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半导体复习材料

半导体复习材料
半导体复习材料

MOSFET

金属氧化物半导体场效应管 (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor.MOSFET )

一二类半导体区分 :

第一类:元素半导体:单一院子所组成的元素半导体,如硅(Si )、锗(Ge )

第二类:化合物半导体:由周期表中的两种元素或多种元素组成,如砷化镓(GaAs )

费米能级

费米能级是电子占据率为1/2时的能级能量。

n 型半导体(如单硅半导体掺杂施主As )的费米能级大于p 型半导体(如单硅半导体掺杂受主硼)的费米能级。

本征半导体:

??? ??--=kT E E N n F

C

c ex p ??

? ??--=kT E E N p V

C i

ex p i n p n == 2

i n p n =? ???

?

??++==C

V

V C i F N N kT E E E E ln 22 ???

?

??-=kT E N N n g

V C i 2exp

非本征半导体:(完全电离)

???? ???=-D C F C N N kT E E ln ???

?

???=-A V V F N N kT E E ln ??? ??-=kT E E n n i F i ex p ??

? ??-=kT

E E n p F

i i

ex p 2

i n p n =? 受主施主共存:

D A N p N n +=+ (电中性) 2i p n n p n =

()?

?

??

??

+-+-=

22421i A D A D n n N N N N n

()?

?

?

?

??

+-+-=

22421i D A D A p n N N N N p

直接间接带隙

直接带隙:导带底的电子相对于价带顶的空穴只有能量的跃迁没有非零的晶格动量(砷化镓) 间接带隙:导带底的电子相对于价带顶的空穴有非零的晶格动量(硅)

迁移率的影响因素

迁移率:描述外加电场影响电子运动的强度。迁移率与碰撞间的平均自由时间直接相关,而平均自由时间则取决于各种散射机制。其中最重要的两个机制为晶格散射以及杂质散射。 对低浓度的样品(如杂质浓度为3

14

10-cm ),晶格散射为主导机制,迁移率随温度的增加而减少。

对高杂质浓度的样品(如杂质浓度为3

19

10-cm ),杂质散射的效应在低温下最为显著,迁移率随温度的增加而增加。

给定温度下,迁移率随着杂质浓度的增加而减少,这是由于杂质散射增加所致。

漂移电流:

在外加电场作用下载流子的输运会产生电流,称为漂移电流

霍尔效应

在半导体上外加与电流方向垂直的磁场,会使得半导体中的电子与空穴受到不同方向的洛伦兹力而在不同方向上聚集,在聚集起来的电子与空穴之间会产生电场,电场强度与洛伦兹力产生平衡之后,不再聚集,此时电场将会使后来的电子和空穴受到电场力的作用而平衡掉磁场对其产生的洛伦兹力,使得后来的电子和空穴能顺利通过不会偏移,这个现象称为霍尔效应。而产生的内建电压称为霍尔电压。

扩散电流

在外加电场的作用下若载流子的浓度有一个空间上的变化,载流子倾向于从高浓度的区域移往低浓度的区域的电流分量称为扩散电流

复合

直接复合:亦称为带间复合,通常在直接带隙半导体中主导,如砷化镓

间接复合:通过禁带复合中心的间接复合则在间接带隙的半导体中主导,如硅。 表面复合:(随便看看就好)

增加复合效率的方法:掺杂深能级的施主受主来增加复合效率。

扩散电容

当结处于正向偏压时,中性区储存电荷的重排会对结电容产生一个显著的附加电容,称为扩散电容。

势垒电容

在积累空间电荷的势垒区,当PN结外加电压变化时,引起积累在势垒区的空间电荷的变化,即耗尽层的电荷量随外加电压而增多或减少,这种现象与电容器的充、放电过程相同。耗尽层宽窄变化所等效的电容称为势垒电容。

P-N结

同质结:将p型半导体与n型半导体冶金型接触形成的结。

异质结:由两种不同半导体所形成的结。

在外加偏压作用下:正向偏压p-n结W变窄方向偏压p-n结W变宽。

p-n结击穿:分为软击穿和热击穿。

软击穿:齐纳击穿(隧穿)和雪崩击穿。

齐纳击穿(隧穿):当一反向强电场加在p-n结时,价电子由价带跃迁到导带的电子穿过禁带的过程。

雪崩击穿:材料掺杂浓度较低的p-n结中,当p-n结反向电压增加时,空间电荷区中的电场随着增强。这样通过空间电荷区的电子和空穴,就会在电场作用下,使获得的能量增大。在晶体中运行的电子和空穴将不断的与晶体原子发生碰撞,通过这样的碰撞可使束缚在共价键中的价电子碰撞出来,产生自由电子-空穴对。新产生的载流子在电场作用下撞出其他价电子,又产生新的自由电子和空穴对。如此连锁反应,使得阻挡层中的载流子的数量雪崩式地增加,流过p-n结的电流就急剧增大击穿p-n结,这种碰撞电离导致击穿称为雪崩击穿。

热击穿:热击穿为固体电介质击穿的一种形式。击穿电压随温度和电压作用时间的延长而迅速下降,这时的击穿过程与电介质中的热过程有关,称为热击穿。热击穿的本质是处于电场中的介质,由于其中的介质损耗而产生热量,就是电势能转换为热量,当外加电压足够高时,就可能从散热与发热的热平衡状态转入不平衡状态,若发出的热量比散去的多,介质温度将愈来愈高,直至出现永久性损坏,这就是热击穿。(其实就是烧坏了)

双极性晶体管

大部分需要自己理解看课本前两节就好。

双极性晶体管原理:参考课本p113·P115。

发射极基极集电极的掺杂浓度取值:p115图4.3解读。

常有连接方式:共基组态-----p-123,共集组态----这个好像没有,共射组态-----p-124。

如何提高双极性晶体管的放大系数:

(也不知道是不是说那个频率响应的那个p-126)

如果不是可能是下面这个:

共基组态:发射区的掺杂必须远大于基区的掺杂。P-121 共射组态:厄雷效应p-125

MOS电容器

工作原理:p-150

功函数:为费米能级与真空能级之间的能量差。

电子亲和势:半导体中导带边与真空能级的差值。

Mos外加栅压表面状态(耗尽反型积累):

达到强反型的标准:

MOS器件中用得最多的是哪种方向的晶面,双极器件: MOS(100)双极型(111)

Mosfet 分类:

单晶硅的生长方法: 柴可拉斯基(直拉法)。 悬浮区熔工艺。

有效分凝系数:

