最新09章-II-VI族化合物半導體匯總幻燈片.ppt

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1、09章-II-VI族化合物半導體匯總(3)Ⅱ-Ⅵ族化合物熔點較高，在熔點下具有一定的氣壓，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可以生成兩種導電類型的晶體外，其它均為單一的導電類型，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)點缺陷密度大，易發(fā)生補償效應(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。?Ⅱ-Ⅵ族化合物的能帶結(jié)構(gòu)都是直接躍遷型，且在Г點（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

2、物半導體和元素半導體的Eg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族化合物半導體的禁帶寬度逐漸變小。垂直布里奇曼爐將純Cd和純Te按一定計量比裝入石英瓶，抽真空(10—8mmHg)后封閉，放入坩堝內(nèi)，熱區(qū)溫度保持在熔點，待熔融后，以1—5mm／h的速度下降坩堝并轉(zhuǎn)動，即可得到CdTe單晶。還可生長ZnSeCdSe和CdS等單晶。（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。（3）移動加熱法移動加熱

3、法分為移動溶液法和移動升華法。移動溶液法是生長高質(zhì)量單晶的最簡單、最可靠地方法之一。移動升華法與移動溶液法相似，只是生長反應(yīng)管中為真空。能否象制備III-V族化合物晶體那樣采用B2O3液態(tài)密封法制備II-VI族化合物晶體呢?由于B2O3對II-VI族熔體產(chǎn)生嚴重的B污染(達300ppm)，而且B2O3還與II-VI族化臺物有混合作用，故不能用B2O3液態(tài)密封法生長晶體。另外，由于熔體生長CdS、ZnS時，硫氣氛還會與石墨加熱器反應(yīng)，生成CS2會引起爆炸。2.II—VI族化合物的外延生長III-V族化合物外延生長方法，幾乎都可用來生長II—VI族化合物

4、薄膜。LPE法生長II—VI族化合物薄膜是制作發(fā)光管工藝中較成熟的方法。生長設(shè)備一般采用傾斜或水平滑動舟等。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。(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法的生長速率高、生長溫度低，是常用的方法。（3）HWE法（熱壁外延法）Hotwallepitaxy法是一種氣相外延技術(shù)。優(yōu)點：設(shè)備簡單、造價低、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。特點：熱壁的作用使得外延生長在與源

5、溫度接近的情況下進行。如：生長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。外延層的生長速率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)，促進形成化合物AB的速度。9-2Ⅱ-Ⅵ族化合物的點缺陷與自補償現(xiàn)象1、兩性半導體?Ⅱ-Ⅵ族化合物晶體比Ⅲ-Ⅴ族化合物晶體容易產(chǎn)生缺陷。Ⅱ-Ⅵ族化合物晶體中的點缺陷會造成其組成化學計量比的偏離，引起導電類型發(fā)生變化。MX表示Ⅱ-Ⅵ族化合物，在MX中的點缺陷主要有(1）空位VM、VX，（2）間隙原子Mi、Xi，

6、（3）反結(jié)構(gòu)缺陷MX、XM，（4）以及外來雜質(zhì)F等。點缺陷在一定條件下會發(fā)生電離，放出電子或空穴呈現(xiàn)施主或受主性質(zhì)。?對離子性強的化合物半導體（如II-VI族化合物CdTe等），一般認為有下列規(guī)律：“正電性強的原子空位VM起受主作用，負電性強的原子空位Vx起施主作用”?；衔颩X，認為是由M+2和X-2組成的晶體。形成Vx時，相當于在晶體X格點上拿走一個電中性的X原子。Vx處留下兩個電子；空位Vx處的這兩個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。兩個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)?/p>

7、導帶中的電子，因而負離子空位Vx起施主作用。當Vx給出一個電子后，本身便帶正電荷以Vx+表示。當給出兩個電子后，本身便帶二個正電荷，用Vx+2表示。正離子空位VM的產(chǎn)生是從M+2格點處拿走一個電中性的M原子，VM處留下二個空穴（二個正電荷+e）?？昭杉ぐl(fā)到價帶成為自由空穴，故VM起受主作用。VM也是電中性的，給出一個空穴后帶負電；給出二個空穴后成為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常數(shù)（肖特基常數(shù)），增大其中的一者，必定減少另一者。當改變與晶體接觸的氣體的蒸氣時，即可改變晶體中空位的濃度。增加X2的

8、分壓值（或降低M的分壓值），會引起正離子空位VM的增加，負離子空位Vx的減少，相應(yīng)于化合物中X超過M，即偏離