第二章应变Ge空穴能带结构参数
本章基于弛豫Ge 的物理特性，研究应变Ge 的形成机制，并分析应变对Ge能带结构引起的结果，对比应变Si和应变Ge的相同点与不同点。
2.1 应变Ge 形成机理
在元素周期表中，锗（Ge）正好位于金属和非金属之间。在化学上，锗尽管是金属，但却具有许多跟非金属相类似的性质，所以它被称为“半金属”；在物理上，锗的导电能力比普通非金属强，但却弱于普通金属，所以它被称为“半导体”。锗被称为“稀散金属”，并非因为它在地球上的含量很稀少，而是由于几乎没有比较集中的锗矿。锗的主要用途是作为半导体工业的重要原料。本章将从锗晶体的晶格结构、能带结构、有效质量、状态密度和状态密度有效质量这几方面分别讨论锗的半导体材料特性。
对于Si、Ge等这类半导体来说，它们每个原子与四个最近邻原子都会组成正四面体，所以当它们排成晶体时，其结构必定是以共价四面体为基础来构成的。如图2.1所示，C、Si、Ge晶格都是这种搭接结构，被称为金刚石结构。从图中可以看出，Si、Ge这类金刚石结构是一种典型的复式格子，这种复式格子由两个相同的面心立方，沿着它们体对角线方向错开四分之一对角线的长度套构而成。弛豫Ge的晶格常数是0.56579nm，Si的晶格常数为0.54310nm，由于Ge的晶格常数比Si大，所以Si和Ge能以任意比例形成Si1-xGex固溶体。这种固溶体是合金，并不属于化合物，形成合金后的晶格常数也同样的遵从Vegard定则，如下式。
上式中的x可在0～1 之间任意取值，Si1-xGex固溶体通常被称为体Si1-xGex 或弛豫Si1-xGex，Si和Ge 等半导体的固体物理原胞与面心立方晶体的相同，它们都具有相同的基矢，因此也有相同的倒格子和布里渊区。下图是Ge 的第一布里渊区简图。
硅和锗等半导体都属于金刚石型结构，它们的固体物理原胞和面心立方晶体的相同，两者都有相同的基矢，所以它们有相同的倒格子和布里渊区。图2.2 是Ge 的第一布里渊区简图，Γ为布里渊区中心，坐标为1/a(0,0,0)；L 是布里渊区边沿与<111>轴的交点，坐标为1/a(0.5,0.5,0.5)；X是布里渊区边沿与<100>轴的交点，坐标为1/a(0,0,1)；K 是布里渊区边沿与<11>轴的交点，坐标为1/a(3/4,3/4,0)。大家知道，面心立方晶体的倒格子为体心立方。如果选择体心作为原点，原点和八个临近格点的连线的垂直平分面会形成一个正八面体，原点和沿着立方轴平行方向的六个次近邻的垂直平分面割去八面体的六个角，形成十四面体——截角八面体，那么形成的这个是四面体就是面心立方晶体的第一布里渊区，它的第二布里渊区的形状则更加复杂。
2.1.2 应变Ge 的形成
工程上有许多种产生应变的方法，按照应变的作用方向，应变可以分为单轴应变、双轴应变、张应变和压应变等，在这些文献[2]中作者进行了详细的介绍。使晶格产生应变的方法有很多，本文所建立的是双轴应变的模型，使用的是晶格失配法，下面首先介绍一下全局应变的形成。当在整个衬底上引入应变时，叫做全局应变。全局应变主要包括以下几种：(1) 在弛豫SiGe 上生长应变硅层；（ 2 ）晶圆焊接；(wafer bonding) ；
(3)SIMOX(separation-by- implantation-of-oxygen) ；(4)SiGe 的氧化富集方法(oxidation enrichment of SiGe)。第一种方法是最为常用的一种方法，本文介绍的就是该方法。
现在我们设定衬底材料的晶格常数为asub，设定外延层材料的晶格常数为aepi。当asub
在模型建立过程中，实际上并不需要知道应力具体的实现方法，只需知道应力的方向、大小，用数学模型即可表示出应力，然后进行计算。本文建立的是双轴应变的模型，使用的是晶格失配法。所谓晶格失配法，就是将一种半导体材料生长到另一种晶格常数不同的材料（称底）上，且只生长很薄的一层。由于上层的材料很薄，无法在称底上保持自己原先的晶格常数，Ge会被拉伸或压缩为与衬底相近的晶格常数，从而产生应变。在本文中，应变Ge生长在弛豫的Si1-xGex衬底上，SiGe的晶格常数比Ge要小，当x=0 时（即纯Si）比Ge 的晶格常数最多小约4%。因此，本文中的应变Ge只会受到双轴的压应变，其方向平行于衬底表面，大小与x 的取值,即衬底中Ge组分的多少有关。由于Si 和Ge的晶体结构、