当晶体生长时杂质会持续不断地被排斥而留在融体中(就1k 0<而言)。如果排斥的速率比杂质扩散或搅动产生的向外输运的速率高时,在界面处会有浓度梯度产生。其分凝系数为

()0C C k 1s 0=

。我们定义一有效分凝系数1

s e k C C

≡ (s C 为晶体中的掺杂浓度(以质量表示) 1C 为远离界面处的杂质浓度)

化学气相沉积与物理气相沉积方法:

化学气相沉积:有常压气相化学沉积、低压气相化学沉积、等离子体增强气相化学沉积。 物理气相沉积:蒸发、电子束蒸发、等离子体喷涂和溅射。

MOCVD :

有机金属化学气相沉积法 Metal-organic Chemical Vapor Deposition

光刻机曝光形式:

光刻机怎么比较好坏用什么参数来比较:

投影镜头分辨率、照明均匀 性、套刻精度、工作台步进精度、镜头畸变

正负性光刻胶(正性光刻胶分辨率高):

正性光刻胶:被曝光的区域变得易于溶解因此在显影步骤容易被去除。组成:感光化合物,树脂基材,有机溶剂。 负性光刻胶:被曝光的区域的光刻胶将变得难以溶解,导致负性光刻胶的图案与掩膜版图案反向。 组成:聚合物,感光化合物。

硅单晶的缺陷(判断是什么缺陷):

点缺陷,线缺陷,面缺陷(孪晶和晶粒间距),体缺陷。

电阻率与温度的关系:

在温度较低时,杂质没有完全电离,这时随温度升高,杂质电离增加直到完全电离,这段以载流子增加为主,所以电阻率降低;

随后温度升高,虽然本征激发开始,但载流子迁移率的下降对电阻率的升高影响更大,所以这段会使电阻率升高;

最后,温度的升高使本征激发带来的载流子浓度大大提高,超过了迁移率的下降对电阻率的升高影响,所以这段又会使电阻率降低. 电流--电压图解:

P-n 结 在正向 和反向偏压时的能带图和载流子浓度,注意正向偏压下,边界处(p x 和n x )的少数载流子浓度比平和浓度显著增加;而在反向偏压下,少数载流子浓度比平衡时要小。在耗尽区内,载流子分布的斜率随着正向偏压而减小。P91图3.14

什么是多子器件少子器件:

多数载流子其主要作用,或是少数载流子起重要作用,又分为多子器件和少子器件。 例如双极晶体管是少子导电--特点是电流能力大,但是开关速度相对较低,因为有少子电荷存储效应。

MOS 晶体管是多子导电---开关速度很快,可以工作在高的频率下,但是电流能力不如双极型器件

MOS 电容器与双极性晶体管的区别优缺点(ppt )语言描述:

Mos 电容器是利用栅极电场的作用来工作的;一种载流子——多数载流子工作的器件;在电流的主要通路(沟道)上不存在p-n 结;输入电阻接近无穷大;输入端不需要电流驱动,只需要电压即可,是电压驱动的器件,输入回路简单等。

双极型晶体管是利用p-n 结注入载流子来工作的;是两种载流子(多数载流子和少数载流子)参与工作的器件;是由两个背靠背连接的p-n 结构成的;输入电阻很小;输入端需要

有电流才能工作,是电流驱动的器件等。

光刻提高分辨率的方法:

分辨率技术 相移技术:用相移层覆盖于相邻的缝隙上防止相邻缝隙发生干涉增强缝隙中的电场强度,使其电场反相,

光学邻近修正:利用相邻的亚分辨率水平几何图形的修正来补偿因衍射效应所致的成像误差。

浸没式光刻:在系统中透镜和晶圆表面之间常用的气隙被折射率比空气大的液体煤质取代,分辨率可通过增加数值孔径得到增强,而数值孔径与成像媒质的折射率成正比。分辨率可按折射率的倍数增加。

其他:减小光源的波长,改变光刻胶的溶剂种类。

干湿法化学腐蚀:(是什么,有哪些,湿法具体步骤)

湿法:用强酸(如42SO H )或酸-氧化物(如3242O Cr SO H )液体来侵蚀并去除光刻胶,而且不会侵蚀氧化物和硅。

干法:用氧离子体,臭氧,紫外线/臭氧气体去除光刻胶。 具体步骤:p-421

光刻步骤:

(最好参照课本,)

题型

选择10*2’’

填空20*1’’

名词解释3*4’’简答3*5’’

作图3*4’’

计算1*11’’。

(完整版)光电材料

目录 目录 ------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1前言----------------------------------------------------------------------------------------- 2 2 有机光电材料 ------------------------------------------------------------------------------ 2 2.1光电材料的分类 --------------------------------------------------------------------- 2 2.2有机光电材料的应用 ---------------------------------------------------------------- 3 2.2.1有机太阳能电池材料--------------------------------------------------------- 3 2.2.2有机电致发光二极管和发光电化学池 --------------------------------------- 4 2.2.3有机生物化学传感器--------------------------------------------------------- 4 2.2.4有机光泵浦激光器 ----------------------------------------------------------- 4 2.2.5有机非线性光学材料--------------------------------------------------------- 5 2.2.6光折变聚合物材料与聚合物信息存储材料 ---------------------------------- 5 2.2.7聚合物光纤------------------------------------------------------------------- 6 2.2.8光敏高分子材料与有机激光敏化体系 --------------------------------------- 6 2.2.9 有机光电导材料 ------------------------------------------------------------- 6 2.2.10 能量转换材料 -------------------------------------------------------------- 7 2.2.11 染料激光器----------------------------------------------------------------- 7 2.2.12 纳米光电材料 -------------------------------------------------------------- 7 3 光电转化性能原理 ------------------------------------------------------------------------- 7 4 光电材料制备方法 ------------------------------------------------------------------------- 8 4.1 激光加热蒸发法 ------------------------------------------------------------------- 8 4.2 溶胶-凝胶法 ---------------------------------------------------------------------- 8 4.3 等离子体化学气相沉积技术(PVCD)------------------------------------------ 9 4.4 激光气相合成法 ------------------------------------------------------------------ 9 5 光电材料的发展前景---------------------------------------------------------------------- 10

