InN半导体材料及器件研究进展
摘要：InN是性能优良的三五族化合物半导体材料，在光电子领域有着非常重要的应用价值，因此一直是国际国内研究的焦点。这里，就InN材料的制备方法、P型掺杂、电学特性、光学特性、高温退火特性、器件的研究应用以及研究的最新进展进行了综述。
关键词：InN 制备特性应用太赫兹辐射进展
1.引言：三族氮化物半导体材料GaN、AlN、InN是性能优越的半导体材料。在光电子器
件方面已有重要的应用，在光电集成、超高速微电子器件及集成电路上也有十分广阔的前景。但是因为InN具有低得离解温度，要求低温生长，而作为氮源的NH3的分解温度较高，这是InN生长的一对矛盾。其次，对已氮化銦材料生长又缺少与之匹配的衬底材料，使得高质量氮化銦材料生长特别困难，有没有什么进展。后来的理论研究表明，InN 具有极高的漂移速度和电子渡越速度以及最小的有效电子质量。同时电子迁移率也比较高。因此，InN材料是理想的高速、高频晶体管材料。最近研究表明：InN的禁带宽度也许是0.7eV左右，而不是先前普遍接受的1.9eV，所以通过调节合金组分可以获得从
0.6eV（InN）到6.2eV（AlN）的连续可调直接带隙，这样利用单一体系的材料就可以制
备覆盖从近红外到深紫外光谱范围的光电器件。因此，InN有望成为长波长半导体光电器件、全彩显示、高效率太阳能电池的优良半导体材料。理论研究表明，1nN材料在Ⅲ族氮化物半导体材料中具有最高的迁移率（室温下最大的迁移率是14000 平方厘米/V s）、峰值速率、电子漂移速率和尖峰速度（4.3×107cm/s）以及具有最小的有效电子质量m*=0.05m0。这些特性使得InN在高频率，高速率晶体管的应用上有着非常独特的优势。然而，由于InN的制备和检测都比较困难，对其研究和应用还很不完善。尽管如此，随着材料生长技术的不断发展进步以及材料生长工艺的提高，现在已经可以在不同衬底材料上外延生长得到质量较好的InN薄膜单晶材料，同时，由于测量技术的进一步提高，使得InN材料的研究和应用迈进了很大一步。一些相关的应用研究和器件也已有很多报道：如用作异质结场效应管，气体/液体传感器，异质结太阳能电池的透明传导窗口材料，InN/Si p-n结；InN薄膜已经被尝试着作为Li离子薄膜电池的阳极；还有InN热电器件以及太赫兹发射器件；InN的欧姆接触也已经被证实，InN/GaN的肖特基接触也已经实现；对于P型掺杂方面，也取得了显著成果；此外，InN具有很高的折射率(>3)，还可以应用到光子晶体的设计中。
鉴于InN材料有如此重要的应用价值以及最近来自国际和国内的诸多报道，本文对InN 材料的最新研究进展，包括电学、光学性质及其应用方面做些归纳和总结。
2.InN材料的最新研究进展
2.1InN材料的制备
制备高质量的InN体单晶材料和外延薄膜单晶材料是研究和开发InN材料应用的前提。但是，制造InN薄膜有两大困难，一是InN材料的离解温度较低，在600℃左右就分解了，这就要求在低温生长下InN ,而作为氮源的NH3的分解温度较高，要求1000℃左右，这是InN生长的一对矛盾，因此采用一般的方法很难制备单晶体材料，目前制造InN薄膜最常用的方法是MBE、HVPE、磁控溅射、MOCVD技术；二是很难找到合适的衬底，由于InN 单晶非常难获得，所以必须得异质外延InN薄膜，这就很难避免晶格匹配这个大问题。一般
都是在蓝宝石衬底上先生长氮化物的缓冲层，然后再异质外延InN薄膜，研究表明，GaN缓冲层上生长的InN薄膜比较理想。
当前，等离子体辅助（PA－MBE）技术是优良InN薄膜制备的主要方法。其直接以金属In的分子束作为Ⅲ族金属有机源，利用等离子体辅助增强技术激发NH3或N2作为N源，在衬底材料表面反应生成InN。实验结果充分表明，这种方法制备的InN薄膜质量高，可重复性好：2006年3月，ChadS.Gallinat等人利用等离子体辅助MBE方法在GaN缓冲层上生长了In极化InN，室温下电子迁移率高达2250平方厘米/V s，表面电子积累层密度为5.11×1013cm-2，最厚的InN样品禁带宽度约为0.65eV。随后，G.Koblmuller等人利用等离子体辅助MBE方法利用高质量的GaN模板的氮表面上生长了InN，实现室温电子迁移率高达2370平方厘米/V s。表面电子积累层密度为3×1013cm-2，InN样品禁带宽度约为0.626eV。MBE技术生长可以精确控制外延膜厚度，得到优良的外延材料，但生长的速度较慢，对于较厚要求的外延生长耗时过长，不能满足大规模生产的要求。对于光电器件，特别是LED、LD 芯片，一般都采用MOCVD技术。
MOCVD技术是以In有机源为金属源，以N2作为载气，NH3作为氮源，通过二步工艺或其它手段在低温500℃左右进行InN生长。MOCVD的生长速度适中，可以比较精确地控制外延薄膜厚度,特别适合于光电器件的大规模工业生产。利用此方法生长InN薄膜，温度的控制是非常关键的，生长温度严重影响着单晶性、表面形态、生长速率，电子特性等。研究表明，最佳的温度范围是500－650℃。P.Singh等人在不同温度下利用MOCVD在蓝宝石衬底上的GaN缓冲层上生长了InN，发现在550℃的生长条件下，样品质量较好，光致发光带隙为（0.7eV），强度最强，电子浓度最低（7×1018cm-3），迁移率最大（1300平方厘米/Vs-1）。同时也发现随着生长温度的增加,光致发光峰向高能方向移动。最近，M.Alevli等人利用高压MOCVD（HPMOCVD）技术分别在蓝宝石和GaN外延层上生长了InN薄膜，此方法打破了常规条件，在温度高达1150K、大气压为15 Bars的条件下外延InN薄膜,得到了载流子浓度在1019cm-3、迁移率为430平方厘米/V s-1，带隙为1.1eV的高质量InN薄膜。这在制备方法上是一个新突破，有望带来新的发展。
最近也有一些关于磁控溅射、HVPE制备InN薄膜的报道，但这些方法制备出的InN薄膜质量较差，重复性也不好。
2.2 InN材料的电学特性
2.2.1带隙问题
对InN材料最为关注的就是其带隙问题，到现在还有很多疑问没有解决。虽然现在很多文献中都认为其带隙为0.6－0.9eV，但也有文献认为InN的带隙也许比这个值稍大一些：1.25–1.30eV 。持较大带隙观点的认为带隙为0.6－0.7eV的这些样品中也许含有深的缺陷能级，文献认为InN中存在深能级缺陷，大约是0.5eV，这样一来0.7eV正好对应的是1.25－1.30eV。持低能带隙的认为测得较高带隙的样品是由于掺入杂质、Moss-Burstein效应，或是其它因素造成的。文献中研究了氧掺杂对InN带隙的影响，通过掺入不同的氧杂质，得到了带隙从0.7－2.0连续变化的禁带，说明氧是造成带隙变宽的一个因素。造成InN样品带隙过高的另一个潜在因素是Moss－Burstein效应，当导带中电子浓度超过导带边缘的能态密度时，费米能级就会处在导带中，电子填充了导带底，此时由光学吸收方法所测得的带隙将会偏大，即吸收峰将会随着电子浓度上升而向着高能方向移动，此效应已被很多实验所证实。虽然在带隙问题上还有争论，但最近很多文献表明InN的带隙是在0.7eV左右，而且具有非常高的重复性，对于较高带隙的样品，大都是质量较差的样品。P.P. Chen等人在不同生长条件下利用N2辅助等离子体MBE方法在以Al2O3为衬底的GaN缓冲层上生长了InN 薄膜并做了相关的电学光学测试。研究发现实验所观测到的InN带隙强烈的依赖于生长条件，不同条件生长的InN薄膜，其带隙有很大的变化。实验中将衬底温度从200℃增加到500℃，样品质量大大提高，带隙从1.8eV下降到了1.1eV。这进一步支持了高质量样品的窄带隙观点。
2.2.2n型导电特性
InN材料的另一个重要问题是本征InN都呈现出很强的n型电导特征，这与GaN有些相似，但在InN中这个问题更加严重。可以看出InN的费米稳定能级EB在导带里面，这就意味着在InN中即使电子浓度升高，费米能级增大，也很难形成p型的本征补偿缺陷，这就使得电子饱和浓度变得非常大，理论计算表明其饱和电子浓度NS接近1021cm-3。很多文献也解释了本征InN的强n型特征，最近文献利用霍尔测试方法对一批高质量的InN薄膜进行了测量，结果发现随着样品厚度从50nm－12000nm逐渐增加，电子浓度从1019cm-3降低到了1017cm-3。作者认为杂质和InN表面贡献的电子浓度不能完全解释这个现象，从而认为材料中的位错N空穴（V+N）也应该是产生自由电子的一个因素，实验与理论计算非常符合。由于在GaN中，费米能级在稳定费米能级EB（通常表示为EFS）之上，根据两性缺陷原理，此时V-Ga的形成能Ef比较低，样品种容易形成大量的Ga空穴，对n型造成一定的补偿，所以在本征的GaN中，自由电子浓度并不是很大。而在InN中，由于其费米能级远在EB之下，所以V+N的形成能Ef仍然较低，即可以形成大量的V+N施主缺陷，或是其它施主类缺陷以及表面施主态，增大了自由电子浓度，特别是在样品表面。
2.2.3InN中的掺杂行为
