半導體材料ppt課件.ppt

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1、七、半導體材料SemiconductorMaterials9/19/202111.半導體材料定義材料按導電性能分為導體、半導體、絕緣體。半導體：一類具有半導體性能（導電能力介于導體與絕緣體之間，電阻率約在1mΩ·cm-1GΩ·cm），可用來制作半導體器件和集成電路的電子材料。9/19/20212半導體材料的主要應用二極管、三極管等分立器件集成電路微波器件光電器件紅外器件熱電器件壓電器件9/19/20213微電子器件9/19/20214第一個微處理器（1971）9/19/20215光電子器件9/19/20216光纖材料9/19/202172.半導體的特性半導體特性∶摻雜性，熱敏性，光敏性，負

2、電阻率溫度特性，整流特性、光生伏特效應等。★在形成晶體結(jié)構(gòu)的半導體中，人為地摻入特定的雜質(zhì)元素，導電性能具有可控性?！镌诠庹蘸蜔彷椛錀l件下，其導電性有明顯的變化。9/19/20218半導體的主要特征整流效應9/19/20219光電導效應在光線作用下，對于半導體材料吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半導體材料的禁帶寬度，就激發(fā)出電子-空穴對，使載流子濃度增加，半導體的導電性增加，阻值減低，這種現(xiàn)象稱為光電導效應。光敏電阻就是基于這種效應的光電器件。半導體的主要特征9/19/2021101839年，法國科學家貝克雷爾(Becqurel)就發(fā)現(xiàn)，光照能使半導體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。

3、這種現(xiàn)象后來被稱為“光生伏特效應”，簡稱“光伏效應”。光生伏特效應半導體的主要特征9/19/2021113.半導體的導電機理半導體價帶中的電子受激發(fā)后從滿價帶躍到空導帶中，躍遷電子可在導帶中自由運動，傳導電子的負電荷。同時，在滿價帶中留下空穴，空穴帶正電荷，在價帶中可按電子運動相反的方向運動而傳導正電荷。因此，半導體的導電來源于電子和空穴的運動，電子和空穴都是半導體中導電的載流子。激發(fā)既可以是熱激發(fā)，也可以是非熱激發(fā)，通過激發(fā)，半導體中產(chǎn)生載流子，從而導電。9/19/2021124.半導體材料發(fā)展歷程由于地球的礦藏多半是化合物，所以最早得到利用的半導體材料都是化合物,例如方鉛礦(PbS)很

4、早就用于無線電檢波，氧化亞銅(Cu2O)用作固體整流器，閃鋅礦(ZnS)是熟知的固體發(fā)光材料，碳化硅(SiC)的整流檢波作用也較早被利用。硒(Se)是最早發(fā)現(xiàn)并被利用的元素半導體，曾是固體整流器和光電池的重要材料。元素半導體鍺（Ge）放大作用的發(fā)現(xiàn)開辟了半導體歷史新的一頁，從此電子設備開始實現(xiàn)晶體管化。中國的半導體研究和生產(chǎn)是從1957年首次制備出高純度(99.999999%～99.9999999%)的鍺開始的。采用元素半導體硅（Si）以后，不僅使晶體管的類型和品種增加、性能提高，而且迎來了大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的時代。以砷化鎵(GaAs)為代表的Ⅲ－Ⅴ族化合物的發(fā)現(xiàn)促進了微波器件和光電

5、器件的迅速發(fā)展。9/19/2021135.半導體的分類按成分可將半導體分為元素半導體和化合物半導體。元素半導體又可分為本征半導體和雜質(zhì)半導體?；衔锇雽w又可分為合金、化合物、陶瓷和有機高分子四種半導體。什么是本征半導體、雜質(zhì)半導體？半導體中價帶上的電子借助于熱、電、磁等方式激發(fā)到導帶叫做本征激發(fā)。本征半導體就是指滿足本征激發(fā)的半導體。利用雜質(zhì)元素摻入純元素中，把電子從雜質(zhì)能級激發(fā)到導帶上或者把電子從價帶激發(fā)到雜質(zhì)能級上，從而在價帶中產(chǎn)生空穴的激發(fā)叫做非本征激發(fā)或雜質(zhì)激發(fā)。滿足這種激發(fā)的半導體就稱為雜質(zhì)半導體。按摻雜原子的價電子數(shù)半導體可分為施主型和受主型，前者摻雜原子的價電子多于純元素的

6、價電子，后者正好相反。還可按晶態(tài)把半導體分為結(jié)晶、微晶和非晶半導體。此外，還有按能帶結(jié)構(gòu)和電子躍遷狀態(tài)將半導體進行分類。9/19/202114半導體的分類：半導體本征半導體雜質(zhì)半導體化學成分元素半導體化合物半導體結(jié)構(gòu)與性能液態(tài)半導體非晶態(tài)半導體（主要兩類：硫系玻璃、四面體鍵非晶態(tài)半導體）……9/19/202115半導體材料分類（1）元素半導體元素半導體大約有十幾種處于IIIA族-VIIA族的金屬與非金屬的交界處。C、P、Se具有絕緣體與半導體兩種形態(tài);B、Si、Ge、Te具有半導性；Sn、As、Sb具有半導體與金屬兩種形態(tài)。P的熔點與沸點太低,Ⅰ的蒸汽壓太高、容易分解，所以它們的實用價值不

7、大。As、Sb、Sn的穩(wěn)定態(tài)是金屬，半導體是不穩(wěn)定的形態(tài)。B、C、Te也因制備工藝上的困難和性能方面的局限性而尚未被利用。因此這11種元素半導體中只有Ge、Si、Se3種元素已得到利用。Ge、Si仍是所有半導體材料中應用最廣的兩種材料。9/19/202116硅和鍺的性質(zhì)硅和鍺都是具有灰色金屬光澤的固體，硬而脆。兩者相比，鍺的金屬性更顯著。鍺的室溫本征電阻率約為50Ω·cm，而硅的約為2.3×105Ω·cm，硅在切割時易碎