半导体材料课程教学大纲

半导体材料课程教学大纲 一、课程说明 (一)课程名称:半导体材料 所属专业:微电子科学与工程 课程性质:专业限选 学分: 3 (二)课程简介:本课程重点介绍第一代和第二代半导体材料硅、锗、砷化镓等的制备基本原理、制备工艺和材料特性,介绍第三代半导体材料氮化镓、碳化硅及其他半导体材料的性质及制备方法。 目标与任务:使学生掌握主要半导体材料的性质以及制备方法,了解半导体材料最新发展情况、为将来从事半导体材料科学、半导体器件制备等打下基础。 (三)先修课程要求:《固体物理学》、《半导体物理学》、《热力学统计物理》; 本课程中介绍半导体材料性质方面需要《固体物理学》、《半导体物理学》中晶体结构、能带理论等章节作为基础。同时介绍材料生长方面知识时需要《热力学统计物理》中关于自由能等方面的知识。 (四)教材:杨树人《半导体材料》 主要参考书:褚君浩、张玉龙《半导体材料技术》 陆大成《金属有机化合物气相外延基础及应用》 二、课程内容与安排 第一章半导体材料概述 第一节半导体材料发展历程 第二节半导体材料分类 第三节半导体材料制备方法综述 第二章硅和锗的制备 第一节硅和锗的物理化学性质 第二节高纯硅的制备 第三节锗的富集与提纯

第三章区熔提纯 第一节分凝现象与分凝系数 第二节区熔原理 第三节锗的区熔提纯 第四章晶体生长 第一节晶体生长理论基础 第二节熔体的晶体生长 第三节硅、锗单晶生长 第五章硅、锗晶体中的杂质和缺陷 第一节硅、锗晶体中杂质的性质 第二节硅、锗晶体的掺杂 第三节硅、锗单晶的位错 第四节硅单晶中的微缺陷 第六章硅外延生长 第一节硅的气相外延生长 第二节硅外延生长的缺陷及电阻率控制 第三节硅的异质外延 第七章化合物半导体的外延生长 第一节气相外延生长(VPE) 第二节金属有机物化学气相外延生长(MOCVD) 第三节分子束外延生长(MBE) 第四节其他外延生长技术 第八章化合物半导体材料(一):第二代半导体材料 第一节 GaAs、InP等III-V族化合物半导体材料的特性第二节 GaAs单晶的制备及应用 第三节 GaAs单晶中杂质控制及掺杂 第四节 InP、GaP等的制备及应用 第九章化合物半导体材料(二):第三代半导体材料 第一节氮化物半导体材料特性及应用 第二节氮化物半导体材料的外延生长 第三节碳化硅材料的特性及应用 第十章其他半导体材料

(整理)半导体基础知识.

1.1 半导体基础知识概念归纳 本征半导体定义:纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。 电流形成过程:自由电子在外电场的作用下产生定向移动形成电流。 绝缘体原子结构:最外层电子受原子核束缚力很强,很难成为自由电子。 绝缘体导电性:极差。如惰性气体和橡胶。 半导体原子结构:半导体材料为四价元素,它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚,也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧。 半导体导电性能:介于半导体与绝缘体之间。 半导体的特点: ★在形成晶体结构的半导体中,人为地掺入特定的杂质元素,导电性能具有可控性。 ★在光照和热辐射条件下,其导电性有明显的变化。 晶格:晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵,称为晶格。 共价键结构:相邻的两个原子的一对最外层电子(即价电子)不但各自围绕自身所属的原子核运动,而且出现在相邻原子所属的轨道上,成为共用电子,构成共价键。 自由电子的形成:在常温下,少数的价电子由于热运动获得足够的能量,挣脱共价键的束缚变成为自由电子。 空穴:价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。 电子电流:在外加电场的作用下,自由电子产生定向移动,形成电子电流。 空穴电流:价电子按一定的方向依次填补空穴(即空穴也产生定向移动),形成空穴电流。 本征半导体的电流:电子电流+空穴电流。自由电子和空穴所带电荷极性不同,它们运动方向相反。 载流子:运载电荷的粒子称为载流子。 导体电的特点:导体导电只有一种载流子,即自由电子导电。 本征半导体电的特点:本征半导体有两种载流子,即自由电子和空穴均参与导电。 本征激发:半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。 复合:自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴,

半导体材料导论结课复习题

半导体材料复习题 1、半导体材料有哪些特征? 答:半导体在其电的传导性方面,其电导率低于导体,而高于绝缘体。 (1)在室温下,它的电导率在103~10-9S/cm之间,S为西门子,电导单位,S=1/ρ(Ω. cm) ;一般金属为107~104S/cm,而绝缘体则<10-10,最低可达10-17。同时,同一种半导体材料,因其掺入的杂质量不同,可使其电导率在几个到十几个数量级的范围内变化,也可因光照和射线辐照明显地改变其电导率;而金属的导电性受杂质的影响,一般只在百分之几十的范围内变化,不受光照的影响。 (2)当其纯度较高时,其电导率的温度系数为正值,即随着温度升高,它的电导率增大;而金属导体则相反,其电导率的温度系数为负值。 (3)有两种载流子参加导电。一种是为大家所熟悉的电子,另一种则是带正电的载流子,称为空穴。而且同一种半导体材料,既可以形成以电子为主的导电,也可以形成以空穴为主的导电。在金属中是仅靠电子导电,而在电解质中,则靠正离子和负离子同时导电。 2、简述半导体材料的分类。 答:对半导体材料可从不同的角度进行分类例如: 根据其性能可分为高温半导体、磁性半导体、热电半导体; 根据其晶体结构可分为金刚石型、闪锌矿型、纤锌矿型、黄铜矿型半导体; 根据其结晶程度可分为晶体半导体、非晶半导体、微晶半导体, 但比较通用且覆盖面较全的则是按其化学组成的分类,依此可分为:元素半导体、化合物半导体和固溶半导体三大类。 3、化合物半导体和固溶体半导体有哪些区别。 答:由两个或两个以上的元素构成的具有足够的含量的固体溶液,如果具有半导体性质,就称为固溶半导体,简称固溶体或混晶。固溶半导体又区别于化合物半导体,因后者是靠其价键按一定化学配比所构成的。固溶体则在其固溶度范围内,其组成元素的含量可连续变化,其半导体及有关性质也随之变化。 4、简述半导体材料的电导率与载流子浓度和迁移率的关系。 答:s = nem 其中: n为载流子浓度,单位为个/cm3; e 为电子的电荷,单位为C(库仑),e对所有材料都是一样,e=1.6×10-19C 。 m为载流子的迁移率,它是在单位电场强度下载流子的运动速度,单位为cm2/V.s; 电导率s的单位为S/cm(S为西门子)。 5、简述霍尔效应。 答:将一块矩形样品在一个方向通过电流,在与电流的垂直方向加上磁场(H),那么在样品的第三个方向就可以出现电动势,称霍尔电动势,此效应称霍尔效应。 6、用能带理论阐述导体、半导体和绝缘体的机理。 答:按固体能带理论,物质的核外电子有不同的能量。根据核外电子能级的不同,把它们的能级划分为三种能带:导带、禁带和价带(满带)。 在禁带里,是不允许有电子存在的。禁带把导带和价带分开,对于导体,它的大量电子处于导带,能自由移动。在电场作用下,成为载流子。因此,导体载流子的浓度很大。 对绝缘体和半导体,它的电子大多数都处于价带,不能自由移动。但在热、光等外界因素的作用下,可以使少量价带中的电子越过禁带,跃迁到导带上去成为载流子。 绝缘体和半导体的区别主要是禁的宽度不同。半导体的禁带很窄,(一般低于3eV),绝缘体的禁带宽一些,电子的跃迁困难得多。因此,绝缘体的载流子的浓度很小。导电性能很弱。实际绝缘体里,导带里的电子