最近备受关注的是InN的p型掺杂问题。要实现InN基光电子器件，如高效率太阳能电池,发光二级管,激光二极管, 高速高频晶体管，则首先必须得获得良好的P型掺杂，这对InN材料提出了很大的挑战。GaN中价带顶在稳定费米能级（EFS）之下2.7eV下，理论上预测其最大空穴浓度是1018cm-3,可以看出，InN中价带顶在EFS之下约1eV处，更接近费米稳定能级，所以按理说相对于GaN，InN的P型掺杂应该更容易实现。然而由于价带底位于EFS之下在0.9eV，根据两性缺陷原理，自由电子浓度比较大，这使得P型掺杂的实现和测量都变得非常困难。然而，尽管如此，最近也有文献报道了有关InN的P型掺杂，文献利用MBE技术在以c轴取向的蓝宝石为衬底的200nm厚的GaN缓冲层上，生长了大约有500nm厚InN外延层，并进行了不同程度的Mg掺杂，从2×1020到1×1021cm-3。由于InN材料中可靠的肖特基接触还未被证实，所有研究过的金属都显示欧姆接触，所以标准的C－V测量是不可行的。文中用电解液形成InN的整流接触，由基于电解液的电容－电压测量法（Electrolyte-based capacitance-voltage (CV) measurements）来测量表面附近的电荷浓度与深度的关系。研究发现： Mg掺杂InN样品内部呈现出较强的p型特征，而表面是个n型反型层。样品内部的p型特征是将表面的自由电子积累层的电导特征隔离后测得的，因此只证实了体内受主的净浓度，不能证实自由空穴的存在，Mg受主的结合能还是未知的。也许在室温下只有小部分Mg受主杂质电离，这需要进一步定量测量p型InN体内净的电离受主的浓度。P.A. Anderson等人利用PA－MBE技术制备了Mg掺杂InN薄膜，利用可变磁场霍尔效应、光荧光实验，CV分析等方法研究了不同浓度Mg掺杂InN的电学和光学特性。研究发现Mg的电离能大约为110meV，在n型表面层下面存在很强的p型特征。
2.2.4电学输运特性
到目前为止，InN的载流子输运特性方面研究相对较少。最近，通过研究GaAs衬底上用射频磁控溅射生长的六方InN薄膜变温电导来得到其载流子输运特性，发现晶界势垒模型能成功的解释InN薄膜的载流子输运特性：由于InN薄膜内各微晶粒中存在较多的缺陷，这些缺陷俘获了一定数量的自由载流子。因此在此处形成了一定的晶界势垒，部分的阻碍了载流子在内部的输运：载流子的输运特性是由空穴在晶界处的积累决定的。
2.2.5表面电荷与界面特性
由于InN 及其异质结构材料的表面和界面特性将会对InN 在器件(特别是在低维器
件) 应用产生重要的影响,所以了解InN 材料的表面和界面特性显得尤为重要。Lu 等
人[62 ]研究了MBE 法在蓝宝石衬底上生长的极薄InN 薄膜的迁移率随温度的变化关系,
并获得其表面电荷特性。他们研究了一系列厚度不同(10～80 nm) 的InN/ AlN/ sapphire 和InN/ GaN/ sapphire 样品面载流子密度与膜厚的关系,如图14 所示。这两类样品的面载流子密度皆随着膜厚的增加而线性增大,表明体层面载流子密度是一常值,而把拟合直线
外推至薄膜厚度为0 时,截距并非为0 。这表明载流子并非均匀分布在薄膜中,样品中存
在界面或表面电荷积累。对于AlN 缓冲层上的InN 薄膜,剩余面电荷约为4. 3 ×1013
cm- 2 ,而GaN 缓冲层上的InN 薄膜剩余面电荷密度约为2. 5 ×1013 cm- 2 。此外,线性的伏安特性曲线表明Hg 与InN 薄膜并不直接形成肖特基接触,这与Hg 易与大多数ⅢOV
族材料形成整流接触的行为不相吻合,且InN 薄膜载流子浓度在1018 cm- 3 ,这个浓度值
并不高,极可能导致金属与InN 间形成肖特基接触。因此实际上的欧姆接触很可能是由
于表面电荷积累,以致导带下弯造成的。进一步证实了InN 中存在表面电荷积累的是电
容O电压(COV) 谱的结果。Lu 等人根据COV 谱测量结果得到了其中一块InN 样品载流子
浓度与深度的关系(20～60 ! ) ,可以看到InN 表面60 ! 深度内载流子浓度
产生了梯度性的变化,从1020降至1018 cm- 3 。将载流子浓度对深度积分后得到表面面载流子密度为1. 57 ×1013 cm- 2 ,与先前得到的剩余面电荷密度基本一致,直接说明了在InN 表面存在着表面电荷积累。
由于InN 薄膜与AlN、GaN、GaAs 和蓝宝石等衬底材料间的晶格失配较大,界面上有大量压电电荷产生,使得它可能在高电子迁移率晶体管(HEMT) 应用上有很大优势,因此,研究它的界面特性也很重要。美国Cornell 大学研究组Schaff 等人[66 ]成功地在InN薄膜上生长AlN 势垒,获得AlN/ InN 异质结构,其中InN 层厚度为20 ! ,载流子浓度低于1018 cm- 3 ,并通过COV 谱发现InN 层中存在二维电子气(2DEG) 的积累,直接表明InN可以用于HEMT 器件。最近我们[67 ]的研究结果发现对于采用射频磁控溅射在半绝缘的GaAs 衬底上生长的InN 样品, InN/ GaAs 界面上存在的界面陷阱及界面电荷会导致负电容效应。我们曾测量半绝缘GaAs 衬底上用射频磁控溅射法得到的InN 薄膜同侧电容O频率(C-f) 特性,发现所有不同生长条件(生长气压,衬底温度) 下得到的InN 样品都表现出负电容特性,。由于电极是在同侧,因此无法确定这究竟是InN 薄膜的特性还是薄膜与衬底间的界面造成的。为此比较了不同衬底的测量结果,发现在蓝宝石衬底上的InN薄膜C-f 特性中也可以观察到负电容现象,但数值大小却与GaAs 衬底上的相差很大,这说明两种不同衬底InN 薄膜上观测到的负电容特部分是源于界面的贡献,因为喇曼谱很清楚地表明InN/ GaAs 界面与InN/ 蓝宝石界面相差很大。由于所测得的电容是InN 薄膜的电容和界面贡献的电容之和,所以可以分别用不同的模型计算出薄膜的电容和界面贡献的电容值,以确定负电容的来源。根据IOV 特性和Penin[68 ]提出的均匀半导体模型,我们计算发现所有InN 薄膜本身电容与频率的关系相似,但却是正值,且数值大小与实验得到的电容绝对值相比可以忽略,因此GaAs 衬底InN薄膜中观测到的负电容特性源于InN 与GaAs 界面的贡献,而非薄膜本身的性质。事实上,由于InN与GaAs 晶格失配较大,界面上存在大量的界面陷阱,当交流小信号δV 存在时,界面陷阱能俘获一定量的电荷,产生偶极子层来调制界面势垒高度,因此势垒高度的变化δVi 主要依赖于InN/ GaAs 界面
的载流子俘获与激发。这样的一个过程需要一定的时间,导致δVi 的变化迟滞于δV ,最终导致了负电容的出现,即图16 所出现的现象。我们通过基于充放电和迟滞电导的暂态电流模型进一步研究了InN/ GaAs 界面特性,并通过此模型得到了一些与界面陷阱性质密切相关的参数(例如InN/ GaAs 界面陷阱时间常数约为0. 5 ms 左右) ,发现其界面特性与生长条件、薄膜质量密切相关,薄膜质量较好的样品其界面陷阱和界面电荷较少。
2.3 InN材料的光学特性
由于早期制备的InN材料质量不好，具有非常高的电子浓度：ne≈1020－1021cm-3,所以观测不到光致发光谱，带隙只能由吸收谱来估计。后来才在电子浓度ne≈1－2×1019cm-3,或是更小的样品中观测到红外发射光谱。文献利用能量从2.41－0.81eV的激光器作为激发源研究了不同厚度的InN样品的光致发光谱和吸收谱。发现高分辨率的光致发光谱包括三个峰，能量从0.50到0.67eV，中间的峰来自导带上简并的电子与局域在深受主态上的空穴的复合，深受主能级大约是Eda＝0.050-0.055eV。由于最低能量的峰与中间峰之间的差值正好是LO声子的能量，因此可以认为最低能量的峰是由于声子参与复合而导致的。对于最高能量的峰有两种解释：第一种机制是电子到浅受主能级的跃迁（Esh＝0.005-0.010eV），或是自由电子到价带尾态的光生空穴的跃迁。第二种机制是带与带之间的自由电子和空穴的跃
迁。这是非故意掺杂InN中的光致发光谱，如果以上解释成立的话，其中的浅受主能级、深受主能级是如何形成的呢？这一点还有待于进一步研究。其中两个能值较高的光致发光峰相对强度强烈的依赖于温度和激发功率，当样品从温度较低的液氦移至温度较高的液氮时，两个能值较高光谱的强度重新分布。当温度升高时，对于带带跃迁和导带到浅施主能级的跃迁，发光峰的强度将会增加，并且向高能方向移动。
在不同激发强度下InN的光致发光谱，可以看出，随着激发强度的增加，相对于浅受主能级的发光峰强度增加，并且出现蓝移，而相对于深受主能级的发光峰几乎不随激发强度的变化而变化。这是因为当激发强度逐渐增加时，浅受主能级上的电子逐渐全部被激发到导带上，空穴态延伸到价带内，此时光致发光强度增加，并且发光峰出现蓝移。而对于深受主能级，当激发强度增加时，能级上的局域空穴态很快达到饱和，再增加激发强度时，发光强度不再增加。
最近，文献也做了关于InN薄膜的光致发光谱实验，与前面不同的是光谱结构比较单一，只有一个峰，改变激发功率，峰值增加并向高能方向移动，但光谱的结构没有变化。此情况与前面的浅受主能级对应的发光峰有些相似，可以认为是导带自由电子向浅受主能级和价带中的空穴的跃迁而造成的。文中也认为这是导带中自由电子和价带尾态的非平衡空穴的跃迁,也就是说样品中并不涉及到深能级的跃迁，这与前面的研究有些出入。对于这个问题还需要进一步研究，从而确定是否有深受主杂质以及深受主杂质的来源。
