元素半导体材料

元素半导体材料1第1页，共32页，2023年，2月20日，星期三自然界没有游离的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。2第2页，共32页，2023年，2月20日，星期三3.1.2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。3第3页，共32页，2023年，2月20日，星期三3.1.3电学性质(1)带隙和本征载流子浓度4第4页，共32页，2023年，2月20日，星期三导带态密度常数Nc价带态密度常数Nv5第5页，共32页，2023年，2月20日，星期三Si的本征载流子浓度：6第6页，共32页，2023年，2月20日，星期三(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2.99×105Ω·cm7第7页，共32页，2023年，2月20日，星期三掺B浓度为NB时，p型单晶Si电阻率ρ为：8第8页，共32页，2023年，2月20日，星期三掺P浓度为NP时，n型单晶Si电阻率ρ为：9第9页，共32页，2023年，2月20日，星期三3.1.4光学性质10第10页，共32页，2023年，2月20日，星期三11第11页，共32页，2023年，2月20日，星期三3.1.5Si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12第12页，共32页，2023年，2月20日，星期三13第13页，共32页，2023年，2月20日，星期三14第14页，共32页，2023年，2月20日，星期三15第15页，共32页，2023年，2月20日，星期三3.1.6Si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16第16页，共32页，2023年，2月20日，星期三3.1.7Si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：17第17页，共32页，2023年，2月20日，星期三18第18页，共32页，2023年，2月20日，星期三19第19页，共32页，2023年，2月20日，星期三3.2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。20第20页，共32页，2023年，2月20日，星期三3.2.2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21第21页，共32页，2023年，2月20日，星期三22第22页，共32页，2023年，2月20日，星期三23第23页，共32页，2023年，2月20日，星期三24第24页，共32页，2023年，2月20日，星期三3.3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。25第25页，共32页，2023年，2月20日，星期三26第26页，共32页，2023年，2月20日，星期三3.4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%)27第27页，共32页，2023年，2月20日，星期三3.4.2碲Te在地壳中的丰度为0.01×10-6。28第28页，共32页，2023年，2月20日，星期三29第29页，共32页，2023年，2月20日，星期三3.5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。30第30页，共32页，2023年，2月20日，星期三3.5.2硼B有两种稳定的同位素：10B(19.9%)、11B(19.9%)31第31页，共32页，2023年，2月20日，星期三3.5.3灰锡灰锡有三种同素异构体：