(完整版)半导体物理知识点及重点习题总结

基本概念题: 第一章半导体电子状态 1.1 半导体 通常是指导电能力介于导体和绝缘体之间的材料,其导带在绝对零度时全空,价带全满,禁带宽度较绝缘体的小许多。 1.2能带 晶体中,电子的能量是不连续的,在某些能量区间能级分布是准连续的,在某些区间没有能及分布。这些区间在能级图中表现为带状,称之为能带。 1.2能带论是半导体物理的理论基础,试简要说明能带论所采用的理论方法。 答: 能带论在以下两个重要近似基础上,给出晶体的势场分布,进而给出电子的薛定鄂方程。通过该方程和周期性边界条件最终给出E-k关系,从而系统地建立起该理论。 单电子近似: 将晶体中其它电子对某一电子的库仑作用按几率分布平均地加以考虑,这样就可把求解晶体中电子波函数的复杂的多体问题简化为单体问题。 绝热近似: 近似认为晶格系统与电子系统之间没有能量交换,而将实际存在的这种交换当作微扰来处理。 1.2克龙尼克—潘纳模型解释能带现象的理论方法 答案: 克龙尼克—潘纳模型是为分析晶体中电子运动状态和E-k关系而提出的一维晶体的势场分布模型,如下图所示 利用该势场模型就可给出一维晶体中电子所遵守的薛定谔方程的具体表达式,进而确定波函数并给出E-k关系。由此得到的能量分布在k空间上是周期函数,而且某些能量区间能级是准连续的(被称为允带),另一些区间没有电子能级(被称为禁带)。从而利用量子力学的方法解释了能带现象,因此该模型具有重要的物理意义。 1.2导带与价带 1.3有效质量 有效质量是在描述晶体中载流子运动时引进的物理量。它概括了周期性势场对载流子运动的影响,从而使外场力与加速度的关系具有牛顿定律的形式。其大小由晶体自身的E-k

半导体材料(精)

半导体材料 概要 半导体材料(semiconductor material) 导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料,其电阻率在10(U-3)~10(U-9)欧姆/厘米范围内。半导体材料的电学性质对光、热、电、磁等外界因素的变化十分敏感,在半导体材料中掺入少量杂质可以控制这类材料的电导率。正是利用半导体材料的这些性质,才制造出功能多样的半导体器件。半导体材料是半导体工业的基础,它的发展对半导体技术的发展有极大的影响。半导体材料按化学成分和内部结构,大致可分为以下几类。1.元素半导体有锗、硅、硒、硼、碲、锑等。50年代,锗在半导体中占主导地位,但锗半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差,到60年代后期逐渐被硅材料取代。用硅制造的半导体器件,耐高温和抗辐射性能较好,特别适宜制作大功率器件。因此,硅已成为应用最多的一种增导体材料,目前的集成电路大多数是用硅材料制造的。2.化合物半导体由两种或两种以上的元素化合而成的半导体材料。它的种类很多,重要的有砷化镓、磷化锢、锑化锢、碳化硅、硫化镉及镓砷硅等。其中砷化镓是制造微波器件和集成电的重要材料。碳化硅由于其抗辐射能力强、耐高温和化学稳定性好,在航天技术领域有着广泛的应用。3.无定形半导体材料用作半导体的玻璃是一种非晶体无定形半导体材料,分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃两种。这类材料具有良好的开关和记忆特性和很强的抗辐射能力,主要用来制造阈值开关、记忆开关和固体显示器件。4.有机增导体材料已知的有机半导体材料有几十种,包括萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等,目前尚未得到应用。 特性和参数半导体材料的导电性对某些微量杂质极敏感。纯度很高的半导体材料称为本征半导体,常温下其电阻率很高,是电的不良导体。在高纯半导体材料中掺入适当杂质后,由于杂质原子提供导电载流子,使材料的电阻率大为降低。这种掺杂半导体常称为杂质半导体。杂质半导体靠导带电子导电的称N型半导体,靠价带空穴导电的称P型半导体。不同类型半导体间接触(构成PN结)或半导体与金属接触时,因电子(或空穴)浓度差而产生扩散,在接触处形成位垒,因而这类接触具有单向导电性。利

郑州大学半导体集成电路复习总结

1.基本概念: 集成电路:是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺,把构成具有一定功能的电路所需的半导体有源器件、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部“集成”在一块半导体单晶片上,封装在一个外壳内,执行特定电路或系统功能的电路。集成度:每块集成电路芯片中包含的元器件数目。 多项目晶圆技术:多项目晶圆就是将多个使用相同工艺的集成电路设计放在同一晶圆片上流片,制造完成后,每个设计可以得到数十片芯片样品,这一数量对于原型设计阶段的实验、测试已经足够。而该次制造费用就由所有参加MPW的项目按照芯片面积分摊,成本仅为单独进行原型制造成本的5%-10%,极大地降低了产品开发风险、培养集成电路设计人才的门槛和中小集成电路设计企业在起步时的门槛。 无生产线集成电路设计: 代工厂:加工厂的铸造车间,无自己产品。优良的加工技术(包括设计和制造)及优质的服务为客户提供加工服务。 2.微电子的战略地位:对人类社会的巨大作用 3.集成电路分类: 按器件结构类型分类:①双极集成电路②金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路 ③双极-MOS(BiMOS)集成电路 按集成度分类:①小规模集成电路②中规模集成电路③大规模集成电路 ④超大规模集成电路⑤特大规模集成电路⑥巨大规模集成电路按使用的基片材料分类:①单片集成电路②混合集成电路 按电路的功能结构分类:①数字集成电路②模拟集成电路③数模混合集成电路按应用领域分类:①标准通用集成电路②专用集成电路 4.集成电路按规模划分经历了哪几代?遵循什么定律? 小规模集成(SSI)→中规模集成(MSI)→大规模集成(LSI)→超大规模集成电路(VLSI) →特大规模集成电路(ULSI) → GSI(巨大规模集成) →SoC(系统芯片)。 摩尔定律:集成电路芯片的集成度每三年提高4倍,而加工特征尺寸缩小根号2倍。 5.IC(集成电路)、VLSI(超大规模集成电路)、ULSI(特大规模集成电路) 6.高K介质: 问题:90 nm工艺之前,晶体管之间的电流泄露问题并不是很严重,因为晶体管之间有较长的间距。但随着特征尺寸减小,不同晶体管间距变得很短,电流泄露现象变得异常严重,为了抵消泄露电流,芯片不得不要求更大的供电量,造成的直接后果就是芯片功耗增加。无论英特尔还是AMD(超微半导体),90纳米工艺制造的产品都没有在功耗方面表现出应有的优势,而按照惯例,每次新工艺都会让同型芯片的功耗降低30%左右。 解决:采用高K值的氧化物材料来制造晶体管的栅极,英特尔称之为“高K门电介