2.4InN薄膜的退火特性
利用XRD ,S EM 和XPS 对样品进行了分析. 结果表明, I nN 薄膜的结晶质量和表面形貌
并不随退火温度单调变化. 由于高温退火时N 原子的挥发,剩下的I n 原子在样品表面聚集形成In 颗粒. 当退火温度高于425 ℃时, I n 原子的脱吸附作用增加,从而导致样品表面的In 颗粒逐渐减少. X 射线衍射( XRD) 和电子显微镜(S EM) 结果表明, In颗粒密度最高的样品具有最差的结晶质量. 这种现象可能是由于I n 颗粒隔离了其下面的InN 与退火气氛的接触,同时,金属In 和InN 结构上的差异也可能在I nN 中导致了高密度的结构缺陷,从而降低了InN 薄膜的结晶质量.
4InN材料的最新应用
理论上已经预测InN基器件有很多优良特性，但其在实际应用方面的突破性进展一直不大，这主要是由于材料制备比较困难，很难获得优良的材料。理论上研究表明InN材料在室温下最大的迁移率高达14000 平方厘米/V s，远远大于GaN的（1000平方厘米/V s），这意味着InN材料在高频厘米和毫米波器件应用上具有非常独特的优势。最近，Tatsuo Ohashi 等人利用PA－MBE技术生长了高质量的InN/In0.75GaN0.25多量子阱，价带差约为0.9eV。在室温下通过改变量子阱的厚度可以得到1.59－1.95μm光致发光谱，由于量子限制效应，发光峰随着InN阱宽的减小而出现蓝移。RicardoAscazubi等人报道了由InN薄膜所产生的太赫兹发射。他们利用波长为800nm的钛－蓝宝石激光器产生的70fs脉冲激发InN薄膜，从而产生THz脉冲发射。InN薄膜是利用MBE在蓝宝石衬底上的GaN缓冲层上制备的。实验
发现InN中的THz发射要比以往半导体材料中的都要强。这表明生长在AlN/GaN缓冲层上的InN薄膜是非常有前景的THz表面发射器。由于InN带隙较小，在红外区域，这就为制备高效率InN基光伏电池产生了可能。文献利用MBE在Ge和蓝宝石衬底上生长了InN薄膜，并研究了其特性。提出实现InN太阳能电池必须突破的两个挑战：一是在InN表面或是异质结界面处存在着很强的能带弯曲，因此不能形成整流结。另一个是InN的P型掺杂，没有p-n 结，光生电子和空穴对就不能分开，不能产生光生电流。实验发现n-InN/p-Ge,n-InN/n-Ge, n-InN/Al/Ge都没有整流特性，这就需要进一步研究其它可能的整流接触。对于InN串连式太阳能电池，证明了可以利用Al外延层来互连p-n结。作者认为可以发展InN/InGaN串连式太阳能电池，因为InGaN 材料光学上覆盖了整个太阳光谱。V. Pacebutas等人利用由钕激光器（hv＝1.17eV）产生的2ps脉冲研究了InN外延层的光漂泊效应。实验发现InN薄膜中存在着非常强的光漂白效应，并且反应速度非常快（2ps）。在1.55um的激光波长下仍然可以观察到光漂白效应，这说明InN是窄带隙半导体。InN中的强的光漂白效应意味着InN 材料可以在光通信中作为超快光开关器件和其它器件，拓宽了InN的潜在应用价值。
3InN材料的最新应用：掺镁的InN材料的太赫兹辐射
由于较低的有效质量、较高的迁移率和漂移速度以及窄的直接带隙结构，InN在用于近红外光电子和高速光电子方面作为一种潜在的重要半导体越来越受到人们的关注。为了获得InN 材料的光电子器件，最重要的就是制造N型和P型InN。但是，据我们所知，由于电子亲和能高，很难获得P型InN。最近有人称掺镁的氮化銦可以作为P型材料导电。较小的谷间散射和其他优越的性能也使得InN成为用于高效太赫兹辐射的一种重要材料。但是，因为不同辐射机制之间的竞争与半导体的基本特性有很大的关系，所以来自半导体的太赫兹辐射机制是相当复杂的。本文将告诉大家，当载流子浓度下降到临界值时，就能得到加强的太赫兹辐射。另外，对于掺镁的氮化銦，当n 样品准备和实验设置：C面掺镁的氮化銦薄膜通过等离子体分子束外延术生长在Si的111面上。薄膜的厚度大概1-1.5um。镁的掺杂是用高纯度的Mg(6N) Knudsen 细胞，而掺杂水平是通过将细胞的生长温度限制在180度到270度之间来控制的。电子浓度和迁移率是由室温下的霍尔效应来决定的。时域太赫兹发射结果是使用一个放大的Ti:Sapphire以1k Hz的频率提供50fs、800nm、2mJ的脉冲来完成的。试验中，激光束是在亮点尺寸2mm的样品上以任意70度角变化。太赫兹脉冲是由2mm厚的ZnTe晶体中自由空间的光电样品来检测到的。ZnTe晶体对光脉冲有延迟作用。 结果讨论：为了研究掺杂镁对太赫兹辐射的影响，我们从一系列载流子浓度不同的掺杂了镁的样品中测量了时域太赫兹辐射并且与没有掺杂的氮化銦薄膜(n = 3×1018 cm?3).的太赫兹辐射进行比较。掺镁的氮化銦中载流子浓度为1.2和1.6×1018 cm?3时，太赫兹波形是正的，而当薄膜的载流子浓度是n=4.3和9.9×1017 cm?3时，太赫兹波形就是负的。这是第一次从高度活跃的c-InN中观察到负的太赫兹辐射。对已c-InN来说，只有在低能脉冲的驱动下才能观察到负的太赫兹极性。为了确保在掺镁的氮化銦中极性相反，还测量了n型和p型的GaAs晶圆的太赫兹辐射用于作对比。典型情况是，半导体中急剧上升的电流感应的太赫兹辐射是由于表面加速电场和光致登伯效应的影响。两种效应的区别可以通过监测太赫兹波的极性得到。在砷化镓等宽禁带半导体中，表面能带向上和向下弯曲情况和掺杂类型有关，对于n型和p型GaAs来说，太赫兹波的极性是相反的。但是，对于InN等窄禁带半导体来说，n型和p型材料表面能带都是向下弯曲的，这就导致了太赫兹波的负性。对于光致登伯电场感应的 扩散电流，漂移电流总是从表面向外流以致于对于n型和p型氮化銦来说太赫兹波都是正的。随着掺镁的氮化銦的载流子浓度与未掺杂的相比下降的越多，太赫兹电场迅速增大直到浓度n达到临界浓度nc。在临界浓度以下，太赫兹波的极性会变为负的，太赫兹的放大程度减小。对于n>nc的掺镁的氮化銦，可以观察到正的和加强的太赫兹辐射，表明光致登伯效应对这些材料齐主导作用。同时，n 最近一项关于太赫兹辐射的结果表明，与掺Si的n型InN相比，掺杂了镁的氮化銦的载流子浓度介于施主浓度nD和受主浓度nA之间时，太赫兹辐射得到加强。电子霍尔效应的测量结果表明掺镁的氮化銦中电子浓度随掺镁水平的升高而降低。这表明了在非人为掺杂的n型InN薄膜中受主镁补偿了施主从而降低了薄膜中的电子浓度。根据表面电场模型，NA=ND的高补偿半导体中，太赫兹辐射较强，耗尽层宽度较大。因此，n 总之，我们已经指出随着镁掺杂的增加，太赫兹辐射的主要机理可以从光致登伯效应转变为表面加速电场效应。在掺镁的氮化銦中，n 目前，太赫兹技术的研究应用已经取得了明显的进展。太赫兹科学领头人张希成教授说，目前人类对太赫兹的研究已发展成为一个新的领域，研究太赫兹的单位也从20年前的3个发展到全世界的200多个。但在众多的研究中心里，张教授的太赫兹研究中心目前仍是世界上最大的研究基地，除了6名教授外，还有数十名包括医学、化学博士在内的专业人员和研究生。张教授领导的科研团队本着“要争该领域第一”的精神，在过去10几年里，争得了数十个“世界第一”，其中包括：首先提出电光探测概念，最先发现光整流太赫兹波、最早研制出太赫兹显微镜，第一个采用有机结构作辐射源、并用磁场控制太赫兹辐射，最早发现太赫兹三维层析成像技术、非线性效应、太赫兹与肿瘤的关系，等等。而1995年在世界范围内最先运用的电光取样探测器技术，已在全球范围内的国防试验室、公司企业等被广泛采用。 太赫兹不能代替X光，但却有X光做不到的一些长处。X光和超声波能发现物体的轮廓和状态，但却无法侦测物体的化学性质，无法分辨爆炸物品和药品的区别，然而太赫兹却有这种本领，这对国际上的反恐斗争具有特别重要的意义。对目前人类发明的上百种类型爆炸物和地雷，太赫兹已能识别出其中的50多种。最新的进展是在30米左右，太赫兹就能准确地发现爆炸物品。当然，30米并不是什么了不起的距离，但其实用价值非常大，与其它安检手段相比，这已是独一无二的成就了。 预计未来五到十年的发展前景，太赫兹的应用范围将扩大到以下四个方面，一是材料特性的研究，特别是轻分子和半导体，其中高温超导体的特性研究是太赫兹光谱技术应用的另一个领域，二是太赫兹成像和断层成像技术，三是在生物科学和药物领域的研究，包括从癌症诊断到基因分析等。最新的研究发现，人们常饮用的咖啡如果与某些药物相遇，就有可能变成“毒药”，而利用太赫兹技术，将在药理、癌症早期诊断等方面，有可能出现新的突破。 4结论 随着材料生长技术的不断发展进步以及材料生长工艺的提高，现在已经可以在不同衬底材料上外延生长得到质量较好的InN薄膜单晶材料，室温下电子迁移率高达2370平方厘米/V s，P型掺杂也取得了很大进展，Mg掺杂InN在n型表面层下显示出很强的p型特征。新的测试技术为研究InN的电学、光学性质提供了可靠的实验条件。良好的样品和先进的测试方法使人们对InN的研究进一步深入，相信不久的将来新型InN基器件会有更新的突破。同时，随着对InN材料特性的进一步认识，富In含量的合金如InGaN、AlInN器件将会更加完善，在新的领域中发挥更大的实用价值。 