IIVI族化合物半導(dǎo)體.ppt

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1、1(3)Ⅱ-Ⅵ族化合物熔點(diǎn)較高，在熔點(diǎn)下具有一定的氣壓，而且組成化合物的單質(zhì)蒸汽壓也較高。制備Ⅱ-Ⅵ族化合物的完整單晶體比較困難；除CdTe可以生成兩種導(dǎo)電類型的晶體外，其它均為單一的導(dǎo)電類型，而且多數(shù)為N型，很難用摻雜方法獲得P型材料。這是由于Ⅱ-Ⅵ族化合物晶體內(nèi)點(diǎn)缺陷密度大，易發(fā)生補(bǔ)償效應(yīng)。這類材料除少數(shù)外，很難制成P-N結(jié)。這限制了Ⅱ-Ⅵ族化合物材料在生產(chǎn)方面和應(yīng)用方面不如Ⅲ-Ⅴ族化合物材料普遍。2?Ⅱ-Ⅵ族化合物的能帶結(jié)構(gòu)都是直接躍遷型，且在Г點(diǎn)（k=0）的能帶間隙（禁帶寬度）比周期表中同一系列中的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體和元素半導(dǎo)體的Eg

2、大。如:ZnSe的Eg=2.7eV、GaAs的Eg=1.43eV、Ge的Eg=0.67eV。Ⅱ-Ⅵ族化合物隨著原子序數(shù)的增加，Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體的禁帶寬度逐漸變小。3(e)ZnSe能帶；(J)CdTe能帶：459-1II—VI族化合物單晶材料的制備1．II—VI族化合物單晶制備II—VI族化合物單晶生長(zhǎng)方法有很多種。其個(gè)最主要的有：高壓熔融法、升華法、移動(dòng)加熱法等幾種。(1)高壓熔融法（垂直布里奇曼法）II-VI族化合物在熔點(diǎn)其蒸氣壓和解離度較大，且在遠(yuǎn)低于它們的熔點(diǎn)時(shí)，就分解為揮發(fā)性組元，因此晶體只能在高壓力下從熔體生長(zhǎng)。例如：CdS在10

3、0大氣壓1470℃才熔化，ZnS亦需在幾十大氣壓1830℃才熔化，CdTe需要的壓力較低，在大氣壓下1090℃下即可熔化。6垂直布里奇曼爐將純Cd和純Te按一定計(jì)量比裝入石英瓶，抽真空(10—8mmHg)后封閉，放入坩堝內(nèi)，熱區(qū)溫度保持在熔點(diǎn)，待熔融后，以1—5mm／h的速度下降坩堝并轉(zhuǎn)動(dòng)，即可得到CdTe單晶。還可生長(zhǎng)ZnSeCdSe和CdS等單晶。7（2）升華法升華法是利用II-VI族化合物固體在某一溫度、壓力下可以發(fā)生升華的現(xiàn)象，使升華的蒸汽冷凝生成晶體。8（3）移動(dòng)加熱法移動(dòng)加熱法分為移動(dòng)溶液法和移動(dòng)升華法。移動(dòng)溶液法是生長(zhǎng)高質(zhì)量單晶的

4、最簡(jiǎn)單、最可靠地方法之一。移動(dòng)升華法與移動(dòng)溶液法相似，只是生長(zhǎng)反應(yīng)管中為真空。92.II—VI族化合物的外延生長(zhǎng)III-V族化合物外延生長(zhǎng)方法，幾乎都可用來(lái)生長(zhǎng)II—VI族化合物薄膜。LPE法生長(zhǎng)II—VI族化合物薄膜是制作發(fā)光管工藝中較成熟的方法。生長(zhǎng)設(shè)備一般采用傾斜或水平滑動(dòng)舟等。溶劑：Te用的最多，此外還有Bi、Zn、Se、Sn、Zn-Ga、Zn-Ga-In等元素或合金。10(2)MOVPE法用MOVPE法制備的ZnSe薄膜在純度和晶體完整性上均優(yōu)于普通的氣相外延法。MOVPE法的生長(zhǎng)速率高、生長(zhǎng)溫度低，是常用的方法。11（3）HWE法H

5、otwallepitaxy法是一種氣相外延技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、造價(jià)低、節(jié)省原材料等，廣泛應(yīng)用在II-VI族和IV－VI族化合物薄膜材料的生長(zhǎng)。特點(diǎn)：熱壁的作用使得外延生長(zhǎng)在與源溫度接近的情況下進(jìn)行。如：生長(zhǎng)CdS薄膜，襯底溫度為450℃，源溫比襯底溫度高25℃，外延層含較低的雜質(zhì)和缺陷。12外延層的生長(zhǎng)速率R隨沉積溫度變化為E：激活能，C：常數(shù)，k：玻爾茲曼常數(shù)。R隨襯底溫度的這種變化，是由于溫度升高加速了組分A和B的反應(yīng)，促進(jìn)形成化合物AB的速度。139-2Ⅱ-Ⅵ族化合物的點(diǎn)缺陷與自補(bǔ)償現(xiàn)象1、兩性半導(dǎo)體?Ⅱ-Ⅵ族化合物晶體比Ⅲ-Ⅴ族化合物

6、晶體容易產(chǎn)生缺陷。Ⅱ-Ⅵ族化合物晶體中的點(diǎn)缺陷會(huì)造成其組成化學(xué)計(jì)量比的偏離，引起導(dǎo)電類型發(fā)生變化。MX表示Ⅱ-Ⅵ族化合物，在MX中的點(diǎn)缺陷主要有(1）空位VM、VX，（2）間隙原子Mi、Xi，（3）反結(jié)構(gòu)缺陷MX、XM，（4）以及外來(lái)雜質(zhì)F等。點(diǎn)缺陷在一定條件下會(huì)發(fā)生電離，放出電子或空穴呈現(xiàn)施主或受主性質(zhì)。1415?對(duì)離子性強(qiáng)的化合物半導(dǎo)體（如II-VI族化合物CdTe等），一般認(rèn)為有下列規(guī)律：“正電性強(qiáng)的原子空位VM起受主作用，負(fù)電性強(qiáng)的原子空位Vx起施主作用”?；衔颩X，認(rèn)為是由M+2和X-2組成的晶體。形成Vx時(shí)，相當(dāng)于在晶體X格點(diǎn)上拿

7、走一個(gè)電中性的X原子。Vx處留下兩個(gè)電子；空位Vx處的這兩個(gè)電子與其周圍帶正電的M+2作用，使其電荷正好抵消，Vx處保持電中性。16兩個(gè)電子不是填充在原子（或離子）的滿電子殼層上，容易被激發(fā)而成為自由電子，變?yōu)閷?dǎo)帶中的電子，因而負(fù)離子空位Vx起施主作用。當(dāng)Vx給出一個(gè)電子后，本身便帶正電荷以Vx+表示。當(dāng)給出兩個(gè)電子后，本身便帶二個(gè)正電荷，用Vx+2表示。17正離子空位VM的產(chǎn)生是從M+2格點(diǎn)處拿走一個(gè)電中性的M原子，VM處留下二個(gè)空穴（二個(gè)正電荷+e）?？昭杉ぐl(fā)到價(jià)帶成為自由空穴，故VM起受主作用。VM也是電中性的，給出一個(gè)空穴后帶負(fù)電；給

8、出二個(gè)空穴后成為VM-2。根據(jù)質(zhì)量作用定律得：兩種空位濃度之乘積[Vx]?[VM]在一定溫度下是一個(gè)常數(shù)，增大其中的一者，必定減少另一者。18當(dāng)改變與