-纳米光电材料

纳米光电材料 1.定义:纳米材料是一种粒子尺寸在1到100nm的材料。纳米光电材料是指能够将光能转化为电能或化学能等其它能量的一种纳米材料。其中最重要的一点就是实现光电转化。 其原理如下: 光作用下的电化学过程即分子、离子及固体物质因吸收光使电子处于激发态而产生的电荷传递过程。当一束能量等于或大于半导体带隙( Eg) 的光照射在半导体光电材料上时,电子(e-) 受激发由价带跃迁到导带,并在价带上留下空穴(h + ),电子与孔穴有效分离,便实现了光电转化[1]。 2.分类:纳米光电材料的分类 纳米光电材料按照不同的划分标准有不同的分类,目前主要有以下几种: 1. 按用途分类:光电转换材料:根据光生伏特原理,将太阳能直接转换成电能的一种半导体光电材料。目前,小面积多结GaAs太阳能电池的效率超过40 %[2]。 光电催化材料:在光催化下将吸收的光能直接转变为化学能的半导体光电材料,它使许多通常情况下难以实现或不可能实现的反应在比较温和的条件下能够顺利进行。例如,水的分解反应,该反应的ΔrGm﹥﹥0在光电材料催化下,反应可以在常温常压下进行[3] 2. 按组成分类: 有机光电材料:由有机化合物构成的半导体光电材料。主要包括酞青及其衍生物、卟啉及其衍生物、聚苯胺、噬菌调理素等; 无机光电材料:由无机化合物构成的半导体光电材料。主要包括Si、TiO2、ZnS、LaFeO3、KCuPO4·6H2O、CuInSe2等; 有机与无机光电配合物:由中心金属离子和有机配体形成的光电功能配合物。主要有2,2-联吡啶合钌类配合物等[4]。 3. 按形状分类 纳米材料大致可分为纳米粉末、一维纳米材料、纳米膜等。 纳米粉:又称为超微粉或超细粉,一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒,是一种介于原

半导体材料

半导体材料 应用物理1001 20102444 周辉 半导体材料的电阻率界于金属与绝缘材料之间的材料。这种材料在某个温度 范围内随温度升高而增加电荷载流子的浓度,电阻率下降。由化合物构成的半导 体材料,通常是指无机化合物半导体材料。比起元素半导体材料来它的品种更多, 应用面更广。 半导体材料结构特征主要表现在化学键上。因为化合物至少由两个元素构 成,由于它们彼此间的原子结构不同,价电子必然向其中一种元素靠近,而远离 另一种元素,这样在共价键中就有了离子性。这种离子性会影响到材料的熔点、 带隙宽度、迁移率、晶体结构等。 化合物半导体的组成规律一般服从元素周期表排列的法则。对已知的化合物 半导体材料,其组成元素在同一族内垂直变换,其结果是随着元素的金属性增大 而其带隙变小,直到成为导体。反之,随着非金属性增加而其带隙变大,直至成 为绝缘体。 类别按其构成元素的数目可分为二元、三元、四元化合物半导体材料。它 们本身还可按组成元素在元素周期表中的位置分为各族化合物,如Ⅲ—V族,I —Ⅲ—Ⅵ族等。下面介绍二元化合物,其中主要的类别为Ⅲ—v族化合物半导体 材料,Ⅱ—Ⅵ族化合物半导体材料,Ⅳ—Ⅳ族化合物半导体材料。 Ⅳ—Ⅵ族化合物半导体材料。已发现具有半导体性质的有格式,GeSe,GeTe, SnO ,SnS,SnSe,SnTe,Pb0,PbS,PbSe,PbTe,其中PbO,PbS,PbSe,PbTe 2 已获重要用途。

V—Ⅵ族化合物半导体材料。已发现具有半导体性质的有Bi 2O 3 ,Bi 2 S 3 ,Bi 2 Se 3 , Bi 2Te 3 ,Sb 2 O 3 ,Sb 2 S 3 ,Sb 2 Te 3 、As 2 O 3 ,As 2 S 3 ,其中Bi 2 Te 3 ,Bi 2 Se 3 等已获实际应用。 I—Ⅵ族化合物具有半导体性质的有Cu 2 O,Cu 2 S,Ag 2 S,Ag 2 Se,Ag 2 Te等,其 中Cu 20,Cu 2 S已获应用。 三元化合物种类较多,如I—Ⅲ—Ⅵ、I—v—Ⅵ、Ⅱ—Ⅲ—Ⅵ、Ⅱ—Ⅳ—V 族等。多数具有闪锌矿、纤锌矿或黄铜矿型晶体结构,黄铜矿型结构的三元化合 物多数具有直接禁带。比较重要的三元化合物半导体有CuInSe 2,AgGaSe 2 , CuGaSe 2,ZnSiP 2 ,CdSiP 2 ,ZnGeP 2 ,CdGaS 4 ,CdlnS 4 ,ZnlnS 4 和磁性半导体。后者 的结构为AB 2X 4 (A—Mn,Co,Fe,Ni;B—Ga,In;X—S,Se)。 四元化合物研究甚少,已知有Cu 2FeSnS 4 ,Cu 2 FeSnSe 4 ,Cu 2 FeGeS 4 等。 应用化合物及其固溶体的品种繁多,性能各异,给应用扩大了选择。在光电子方面,所有的发光二极管、激光二极管都是用化合物半导体制成的,已获工业应用的有GaAs,GaP,GaAlAs,GaAsP,InGaAsP等。用作光敏元件、光探测器、光调制器的有InAsP,CdS,CdSe,CdTe,GaAs等。一些宽禁带半导体(SiC,ZnSe等)、三元化合物具有光电子应用的潜力。GaAs是制作超高速集成电路的最主要的材料。微波器件的制作是使用GaAs,InP,GaAlAs等;红外器件则用GaAs,GaAlAs,CdTe,HgCdTe,PbSnTe等。太阳电池是使用CdS,CdTe,CulnSe2,GaAs,GaAlAs等。最早的实用“半导体”是「电晶体/ 二极体」。 一、在无线电收音机及电视机中,作为“讯号放大器用。 二、近来发展「太阳能」,也用在「光电池」中。 三、半导体可以用来测量温度,测温范围可以达到生产、生活、医疗卫生、科研教学等应用的70%的领域,有较高的准确度和稳定性,分辨率可达0.1℃,甚至达到0.01℃也不是不可能,线性度0.2%,测温范围-100~+300℃,是性价比极高的一种测温元件。 其中在半导体材料中硅材料应用最广,所以一般都用硅材料来集成电路,因为硅是元素半导体。电活性杂质磷和硼在合格半导体和多晶硅中应分别低于