参考文献： 1 Wu J , et al. Unusual properties of the fundamental band gapof InN [J ] . Appl Phys Lett , 2Gallinat C S ,et al. In-polar InN grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy [J ] . Appl Phys Lett , 2006 , 89 : 3O Learv S K, et al. Elect ron t ransport in wurtzite indium nit ride [J ] . J Appl Phys ,1998 4Fu S P , Chen Y F. Effective mass of InN epilayers [J ] . Appl Phys Lett ,2004 ,85 : 1523 5 Schaff W J ,Hai L , J eonghyun H , et al. High Performance Devices [C] . 2000 IEEE/ Cornell Conference , 2000 : 225 6Bhuiyan A G,Hashimoto A ,Yamamoto A , et al. Indium nit ride InN : A review on growth , characterization , and properties [J ] . J Appl Phys ,2003 ,94 :277 7Chen P P ,Makino H ,Li T X , et al. Optical properties of InN films grown by molecular beam epitaxy at different con- ditions [J ] . Thin Solid Films ,2006 ,513 :166 8 Anderson P A , Swartz C H ,Carder D ,et al. Buried p-type layers in Mg-doped InN [J ] . Appl Phys Lett , 2006 , 89 : 9 Pacebutas V ,et al. Optical bleaching effect in InN epitaxial layers [J ] . Appl Phys Lett ,2006 ,88 :191109 10 沈学础. 半导体光谱和光学性质[M] . 上海:科学出版社, 11 李效白。氮化物固态器件的研究进展. [J ]半导体学报。2001,26（5）：20-25 12 BECHSTEDT F,FURTHMULLER J. Do we know the fundamental energy gap of InN? [J ].Journal of Crystal Growth,2002,246:315-319 13 ;WU J,WICZ W W,YU K M,et al.Unusual propertied of the fundamental band gap of InN [J ].Applied Physics Letters,2002,80:3967-3969 14 R. E. Jones, K. M. Yu, S. X. Li, W. Walukiewicz, J. W. Ager, E. E. Haller, H. Lu, and W. J. Schaff, “Evidence for p-type doping of InN, ”Phys. Rev. Lett. 96, 125505 (2006). 15 2] I. Wilke, R. Ascazubi, H. Lu, and W. J. Schaff, “Terahertz emission from silicon and magnesium doped indium nitride,”Appl. Phys. Lett. 93, 221113(2008). 16 R. Ascazubi, C. Shneider, I. Wilke, R. Pino, and P. S. Dutta, “Enhanced terahertz emission from impurity compensated GaSb,”Phys. Rev. B 72, 045328 (2005). 17 H. Ahn, C.-H. Shen, C.-L. Wu, and S. Gwo, “Spectroscopic Ellipsometry Study of Wurtzite InN Epitaxial Films on Si(111) with Varied Carrier Concentrations,”Appl. Phys. Lett. 86, 201905 (2005). 18 Yeh, Y.- J. ; Ahn, H. ; Hong, Y.-L. ; Gwo, Shangjr ; Terahertz emission of magnesium doped indium nitride Lasers and Electro-Optics (CLEO) and Quantum Electronics and Laser Science Conference (QELS), 2010 Conference on .2010,5,16-21 第一章 常用半导体器件 自 测 题 一、判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果填入空内。 （1）在N 型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P 型半导体。（ ） （2）因为N 型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。（ ） （3）PN 结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（ ） （4）处于放大状态的晶体管，集电极电流是多子漂移运动形成的。 （ ） （5）结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其R G S 大的特点。（ ） （6）若耗尽型N 沟道MOS 管的U G S 大于零，则其输入电阻会明显变小。（ ） 解：（1）√ （2）× （3）√ （4）× （5）√ （6）× 二、选择正确答案填入空内。 （1）PN 结加正向电压时，空间电荷区将 。 A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽 （2）设二极管的端电压为U ，则二极管的电流方程是 。 A. I S e U B. T U U I e S C. )1e (S －T U U I （3）稳压管的稳压区是其工作在 。 A. 正向导通 B.反向截止 C.反向击穿 （4）当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应为 。 A. 前者反偏、后者也反偏 B. 前者正偏、后者反偏 C. 前者正偏、后者也正偏 （5）U G S ＝0V 时，能够工作在恒流区的场效应管有 。 A. 结型管 B. 增强型MO S 管 C. 耗尽型MOS 管 解：（1）A （2）C （3）C （4）B （5）A C 三、写出图T1.3所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压U D＝0.7V。 图T1.3 解：U O1≈1.3V，U O2＝0，U O3≈－1.3V，U O4≈2V，U O5≈1.3V， U O6≈－2V。 四、已知稳压管的稳压值U Z＝6V，稳定电流的最小值I Z mi n＝5m A。求图T1.4所示电路中U O1和U O2各为多少伏。 图T1.4 解：U O1＝6V，U O2＝5V。 半导体材料研究的新进展* 王占国 (中国科学院半导体研究所,半导体材料科学实验室,北京100083 摘要:首先对作为现代信息社会的核心和基础的半导体材料在国民经济建设、社会可持续发展以及国家安全中的战略地位和作用进行了分析,进而介绍几种重要半导体材料如,硅材料、GaAs和InP单晶材料、半导体超晶格和量子阱材料、一维量子线、零维量子点半导体微结构材料、宽带隙半导体材料、光学微腔和光子晶体材料、量子比特构造和量子计算机用材料等目前达到的水平和器件应用概况及其发展趋势作了概述。最后,提出了发展我国半导体材料的建议。本文未涉及II-VI族宽禁带与II-VI族窄禁带红外半导体材料、高效太阳电池材料Cu(In,GaSe 2 、CuIn(Se,S等以及发展迅速的有机半导体材料等。 