cm0.02.0 x10184.0 x10186.0 x10188.0 x10181.0 x10190.00.20.40.60.81.0(cm)NB(cm-3)掺B浓度为NB时，p型单晶Si电阻率为

4、：737. 01917161058. 2110133. 11035. 1BBBNNN0.02.0 x10184.0 x10186.0 x10188.0 x10181.0 x10190.00.20.40.60.81.0(cm)NP(cm-3)掺P浓度为NP时，n型单晶Si电阻率为：ZPN1010242. 61816lg018376. 019833. 068157. 01057501. 062272. 02108. 20769. 33232PNyyyyyyyzn型掺杂剂型掺杂剂P、As、Sbp型掺杂剂型掺杂剂B轻元素杂质轻元素杂质O、C、N、H金属杂质金属杂质Fe、Cu、Ni等等 3.1.6 Si

5、中的缺陷中的缺陷 (1).原生缺陷原生缺陷本征缺陷本征缺陷 空位和自间隙；空位和自间隙； (2).二次缺陷二次缺陷工艺诱生缺陷工艺诱生缺陷 (3).外延材料中的缺陷外延材料中的缺陷 位错、外延堆垛层错、微缺陷雾状）、棱锥位错、外延堆垛层错、微缺陷雾状）、棱锥半导体单晶中的缺陷半导体单晶中的缺陷20040060080010000123k(W/(cm.K)Temperature(K)26310583. 110532. 11598. 01TTk容易解理；在100-1000K温度范围，Si的热导率k为：3.2 锗锗1886年，德国科学家温克莱尔年，德国科学家温克莱尔Winkler CA）首先从银硫锗矿

6、首先从银硫锗矿Ag8GeS6中分离出中分离出Ge；Ge在地壳中的丰度仅为在地壳中的丰度仅为1.3410-6。2.2.1化学性质化学性质 Ge有有5个稳定的同位素：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，室温时，Ge在空气、水和氧气中稳定，不与盐酸、稀在空气、水和氧气中稳定，不与盐酸、稀硫酸、浓氢氟酸和浓硫酸、浓氢氟酸和浓NaOH溶液发生反应。溶液发生反应。 Ge可溶解在可溶解在3%H2O2溶液中并形成溶液中并形成GeO2沉淀；沉淀； Ge不与不与C起反应。起反应。3.2.2物理

7、性质物理性质金刚石结构金刚石结构晶格常数晶格常数0.565790nm密度密度5.3234g/cm3比色法）比色法） 5.324264g/cm3X射线法）射线法）石墨石墨金刚石金刚石100150200250300050001000015000200002500030000p(cm2/V.S)T(K)100150200250300050001000015000200002500030000p(cm2/V.S)T(K)3.3 金刚石金刚石 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、硝酸和酸、硝酸和HClO3发生反应；只在发

8、生反应；只在Na2CO3、NaNO3、KNO3的溶体中的溶体中或与或与K2Cr2O7和浓硫酸混合液一起煮沸时才可被腐蚀。和浓硫酸混合液一起煮沸时才可被腐蚀。1002003004005006007000123456Eg(eV)Temperature(K)1028. 8182. 0(1)(29TTEg3.4 硒和碲硒和碲3.4.1 硒硒硒在地壳中的丰度为硒在地壳中的丰度为510-6%（质量比）；（质量比）；它有六个稳定的同位素：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%) 3.4.2碲碲Te在地壳中的丰度为在地壳中的丰度为0.0110-6。3.5磷、硼和灰锡磷、硼和灰锡3.5.1磷磷黑磷和红磷具有半导体黑磷和红磷具有半导体性质，室温下带隙分别性质，室温下带隙分别为为0.34eV和和1.5eV。3.5.2硼硼B有两种稳定的同位素：有两种稳定的同位素：10B(19.9%)、 11B(19.9%)3.5.3灰锡灰锡灰锡有三