常用的半导体材料有哪些

常用的半导体材料有哪些? 晶圆 初入半导体行业为了尽快入门,我们必须对这个行业的主要物料做一个详细的了解,因为制造业的结构框架是人机料法环测。物料是非常关键的一部分,特别是对于半导体这类被人家卡脖子的行业更要牢记于心,尽快摆脱西方的围堵,但是基础材料这块需要长时间的积累,短期我们很难扭转当下这种憋屈的局面。 在半导体产业中,材料和设备是基石,是推动集成电路技术创新的引擎。半导体材料在产业链中处于上游环节,和半导体设备一样,也是芯片制造的支撑性行业,所有的制造和封测工艺都会用到不同的半导体材料。 半导体材料一般均具有技术门槛高、客户认证周期长、供应链上下游联系紧密、行业集中度高、技术门槛高和产品更新换代快的特点,目前高端产品市场份额多为海外企业垄断,国产化率较低,寡头垄断格局一定程度制约

了国内企业快速发展。华为事件的发生发展告诉我们半导体材料国产替代已经非常紧迫了。 半导体材料细分行业多,芯片制造工序中各单项工艺均配套相应材料。按应用环节划分,半导体材料主要可分为制造材料和封装材料。在晶圆制造材料中,硅片及硅基材料占比最高,约占31%,其次依次为光掩模板14%,电子气体14%,光刻胶及其配套试剂12%,CMP抛光材料7%,靶材3%,以及其他材料占13%。 在半导体封装材料中,封装基板占比最高,占40%。其次依次为引线框架15%、键合丝15%、包封材料13%、陶瓷基板11%、芯片粘合材料4%、以及其他封装材料2%。封装材料中的基板的作用是保护芯片、物理支撑、连接芯片与电路板、散热。陶瓷封装体用于绝缘打包。包封树脂粘接封装载体、同时起到绝缘、保护作用。芯片粘贴材料用于粘结芯片与电路板。封装方面相对难度要低一点,所以我们国家的半导体企业主要集中在封测这一后工艺领域。 半导体材料中前端材料市场增速远高于后端材料,前端材料的增长归功于各种前端技术的积极使用,如极紫外(EUV)曝光,原子层沉积(ALD)和等离子体化学气相沉积(PECVD)等。

半导体材料的发展现状与趋势

半导体材料与器件发展趋势总结 材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。材料已成为人类发晨的里程碑。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功,导致了电子工业大革命。使微电子技术和计算机技术得到飞速发展。从20世纪70年代的初期,石英光纤材料和光学纤维的研制成功,以及GaAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明,使光纤通信成为可能,目前光纤已四通八达。我们知道,每一束光纤,可以传输成千上万甚至上百万路电话,这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先进生长技术发展和完善以及超品格量子阱材料包括一维量子线、零维量子点材料的研制成功。彻底改变了光电器件的设计思想。使半导体器件的设计与制造从过去的杂质工程发展到能带工程。出现了以“电学特性和光学特性的剪裁”为特征的新范畴,使人类跨入到以量子效应为基础和低维结构为特征的固态量子器件和电路的新时代,并极有可能触发新的技术革命。半导体微电子和光电子材料已成为21世纪信息社会的二大支柱高技术产业的基础材料。它的发展对高速计算、大容量信息通信、存储、处理、电子对抗、武器装备的微型化与智能化和国民经济的发展以及国家的安全等都具有非常重要的意义。 一、几种重要的半导体材料的发展现状与趋势 1.硅单晶材料 硅单晶材料是现代半导体器件、集成电路和微电子工业的基础。目前微电子的器件和电路,其中有90%到95%都是用硅材料来制作的。那么随着硅单晶材料的进一步发展,还存在着一些问题亟待解决。硅单晶材料是从石英的坩埚里面拉出来的,它用石墨作为加热器。所以,来自石英里的二氧化硅中氧以及加热器的碳的污染,使硅材料里面包含着大量的过饱和氧和碳杂质。过饱和氧的污染,随着硅单晶直径的增大,长度的加长,它的分布也变得不均匀;这就是说材料的均匀性就会遇到问题。杂质和缺陷分布的不均匀,会使硅材料在进一步提高电路集成度应用的时候遇到困难。特别是过饱和的氧,在器件和电路的制作过程中,它要发生沉淀,沉淀时的体积要增大,会导致缺陷产生,这将直接影响器件和电路的性能。因此,为了克服这个困难,满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高,人们不得不采用硅外延片,就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样,可以有效地避免氧和碳等杂质的污染,同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法,还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结,这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产,8英寸的硅外延片,也正在从实验室走向工业生产;更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外,还有一些大功率器件,一些抗辐照的器件和电路等,也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的,它在生长时,不与石英容器接触,材料的纯度可以很高;利用这种材料,采用中子掺杂的办法,制成N或P型材料,用于大功率器件及电路的研制,特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面,它有着很好的应用前景。当然还有以硅材料为基础的SOI材料,也就是半导体/氧化物/绝缘体之意,这种材料在空间得到了广泛的应用。总之,从提高集成电路的成品率,降低成本来看的话,增大硅单晶的直径,仍然是一个大趋势;因为,只有材料的直径增大,电路的成本才会下降。我们知道硅技术有个摩尔定律,每隔18个月它的集成度就翻一番,它的价格就掉一半,价格下降是同硅的直径的增大密切相关的。在一个大圆片上跟一个小圆片上,工艺加工条件相同,但出的芯片数量则不同;所以说,增大硅的直径,仍然是硅单晶材料发展的一个大趋势。那我们从提高硅的