关键词:半导体材料;量子线;量子点材料;光子晶体 中图分类号:TN304.01文献标识码:A文章编 号:1003-353X(200203-0008-05 New progress of studies on semiconductor materials WANG Zhan-guo (Lab.of Semiconductor Materials Science,Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences,Beijing100083,China Abstract:The strategic position and important role of semiconductor materials,as a core and foundation of the information society,for development of national economic,national safety and society progress 第1章常用半导体器件 一、判断题（正确打“√”，错误打“×”，每题1分） 1．在N型半导体中，如果掺入足够量的三价元素，可将其改型成为P型半导体。（）2．在N型半导体中，由于多数载流子是自由电子，所以N型半导体带负电。（）3．本征半导体就是纯净的晶体结构的半导体。（） 4．PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（） 5．使晶体管工作在放大状态的外部条件是发射结正偏，且集电结也是正偏。（）6．晶体三极管的β值，在任何电路中都是越大越好。( ) 7．模拟电路是对模拟信号进行处理的电路。( ) 8．稳压二极管正常工作时,应为正向导体状态。( ) 9．发光二极管不论外加正向电压或反向电压均可发光。( ) 10．光电二极管外加合适的正向电压时，可以正常发光。( ) 一、判断题答案：（每题1分） 1．√； 2．×； 3．√； 4．√； 5．×； 6．×； 7．√； 8．×； 9．×； 10．×。 二、填空题（每题1分） 1．N型半导体中的多数载流子是电子，P型半导体中的多数载流子是。2．由于浓度不同而产生的电荷运动称为。 3．晶体二极管的核心部件是一个，它具有单向导电性。 4．二极管的单向导电性表现为：外加正向电压时，外加反向电压时截止。5．三极管具有放大作用的外部条件是发射结正向偏置，集电结偏置。6．场效应管与晶体三极管各电极的对应关系是：场效应管的栅极G对应晶体三极管的基极b，源极S对应晶体三极管，漏极D对应晶体三极管的集电极c。7．PN结加正向电压时，空间电荷区将。 8．稳压二极管正常工作时，在稳压管两端加上一定的电压，并且在其电路中串联一支限流电阻，在一定电流围表现出稳压特性，且能保证其正常可靠地工作。 9．晶体三极管三个电极的电流I E 、I B 、I C 的关系为：。 10．发光二极管的发光颜色决定于所用的，目前有红、绿、蓝、黄、橙等颜色。 二、填空题答案：（每题1分） 1．空穴 2．扩散运动 3．PN结 4．导通 5．反向 6．发射机e 7．变薄 8．反向 9．I E ＝I B ＋I C 10．材料 三、单项选择题（将正确的答案题号及容一起填入横线上，每题1分） 半导体材料研究的新进展 王占国 (中国科学院半导体研究所，半导体材料科学实验室，北京100083 摘要:首先对作为现代信息社会的核心和基础的半导体材料在国民经济建设、 社会可持续发展以及国家安全中的战略地位和作用进行了分析，进而介绍几种重要半导体材料如，硅材料、GaAs和InP单晶材料、半导体超晶格和量子阱材料、一维量子线、零维量子点半导体微结构材料、宽带隙半导体材料、光学微腔和光子晶体材料、量子比特构造和量子计算机用材料等目前达到的水平和器件应用概况及其发展趋势作了概述。最后，提出了发展我国半导体材料的建议。本文未涉及II-VI族宽禁带与II-VI族窄禁带红外半导体材料、高效太阳电池材料Cu(In,GaSe 2 、CuIn(Se,S等以及发展迅速的有机半导体材料等。 关键词:半导体材料；量子线;量子点材料；光子晶体 中图分类号:TN304.01 文献标识码:A 文章编 号:1003-353X(200203-0008-05 New progress of studies on semiconductor materials WANG Zha n-guo (Lab. of Semic on ductor Materials Scien ce,I nstitute of Semico nductors, Chinese Academy of Sciences , Beijing 100083, China Abstract:The strategic positi on and importa nt role of semic on ductor materials, as a core and foundation of the information society, for development of national economic, national safety and society progress 半导体材料的研究进展 摘要:随着全球科技的快速发展,当今世界已经进入了信息时代,作为信息领域的命脉,光电子技术和微电子技术无疑成为了科技发展的焦点。半导体材料凭借着自身的性能特点也在迅速地扩大着它的使用领域。本文重点对半导体材料的发展历程、性能、种类和主要的半导体材料进行了讨论,并对半导体硅材料应用概况及其发展趋势作了概述。 关键词:半导体材料、性能、种类、应用概况、发展趋势 一、半导体材料的发展历程 半导体材料从发现到发展,从使用到创新,拥有这一段长久的历史。宰二十世纪初,就曾出现过点接触矿石检波器。1930年,氧化亚铜整流器制造成功并得到广泛应用,是半导体材料开始受到重视。1947年锗点接触三极管制成,成为半导体的研究成果的重大突破。50年代末,薄膜生长激素的开发和集成电路的发明,是的微电子技术得到进一步发展。60年代,砷化镓材料制成半导体激光器,固溶体半导体此阿里奥在红外线方面的研究发展,半导体材料的应用得到扩展。1969年超晶格概念的提出和超晶格量子阱的研制成功,是的半导体器件的设计与制造从杂志工程发展到能带工程,将半导体材料的研究和应用推向了一个新的领域。90年代以来随着移动通信技术的飞速发展,砷化镓和磷化烟等半导体材料成为焦点,用于制作高速高频大功率激发光电子器件等;近些年,新型半导体材料的研究得到突破,以氮化镓为代表的先进半导体材料开始体现出超强优越性,被称为IT产业的新发动机。 新型半导体材料的研究和突破,常常导致新的技术革命和新兴产业的发展.以氮化镓为代表的第三代半导体材料,是继第一代半导体材料(以硅基半导体为代表和第二代半导体材料(以砷化镓和磷化铟为代表之后,在近10年发展起来的新型宽带半导体材料.作为第一代半导体材料,硅基半导体材料及其集成电路的发展导致了微型计算机的出现和整个计算机产业的飞跃,并广泛应用于信息处理、自动控制等领域,对人类社会的发展起了极大的促进作用.硅基半导体材料虽然在微电子领域得到广泛应用,但硅材料本身间接能带结构的特点限制了其在光电子领域的应用.随着以光 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 半导体技术 Semiconductor Technology 1999年 第1期 No.1 1999 硅基光电器件研究进展 郭宝增 摘要 在信息处理和通信技术中，光电子器件起着越来越重要的作用。然而，因为硅是间接带隙半导体，试图把光电子器件集成在硅微电子集成电路上却遇到很大困难。为解决这一困难，人们发展了多种与硅微电子集成电路兼容的光电子器件制造技术。本文介绍最近几年这方面技术的发展情况。 关键词 多孔硅 光电子器件 硅集成电路 Research Development of Silicon-Based Optoelectronic Devices Guo Baozeng (Department of Electronic & Informational Hebei University,Baoding 071002) Abstract Silicon-based optoelectronic devices are increasingly important in information and communication technologies.But attempts to integrate photonics with silicon-based microelectronics are hampered by the fact that silicon has an indirect band gap,which prevents efficient electron-photon energy conversion.In order to solve this problem,many technologies to make optoelectronic devices which can be compatible with conventional silicon technology have been developed.In this article,we review the deve-lopment of these thchnologies. Keywords Porous silicon Optoelectronic devices Silicon integrated circuit 1 引 言 硅是微电子器件制造中应用得最广泛的半导体材料。