半导体材料的分类及应用

半导体材料的分类及应用

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半导体材料的分类及应用 能源、材料与信息被认为是当今正在兴起的新技术革命的三大支柱。材料方面, 电子材料的进展尤其引人注目。以大规模和超大规模集成电路为核心的电脑的问世极大地推动了现代科学技术各个方面的发展,一个又一个划时代意义的半导体生产新工艺、新材料和新仪器不断涌现, 并迅速变成生产力和生产工具,极大地推动了集成电路工业的高速发展。半导体数字集成电路、模拟集成电路、存储器、专用集成电路和微处理器,无论是在集成度和稳定可靠性的提高方面, 还是在生产成本不断降低方面都上了一个又一个新台阶,有力地促进了人类在生物工程、航空航天、工业、农业、商业、科技、教育、卫生等领域的全面发展, 也大大地方便和丰富了人们的日常生活。半导体集成电路的发展水平, 是衡量一个国家的经济实力和科技进步的主要标志之一, 然而半导体材料又是集成电路发展的一个重要基石。“半体体材料”作为电子材料的代表,在生产实践的客观需求刺激下, 科技工作者已经发现了数以千计的具有半导体特性的材料, 并正在卓有成效在研究、开发和利用各种具有特殊性能的材料。 1 元素半导体 周期表中有12 种具有半导体性质的元素( 见下表) 。但其中S、P、As、Sb 和I 不稳定,易发挥; 灰Sn在室温下转变为白Sn, 已金属;B、C的熔点太高, 不易制成单晶; T e 十分稀缺。这样只剩下Se、Ge 和Si 可供实用。半导体技术的早期( 50 年代以前) 。

半导体材料硅基本性质

半导体材料硅的基本性质 一.半导体材料 固体材料按其导电性能可分为三类:绝缘体、半导体及导体,它们典型的电阻率如下: 图1 典型绝缘体、半导体及导体的电导率范围 半导体又可以分为元素半导体和化合物半导体,它们的定义如下: 元素半导体:由一种材料形成的半导体物质,如硅和锗。 化合物半导体:由两种或两种以上元素形成的物质。 1)二元化合物 GaAs —砷化镓 SiC —碳化硅 2)三元化合物 As —砷化镓铝 AlGa 11 AlIn As —砷化铟铝 11 半导体根据其是否掺杂又可以分为本征半导体和非本征半导体,它们的定义分别为:本征半导体:当半导体中无杂质掺入时,此种半导体称为本征半导体。 非本征半导体:当半导体被掺入杂质时,本征半导体就成为非本征半导体。 掺入本征半导体中的杂质,按释放载流子的类型分为施主与受主,它们的定义分别为:施主:当杂质掺入半导体中时,若能释放一个电子,这种杂质被称为施主。如磷、砷就是硅的施主。 受主:当杂质掺入半导体中时,若能接受一个电子,就会相应地产生一个空穴,这种杂

质称为受主。如硼、铝就是硅的受主。 图(a)带有施主(砷)的n型硅 (b)带有受主(硼)的型硅 掺入施主的半导体称为N型半导体,如掺磷的硅。 由于施主释放电子,因此在这样的半导体中电子为多数导电载流子(简称多子),而空穴为少数导电载流子(简称少子)。如图所示。 掺入受主的半导体称为P型半导体,如掺硼的硅。 由于受主接受电子,因此在这样的半导体中空穴为多数导电载流子(简称多子),而电子为少数导电载流子(简称少子)。如图所示。 二.硅的基本性质 硅的基本物理化学性质 硅是最重要的元素半导体,是电子工业的基础材料,其物理化学性质(300K)如表1所示。 性质符号单位硅(Si) 原子序数Z 14 原子量M 原子密度个/cm3 ×1022 晶体结构金刚石型 晶格常数 a ? 熔点Tm ℃1420 密度(固/液) ρg/ cm3 介电常数ε0 个/ cm3×1010本征载流子浓度n i 本征电阻率ρi Ω·cm ×105

半导体材料的发展现状与趋势

半导体材料的发展现状与趋势

半导体材料与器件发展趋势总结 材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。材料已成为人类发晨的里程碑。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功,导致了电子工业大革命。使微电子技术和计算机技术得到飞速发展。从20世纪70年代的初期,石英光纤材料和光学纤维的研制成功,以及GaAs 等Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明,使光纤通信成为可能,目前光纤已四通八达。我们知道,每一束光纤,可以传输成千上万甚至上百万路电话,这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分的。超晶格概念的提出MBE、MOCVD先进生长技术发展和完善以及超品格量子阱材料包括一维量子线、零维量子点材料的研制成功。彻底改变了光电器件的设计思想。使半导体器件的设计与制造从过去的杂质工程发展到能带工程。出现了以“电学特性和光学特性的剪裁”为特征的新范畴,使人类跨入到以量子效应为基础和低维结构

的制作过程中,它要发生沉淀,沉淀时的体积要增大,会导致缺陷产生,这将直接影响器件和电路的性能。因此,为了克服这个困难,满足超大规模集成电路的集成度的进一步提高,人们不得不采用硅外延片,就是说在硅的衬底上外延生长的硅薄膜。这样,可以有效地避免氧和碳等杂质的污染,同时也会提高材料的纯度以及掺杂的均匀性。利用外延方法,还可以获得界面非常陡、过渡区非常窄的结,这样对功率器件的研制和集成电路集成度进一步提高都是非常有好处的。这种材料现在的研究现状是6英寸的硅外延片已用于工业的生产,8英寸的硅外延片,也正在从实验室走向工业生产;更大直径的外延设备也正在研制过程中。 除此之外,还有一些大功率器件,一些抗辐照的器件和电路等,也需要高纯区熔硅单晶。区熔硅单晶与直拉硅单晶拉制条件是不一样的,它在生长时,不与石英容器接触,材料的纯度可以很高;利用这种材料,采用中子掺杂的办法,制成N或P型材料,用于大功率器件及电路的研制,特别是在空间用的抗辐照器件和电路方面,