硅集成电路的应用改变了当代世界的面貌，也改变了人们的生活方式。但是，一般硅集成电路只限于处理电信号，对光信号的处理显得无能为力。然而，光电器件的应用却是非常广泛的，光纤通信、光存储、激光打印机及显示设备都 要用到各种光电器件。从更广的意义上说，我们所处的世界实际上是一个光的世界。据心理学家分析，人们通过眼睛所接收的信息占总接收信息量的83%，即人们接收的信息83%是光信号。因此可以想象，在未来信息化社会里，对光电子器件的需求决不亚于对微电子器件的需求。目前采用的光电子器件，主要是Ⅲ-Ⅴ族材料，这些器件与广泛使用的硅技术不兼容，而且制造成本高，因 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， 1章常用半导体器件题解09677 第一章常用半导体器件 自测题 一、判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果填入空内。 （1）在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P型半导体。（） （2）因为N型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。（） （3）PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（） （4）处于放大状态的晶体管，集电极电流是多子漂移运动形成的。 解：（1）√（2）×（3）√（4）× 二、选择正确答案填入空内。 （1）PN结加正向电压时，空间电荷区将。 A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽 （2）设二极管的端电压为U，则二极管的电流方程是。 A. I S e U B. ?Skip Record If...? C. ?Skip Record If...? （3）稳压管的稳压区是其工作在。 A. 正向导通 B.反向截止 C.反向击穿 （4）当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应为。 A. 前者反偏、后者也反偏 B. 前者正偏、后者反偏 C. 前者正偏、后者也正偏 解：（1）A （2）C （3）C （4）B 三、写出图T1.3所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压U D＝0.7V。 图T1.3 解：U O1≈1.3V，U O2＝0，U O3≈－1.3V，U O4≈2V，U O5≈1.3V， U O6≈－2V。 四、已知稳压管的稳压值U Z＝6V，稳定电流的最小值I Zmin＝5mA。求图T1.4所示电路中U O1和U O2各为多少伏。 图T1.4 解：U O1＝6V，U O2＝5V。 六、电路如图T1.6所示，V CC＝15V，β＝100，U BE＝0.7V。试问： （1）R b＝50kΩ时，u O＝？ （2）若T临界饱和，则R b≈？ 解：（1）R b＝50kΩ时，基极电流、集电 极电流和管压降分别为 ?Skip Record If...?μA ?Skip Record If...? 所以输出电压U O＝U CE＝2V。 图T1.6 （2）设临界饱和时U CES＝U BE＝0.7V，所以 ?Skip Record If...? 284理论研究 0 引言 我国的信息产业已经发展成为国民经济的重要支柱之一,同时信息产业的快速发展也在不断推进器件制造和软件开发的快速发展。但是信息产业的发展中不断有一些新原理和新功能的器件制造很大程度上面还是依赖于半导体物理的研究与发展。现在很多的发达国家和地区都在半导体物理领域投入大量的资金和人力资源进行半导体物理的研究和创新，这样的一个市场状态也加剧了每个国家的竞争程度，因为半导体物理的发展能够为社会发展、人们的生活和国家的安全带来很大的帮助和促进作用。 半导体是属于物理学方面的一个新领域，它的发展历史比较短，是在四十年代以后才发展起来的一个新领域。在本个世纪初期的时候，人们对于半导体还是不了解的，人们只是知道金属具有很好的导电性，生活中常用的金属如：铝和铜这些导电材料；同时和金属材料的导电性相反的一些材料也就是绝缘体，绝缘体的导电性非常差，绝缘体主要有一些橡胶或陶瓷等材料，这些材料在生活应用当中用的比较多；半导体的导电性就是介于导体和绝缘体之间的一种物质，而半导体的导电性就是介于这两者之间的,例如物理试验中经常用到的硅和锗等物质，这些半导体材料在工业应用上面还是不很多。 1 半导体物理的早期发展 在十九世纪七十年代早期的时候,一种叫做栖的半导体材料被人们发现，这种半导体材料具有很多的光电性能，并且通过对于这种半导体材料进行了大量的相关实验测量研究，同时通过大量实验研究的结果总结，积累起很多的实验数据结果，但是由于对这种半导体材料缺乏机理认识不清楚的现象，所以很难掌握并且有效地利用这些性能的方法，因此在实际应用的过程当中还是得不到广泛的应用，对于这方面的研究也就得不到充分的重视。 在本世纪二十年代以后,人们发明了半导体材料的检波器,这个检波器可以为半导体方面的实验研究提供很大的帮助作用。同时这些器件也为工业发展提供的一定的促进作用，但是这些器件的稳定性比较差，而且价钱也特别昂贵，在制造工艺方面还得不到有效的改进和完善，因此在实际的应用过程当中有很多的器件都因为性能比较差而被淘汰掉了，也有一些器件在长期的研究过程中并没有很大的突破，发展速度比较缓慢。 到了三十年代中期的时候，量子力学得到很好的发展，并且量子力学在固体物理方面发挥着重要的作用，量子力学的成功也象征着人们对于半导体本质方面有了一个全新的认识，并且人们能够很好地应用半导体材料。人们通过对于半导体的各方面性能的研究，能够很好地控制半导体的电学方面的性能，大大促进了半导体在固体物理学方面的发展进度。雷达技术在第二次世界大战期间得到了非常快速的发展，因为雷达需要用到很多的半导体材料，所以半导体材料在此期间突飞猛进，加速了半导体方面的飞速发展。半导体学科在理论方面具有非常扎实可靠的理论基础，对于其后半导体技术能够得到高速发展提供了坚实的理论基础，同时由于在生产实践过程中的迫切需求，这些都是使得半导体技术能够得到迅速发展和繁荣起来的原因。随着人们在半导体物理方面的研究工作不断得到重视，并且展开大量的相关实验研究工作。在1948年的时候,人们通过大量的实验和不断的努力终于发明了三极管。晶体管是一项非常重大的发明，它标志着人们在半导体方面取得了非常重大的突破和成功的一个标志。随着半导体的出现和被人们广泛地了解之后，在相关物理研究领域也掀起了一场非常大的影响，这种器件得到很多的学者和研究人员的重视。晶体管的出现标志着被人们所熟悉和应用的电子学器件真空管将要被这个体积非常小的晶体管所代替。点接触式的晶体管在刚开始被发明的时候，在性能上面依然存在很大的不足和很多的缺陷，但是这个时候就有很多人预言在电子技术领域中晶体管将要引起一场非常大的革命。尽管在刚开始的时候晶体管的方法作用不是非常明显，但是人们通过一个偶然的机会将晶体管的放大作用的机理了解的很清楚，并且利用晶体管的放大作用对于晶体管的结构方面提出了一种新的构造方案。经过人们长期的研究和探索，人们终于成功地制作出能够符合面结型晶体结构的新方案（锗合金管）。锗合金管的出现具有很重要的指导性和标志性的意义，主要表现在以下两个方面：第一方面就是锗合金管在半导体发展过程中是一个非常成功的理论指导实践的成功范例，第二方面就是锗合金管的出现标志着半导体晶体管已经能够在实际工业应用中得到广泛生产和应用。 在五十年代初期的时候,随着锗合金管的出现，半导体材料得到了前所未有的发展，特别是在锗的提纯了拉制单晶体当面有了一个质的飞跃，这项技术也对于后期锗材料各方面技术的发展和完善提供了坚实的基础。这项技术的发展不仅对于许多半导体的质量方面有所提升，同时也在相关的学科领域发展方面发挥了巨 半导体物理的研究进展 吴化楠 （营口职业技术学院,辽宁 营口 115000） 摘 要：从十九世纪开始，人们就开始研究半导体的发展，到目前为止半导体的研究已经在当代物理学和相关学科领域的发展中都占据非常重要的地位。半导体物理学是凝聚态物理学科的一个分支学科，同时也是现代微电子器件工艺学的一个理论核心内容。半导体不仅在理论方面具有非常的物理内涵，而且它的性能也具有很大的发展前景。随着半导体的不断发展，半导体新材料渐渐地取代了很多的传统的一些物理器件，其中具有非常重要影响作用的包括一些晶体管和一些集成电路，都是半导体电子器件发展的鲜明标志。现代科学技术的突飞猛进也带动半导体学科领域的快速发展，并且不断拓宽半导体在往一个新的高度和水平发展。很多的科学家在研究和探讨半导体物理学的发展规律的时候，也深刻地掌握了半导体科学的技术，掌握着时代发展的一个发展趋势。半导体物理的发展对于现实应用方面也存在重大的意义，不断提高生产力的发展和相关技术领域的创新发展工作。