半导体材料有哪些

半导体材料有哪些 半导体材料有哪些 半导体材料很多,按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。锗和硅是最常用的元素半导体;化合物半导体包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物(砷化镓、磷化镓等)、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物(硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体(镓铝砷、镓砷磷等)。除上述晶态半导体外,还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。 半导体的分类,按照其制造技术可以分为:集成电路器件,分立器件、光电半导体、逻辑IC、模拟IC、储存器等大类,一般来说这些还会被分成小类。此外还有以应用领域、设计方法等进行分类,虽然不常用,但还是按照IC、LSI、VLSI(超大LSI)及其规模进行分类的方法。此外,还有按照其所处理的信号,可以分成模拟、数字、模拟数字混成及功能进行分类的方法。 延伸 半导体材料是什么? 半导体材料(semiconductor material)是一类具有半导体性能(导电能力介于导体与绝缘体之间,电阻率约在1mΩ·cm~1GΩ·cm范围内)、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。 自然界的物质、材料按导电能力大小可分为导体、半导体和绝缘体三大类。半导体的电阻率在1mΩ·cm~1GΩ·cm范围(上限按谢嘉奎《电子线路》取值,还有取其1/10或10倍的;因角标不可用,暂用当前描述)。在一般情况下,半导体电导率随温度的升高而升高,这与金属导体恰好相反。 凡具有上述两种特征的材料都可归入半导体材料的范围。反映半导体半导体材料内在基本性质的却是各种外界因素如光、热、磁、电等作用于半导体而引起的物理效应和现象,这些可统称为半导体材料的半导体性质。构成固态电子器件的基体材料绝大多数是半导体,正是这些半导体材料的各种半导体性质赋予各种不同类型半导体器件以不同的功能和特性。 半导体的基本化学特征在于原子间存在饱和的共价键。作为共价键特征的典型是在晶格结构上表现为四面体结构,所以典型的半导体材料具有金刚石或闪锌矿(ZnS)的结构。由于地球的矿藏多半是化合物,所以最早得到利用的半导体材料都是化合物,例如方铅矿

半导体材料

半导体材料应用前景调研报告 1.前言 随着科技的进步,半导体材料的研究与发展越来越受到人们的重视与青睐,从小小的光伏电池与LED灯,到雷达与红外探测器,无论是我们日常的生活中,还是包含国际顶尖技术的设备中,都有着半导体材料的影子。在材料领域里,半导体材料作为科学家们重点研究的对象,在现代社会中不断散发着光和热,使这个世界变得更加美好。 2.半导体材料的应用 (1)半导体照明技术 发光二极管,是一种半导体固体发光器件,是利用固体半导体芯片作为发光材料,在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射,直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。半导体照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。半导体照明具有高效、节能、环保、易维护等显著特点,是实现节能减排的有效途径,已逐渐成为照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一场照明光源的革命。目前LED已广泛用于大屏幕显示、交通信号灯、手机背光源等,开始应用于城市夜景美化亮化、景观灯、地灯、手电筒、指示牌等,随着单个LED亮度和发光效率的提高,即将进入普通室内照明、台灯、笔记本电脑背光源、LCD显示器背光源等,因而具有广阔的应用前景和巨大的商机。 (2)光伏电池 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应

工作的薄膜式太阳能电池为主流,而以光化学效应原理工作的太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴--电子对。在p-n结电场的作用下,空穴由n区流向p区,电子由p区流向n区,接通电路后就形成电流。无枯竭危险;绝对干净(无污染,除蓄电池外);不受资源分布地域的限制;可在用电处就近发电;能源质量高;使用者从感情上容易接受;获取能源花费的时间短;供电系统工作可靠等优点。但是太阳能电池成本还很高:比许多绿色/再生能源高很多,无法以合理成本提供大量需求。未来可以期待科学家及工程师们不断的研究,再加上半导体产业技术的进步,太阳能电池的效率也逐渐增加,而且发电系统的单位成本也正逐年下降。因此,随着太阳能电池效率的增加、成本的降低以及环保意识的高涨,太阳能电池的成本可望大幅降低。也可以利用便宜的镜子将阳光反射至昂贵的高效能太阳能电池(需注意散热),可以发电降低成本。 (3)集成电路 材料构成的PN结的单向导电性质,可以用其作出具有一定大小的逻辑电路。集成电路是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构;其中所有元件在结构上已组成一个整体,使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路发明者为杰克·基尔比和罗伯特·诺伊思。 有体积小,重量轻,引出线和焊接点少,寿命长,可靠性高,性能好等优点,同时成本低,便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用,同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。用集成电路来装配电子设备,其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍,设备的稳定工作时间也可大大提高。

新型半导体材料GaN简介

新型半导体材料GaN GaN的发展背景 GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点,是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料,并与SIC、金刚石等半导体材料一起,被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好(几乎不被任何酸腐蚀)等性质和强的抗辐照能力,在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。 在宽禁带半导体材料中,氮化镓由于受到缺乏合适的单晶衬底材料、位错密度大等问题的困扰,发展较为缓慢,但进入90年代后,随着材料生长和器件工艺水平的不断发展,GaN半导体及器件的发展十分迅速,目前已经成为宽禁带半导体材料中耀眼的新星。 GaN的特性 具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好(几乎不被任何酸腐蚀)等性质和强的抗辐照能力,在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。 GaN是极稳定的化合物,又是坚硬的高熔点材料,熔点约为1700℃,GaN 具有高的电离度,在Ⅲ—Ⅴ族化合物中是最高的(0.5或0.43)。在大气压力下,GaN晶体一般是六方纤锌矿结构。它在一个元胞中有4个原子,原子体积大约为GaAs的一半。因为其硬度高,又是一种良好的涂层保护材料。在室温下,GaN 不溶于水、酸和碱,而在热的碱溶液中以非常缓慢的速度溶解。NaOH、H2SO4和H3PO4能较快地腐蚀质量差的GaN,可用于这些质量不高的GaN晶体的缺陷检测。GaN在HCL或H2气下,在高温下呈现不稳定特性,而在N2气下最为稳定。GaN的电学特性是影响器件的主要因素。未有意掺杂的GaN在各种情况下都呈n 型,最好的样品的电子浓度约为4×1016/cm3。一般情况下所制备的P型样品,都是高补偿的。 很多研究小组都从事过这方面的研究工作,其中中村报道了GaN最高迁移率数据在室温和液氮温度下分别为μn=600cm2/v·s和μn=1500cm2/v·s,相应的载流子浓度为n=4×1016/cm3和n=8×1015/cm3。未掺杂载流子浓度可控制在

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