本文主要是对于半导体物理发展的进展做一个评述，通过晶体管的发明过程、半导体超晶格物理的发展以及半导体纳米量子器件的研究进展，展望了新型半导体纳米材料的发展前景，并且通过对半导体物理学的发展历程为依据深入研究其发展规律和特点。 关键词：半导体；超晶格；物理 DOI:10.16640/https://www.doczj.com/doc/6b16757777.html,ki.37-1222/t.2015.24.261 有机半导体材料 1 有机半导体材料的分子特征 有机半导体材料与传统半导体材料的区别不言自明，即有机半导体材料都是由有机分子组成的。有机半导体材料的分子中必须含有 键结构。如图1所示，在碳-碳双键结构中，两个碳原子的pz 轨道组成一对 轨道（ 和 ），其成键轨道（ ）与反键轨道（ ）的能级差远小于两个 轨道之间的能级差。按照前线轨道理论， 轨道是最高填充轨道（HOMO）， 是最低未填充轨道（LUMO）。在有机半导体的研究中，这两个轨道可以与无机半导体材料中的价带和导带类比。当HOMO 能级上的电子被激发到LUMO 能级上时，就会形成一对束缚在一起的空穴-电子对。有机半导体材料的电学和电子学性能正是由这些激发态的空穴和电子决定的。 在有机半导体材料分子里， 键结构会扩展到相邻的许多个原子上。根据分子结构单元的重复性，有机半导体材料可分为小分子型和高分子型两大类。 小分子型有机半导体材料的分子中没有呈链状交替存在的结构片断，通常只由一个比较大的 共轭体系构成。常见的小分子型有机半导体材料有并五苯、三苯基胺、富勒烯、酞菁、苝衍生物和花菁等（如图2)，常见的高分子型有机半导体材料则主要包括聚乙炔型、聚芳环型和共聚物型几大类，其中聚芳环型又包括聚苯、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯等类型（如图3)。 事实上，由于有机分子的无限可修饰性，有机半导体材料的结构类型可以说是无穷无尽的。 图2: 几种常见的小分子有机半导体材料：（1）并五苯型，（2）三苯基胺类，（3）富勒烯，（4）酞菁，（5）苝衍生物和（6）花菁类。 图3: 几种常见的高分子有机半导体材料：（1）聚乙炔型，（2）聚芳环型，（3）共聚物型。 2 有机半导体材料中的载流子 我们知道无机半导体材料中的载流子只有电子和空穴两种，自由的电子和空穴分别在材料的导带和价带中传输。相形之下，有机半导体材料中的载流子构成则要复杂得多。 首先，由于能稳定存在的有机半导体材料的能隙（即LUMO 与HOMO 的能级差）通常较大，且电子亲和势较低，大多数有机半导体材料是p 型的，也就是说多数材料只能传导正电荷。无机半导体材料中的正电荷（即空穴）是高度离域、可以自由移动的，而有机半导体材料中的正电荷所代表的则是有机分子失去一个电子（通常是HOMO 能级上的电子）后呈现的氧化状态。因此，在有机半导体材料中引入一个正电荷，必然导致有机分子构型的改变。 有机光伏材料综述 能源是人类社会发展的驱动力，是人类文明存在的基础。目前我们所能利用的能源主要是煤、石油和天然气等传统石化资源。自从18世纪工业革命以来，人类对能源的需求不断增长，由此导致的能源安全问题日益凸显。太阳直径为1.39*106km，质量为1.99*1030kg，距离地球1.5*108km。组成太阳的质量大多是些普通的气体，其中氢约占71.3%、氦约占27%，其它元素占2%。太阳从中心向外可分为核反应区、核辐射区和对流去区、太阳大气。我们平常看到的太阳表面，是太阳大气的最底层，温度约是6000k。太阳每分钟发出的总能量为2.27*1025kJ，尽管只有22亿分之一的能量辐射到地球上，但太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤燃烧所产生的能量。 1太阳能电池 1.1太阳能的利用 太阳能的利用包括很多种技术手段，例如太阳能热水器、光解水制氢气、太阳能热发电以及光伏发电。前二者的应用水平较低，要想大规模地提供能源，主要得靠后两种技术。 太阳能热发电目前主要有三种实现方式，即塔式、槽式和碟式。这三种技术的基本原理都是通过将太阳光聚焦，加热水或者其他工质（例如热熔盐和空气），通过热循环驱动发电机组来发电。 太阳能热发电技术以较为成熟的机械工艺为基础，在规模足够大之后可望实现经济运行。但是这样的热电站也兼具传统热电站的缺点，即建设成本高，机械损耗大，维护成本高，而且只能在专用地上建设，无法与已有城乡建筑物进行集成。在太阳能热发电领域，我国起步较晚，技术积累较少，目前尚不具备对外的竞争优势。 1.2光伏技术 “光伏”这个词译自“Photovoltaic”，即“光”和“伏特”的组合。这个词最早是用来描述一些材料在光照下形成电压的现象，后来人们认识到光电压的形成是由于材料中的电子被入射的光子激发而形成了电势差，从而形成对外的电流电压输出。采用光伏原理发电的设备，我们称之为“太阳能电池”。 最早的光伏效应是Edmund Bequerel 在1839 年发现的，一百多年后（1954年），随着硅半导体工业的发展，第一个能用于实际发电的太阳能电池才在贝尔实验室问世。这个太阳能电池以硅半导体的p-n 结为基础，光电转化效率为6%。 半导体p- n 结的结构及原理如图1所示。当p 型和n 型的半导体相互接触时，由于浓度差的存在，p 型半导体中的空穴会向n 型半导体扩散，n 型半导体中的电子也会向p 型半导体扩散，造成接触面双侧的电荷不平衡，从而形成由n 型区指向p 型区的空间电场。反映在能级图上，即p 型区和n 型区的费米能级一致化后，两个区域间形成了一个能级差，这个能级差即是内建电场（Ebi）。p 型区和n 型区之间的过渡区域，称为p-n 结的结区。在结区内，内建电场会驱使电荷进行定向传输。 有机高分子半导体材料的导电与工作原理 及与硅基材料的比较 摘要： 本文从原理角度出发，对有机高分子半导体材料的导电模型与原理，有机高分子半导体材料器件的简要工作原理进行阐述，并将该材料的性能与硅基半导体材料相比较，最后对有机高分子半导体材料的发展提出自己的看法。 关键词：有机高分子半导体原理器件性能比较 1.背景： 随着无机半导体材料的发展、成熟与产业化，有机半导体材料以其种类多样性与巨大的应用潜力逐渐受到广泛关注。在有机电子领域的几项杰出成就，如1986年和1987年由Eastman Kodak 的Tang[4,5]等提出的有机光生伏打电池（OPVC）和有机发光二极管(OLED)，为有机半导体的实际应用打下了基础。1986年有机场效应晶体管（OFET）也随之出现。与此同时，关于有机半导体的结构模型与导电原理的研究也成为了进一步解决其不足与优化其性能的基本出发点。高分子链紧束缚模型（SSH）的建立，高分子二聚现象的发现，1979年Su,Schrieffer与Heegerd对于孤子、极化子、双极化子等载流子概念的提出，激子在有机材料中的重新定位，跃迁机制对于迁移率的解释等，使人们对其基本规律有了一定程度的认识,并在积极地发展与完善。 2.有机高分子导体材料的分子结构与基本特征 有机高分子半导体，如聚乙炔，普遍存在共轭大π键结构，由成键π轨道与反键π*轨道构成。两者可分别相当于能带理论中的导带与价带，两个轨道之间的能级差称为带隙。许多高分子半导体的带隙处于1.5~3.0eV之间，处于可见光范围，十分合适作为太阳能电池。然而从整体来看，诸多较长的分子链通过范德华力相互纠缠在一起形成无序结构，一条分子链自身也有许多扭转变形，产生的结点破坏了共轭作用，由此关联的导电机制也更加复杂。 SSH模型认为，有机高分子固体可简化为具有一维特性的高分子弱耦合而成，并且电子在某一个碳原子附近时，将较紧地被该碳原子束缚而其他碳原子对其影响较小，及“紧束缚近似”，通过一系列计算描述晶格原子(碳原子)的移动和与电子的相互作用。之后又出现了修饰完善的TLM模型与PPP模型。一维体系Peierls不稳定性借助于SSH模型并通过计算说明，等距离排列的碳原子是不稳定的，碳原子将发生微小位移从而二聚化，使得有机高分子如聚乙炔分子中出现一定程度的单双键交替现象，这使得原来连续的能带分裂成导 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(PbS)很早就用于无线电检波，氧化亚铜(Cu2O)用作固体整流器，闪锌矿(ZnS)是熟知的固体发光材料，碳化硅(SiC)的整流检波作用也较早被利用。硒(Se)是最早发现并被利用的元素半导体，曾是固体整流器和光电池的重要材料。元素半导体锗（Ge）放大作用的发现开辟了半导体历史新的一页，从此电子设备开始实现晶体管化。中国的半导体研究和生产是从1957年首次制备出高纯度(99.999999％～99.9999999％) 的锗开始的。采用元素半导体硅（Si）以后，不仅使晶体管的类型和品种增加、性能提高，而且迎来了大规模和超大规模集成电路的时代。以砷化镓(GaAs)为代表的Ⅲ－Ⅴ族化合物的发现促进了微波器件和光电器件的迅速发展。 半导体材料可按化学组成来分，再将结构与性能比较特殊的非晶态与液态半导体单独列为一类。按照这样分类方法可将半导体材料分为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体。 元素半导体：在元素周期表的ⅢA族至ⅦA族分布着11种具有半导性的元素，下表的黑框中即这11种元素半导体,其中C表示金刚石。C、P、Se具有绝缘体与半导体两种形态;B、Si、Ge、Te具有半导性；Sn、As、Sb具有半导体与金属两种形态。P的熔点与沸点太低,Ⅰ的蒸汽压太高、容易分解，所以它们的实用价值不大。As、Sb、Sn的稳定态是金属，半导体是不稳定的形态。B、C、Te也因制备工艺上的困难和性能方面的局限性而尚未被利用。因此这11种元素半导体中只有Ge、Si、Se 3种元素已得到利用。Ge、Si仍是所有半导体材料中应用最广的两种材料。 无机化合物半导体： 四元系等。二元系包括：①Ⅳ-Ⅳ族:SiC 和Ge-Si合金都具有闪锌矿的结构。②Ⅲ -Ⅴ族:由周期表中Ⅲ族元素Al、Ga、In 和V族元素P、As、Sb组成，典型的代表 为GaAs。它们都具有闪锌矿结构,它们在 应用方面仅次于Ge、Si,有很大的发展前 途。③Ⅱ-Ⅵ族:Ⅱ族元素Zn、Cd、Hg和 Ⅵ族元素S、Se、Te形成的化合物，是一 些重要的光电材料。ZnS、CdTe、HgTe具 有闪锌矿结构。④Ⅰ－Ⅶ族：Ⅰ族元素C u、Ag、Au和Ⅶ族元素Cl、Br、I形成的 化合物，其中CuBr、CuI具有闪锌矿结构。 半导体材料 ⑤Ⅴ-Ⅵ族：Ⅴ族元素As、Sb、Bi和Ⅵ族 第一章常用半导体器件 自测题 一、判断下列说法是否正确，用“√”和“×"表示判断结果填入空内。 （1）在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P 型半导体.（） （2)因为N型半导体的多子是自由电子,所以它带负电。() （3)PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（） (4）处于放大状态的晶体管,集电极电流是多子漂移运动形成的。 （) （5）结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其R G S大的特点。（） （6）若耗尽型N沟道MOS管的U G S大于零，则其输入电阻会明显变小。（） 解:（1）√(2)×（3）√（4）×(5）√（6)× 二、选择正确答案填入空内。 (1）PN结加正向电压时,空间电荷区将. A。变窄B.基本不变C。变宽 （2）设二极管的端电压为U ，则二极管的电流方程是. A.I S e U B.T U U I e S C.)1e (S －T U U I (3)稳压管的稳压区是其工作在. A.正向导通 B.反向截止C 。反向击穿 （4）当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应为。 A.前者反偏、后者也反偏 B 。前者正偏、后者反偏 C.前者正偏、后者也正偏 （5)U G S ＝0V 时，能够工作在恒流区的场效应管有。 A.结型管B 。增强型MOS 管C.耗尽型MOS 管 解：(1）A(2)C （3）C(4)B(5）AC 三、写出图T1.3所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压U D＝0。 7V。 图T1。3 解:U O1≈1。3V，U O2＝0,U O3≈－1.3V，U O4≈2V，U O5≈1。3V， U O6≈－2V。 四、已知稳压管的稳压值U Z＝6V,稳定电流的最小值I Z m i n＝5mA。求图T1。4所示电路中U O1和U O2各为多少伏. 图T1.4 解：U O1＝6V，U O2＝5V。 半导体研究文献综述 学院：材料科学与工程学院专业：材料化学 班级：材料122 姓名：刘田防 学号：2012141009 半导体材料的研究综述文献综述 摘要：半导体材料的价值在于它的光学、电学特性可充分应用与器件。随着社会的进步和现代科学技术的发展，半导体材料越来越多的与现代高科技相结合，其产品更好的服务于人类改变着人类的生活及生产。文章从半导体材料基本概念的界定、半导体材料产业的发展现状、半导体材料未来发展趋势等方面对我国近十年针对此问题的研究进行了综述，希望能引起全社会的关注和重视。 关键词：半导体材料，研究，综述 一、该领域的研究意义 物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等等。我们通常把导电性差的材料，如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘体。而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。 本征半导体：不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下，半导体的价带是满带（见能带理论），受到热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带，价带中缺少一个电子后形成一个 带正电的空位，称为空穴。导带中的电子和价带中的空穴合称电子- 空穴对，空穴导电并不是电子运动，但是它的运动可以将其等效为载流子。空穴导电时等电量的电子会沿其反方向运动。它们 在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴，电子-空穴对消失，称为复合。复合时释放出的能量变成电磁辐射（发光）或晶格的热振动能量（发热）。在一定温度下，电子- 空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，此时半导体具有一定的载流子密度，从而具有一定的电阻率。温度升高时，将产生更多的电子- 空穴对，载流子密度增加，电阻率减小。无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大，实际应用不多。 20世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；20世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，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“杂质工程”发展到“能带工程”。彻底改变人们的生活方式。在此笔者主要针对半导体材料产业的发展、半导体材料的未来发展趋势等进行综述，希望引起社会的关注，并提出了切实可行的建议。 二、该领域的研究背景和发展脉络 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）、 題目:organic semiconductor materials 指導教授:郭豔光老師 班級:物四乙 學生:陳衍榮 學號:8522072 有機半導體材料 前言 早在1960年代初期，Pope等人在Anthracene之有機芳香族化合物晶體上入數百伏之跨壓下，發現存在電流流通與發光的現象，而啟開後人研究有機發光之大門。在後續的二十餘年間，因其元件特性距離實用仍有相當大的距離，因此仍專注在其相關的發光機制與電荷傳導等基礎研究。及至80年代末期，美國科達公司實驗室利用真空蒸鍍有機薄膜的技術和異質接面(heterojunction)多層有機膜(multilayer)之元件特性。諸如操作電壓＜10V，量子效率＞1﹪，與元件穩定性 等均已有大幅之改善，因而激增有機電激發光元件之實用性，也引發全球OEL之研究熱潮。另一方面則是在聚合物散料上的發展也令人囑目。Patridge在80年代初期便發表PVK材料(poly vinylcarbazole)亦具有機光導體之性質。此一發現，使得有機化合物在發光體上之應用更趨於廣泛。然而在1990年有機發光材料又有更進一步地發展。英國劍橋大學卡文迪實驗室(Calvendish Lab)發表第一個利用聚苯基乙烯(PPV, Poly p-phenylenevinylene)之共軛聚合物(conjugate polymer)製成的OEL元件。由於此類共軛聚合物具有類似半導體的特性與簡易的製程，從而激起對OEL元件的研究熱。而各種的研究材料，諸如摻雜發光的染料小分子或大分子之OEL元件，甚至在塑膠基板上可彎曲之OEL元件等均是被研究的主題。可見OEL之研究廣度與深度，而應用範圍也隨之更加寬廣。由於大部分OEL元件都具有類似二極體的特性，因此OEL又稱有有機發光二極體(OLED)，而目前其最潛力之應用即在平面顯示器之發揮。以下圖一摘述OEL發展的簡史。模拟电子技术基础 1章 常用半导体器件题解
半导体材料研究的新进展(精)
常用半导体器件复习题
半导体材料研究的新进展精
半导体材料的历史现状及研究进展(精)
半导体材料的发展现状与趋势
硅基光电器件研究进展
半导体材料的发展现状与趋势
最新1章常用半导体器件题解09677汇总
半导体物理的研究进展
有机半导体材料
有机光伏材料 严涌
有机高分子半导体材料的导电与工作原理
(完整版)半导体材料及特性
【精品】模拟电子技术基础第1章 常用半导体器件题解
半导体研究文献综述
有机半导体材料OrganicSemiconductorMaterials
相关主题
文本预览