价带结构十分相似，本文使用了与此文献[3]类似的方法进行计算。其中所不同的是，根据Vegard 规则确定的面内应变的大小要以Ge的晶格常数为基准：
在上式中，Gea为未应变Ge的晶格常数；1 x xSi Gea Si1-xGex的晶格常数，1 x xSi Gea Si、Ge 的晶格常数线性插值获得。Ge与Si 的不同点还在于计算时的参数
因为Ge的晶格常数比固溶体Si1-xGex的大，在弛豫SiGe 虚衬底上外延生长的Ge 是双轴压应变。如图 2.4 所示，当然SiGe 层也会有略微的张应变产生，但由于衬底有足够的厚度，故这种张应变也就不必在再做考虑。
2.2 应变Ge 能带结构
半导体的能带结构反映了半导体材料的重要特性，同时它也是研究半导体材料电学性质的物理基础。锗的能带结构与硅的不同，下面就对锗与硅的能带结构进行一下对比分析，看一下它们之间的异同点。
2.2.1 Ge 与Si 能带结构的异同点
晶体电子处于晶格周期性势场中，晶格电子的能量E与波矢k 的关系不同于要比自由电子的关系复杂得多，并且它的能量大小还会与波矢的方向有关。为了了解Ge 能带结构的特点，下面将对Ge 与Si晶体的能带结构进行对比分析，找出Ge 和Si之间存在着哪些异同点，尤其是不同点，这恰恰是Ge 的代表特性，也正是因为这些区别于Si的代表特
性，才使得Ge材料有了别的半导体材料所不具备的优势，在半导体行业中受人瞩目。图2.6 和2.7 分别示出了Ge和Si晶体的能带图，能带图中各个状态的代表符号就都是按晶体的对称性来标识的；由于晶体电子的状态要受到晶格周期性势场的限制，所以晶体电子的状态就必须满足相应的晶体对称性的要求。
(1)相同点：
由于两者属于同族元素，晶体结构极为相似，所以它们的能带也具有许多共同之处：首先硅和锗都属于直接带隙，并且它们的禁带宽度都具有负的温度系数；其次硅与锗的价带顶都位于布里渊区中心，并且由于这些半导体的晶格基本上都是由四个共价键构成，属于金刚是结构，因此它们所处的状态都是三度简并的态；第三，当温度为0K 时，价带中由于填满了价电子，此时被称作为满带，而导带中此时却是完全空着的，这时候与绝缘体一样，因为没有载流子不可能产生导电。然而当温度为0K 以上时，一些价电子就可以从满带中被热激发到导带，从而载流子产生，这就是导带电子与价带空穴；并且随着温度升高，载流子因为热激发而产生的数目就会越来越多，因而呈现出所有半导体的共同性质：电导率会随着温度的升高而很快的增大。锗、硅半导体由于具有间接跃迁能带，它们的导带底电子与价带顶空
穴的因为不满足动量守恒而较难发生直接复合，但是利用到一种复合中心能级（由重金属杂质以及缺陷等形成）的中介作用则可以较容易地实现导带电子与价带空穴的复合，此时可以通过发射声子将动量的变化损耗掉。因此锗、硅不能被用作为发光器件的材料也正是基于此，正是由于锗、硅的载流子的辐射复合效率比较低，并且它们的复合寿命一般也较长。但是它们可以用作光伏器件的材料或者光检测器件。第四，硅和锗的价带顶能带因为计入了电子自旋，都将被一分为二，产生出一个二度简并的价带顶能带（Γ+8 态或Γ8 态）和另外一个能量较低些的非简并能带——分裂带（Γ+7 态或Γ7 态）。这是正常作用的结果。两个能带在价带顶简并，由于它们的曲率半径有所不同，因此空穴的有效质量也就不相同，较高能量的被称为重空穴带，较低能量的被称为轻空穴带。
(2)不同点：
锗和硅毕竟是两种不同的原子，它们的能带差异也是存在着的，这主要表现在禁带宽度和导带结构的不同方面。在禁带宽度方面有以下三个不同之处：首先是它们的本征载流子浓度不同，硅的高于锗的，这是因为半导体中发生的本征激发，从而导致了少数载流子，所以当半导体的本征载流子浓度越小，那它本征化的温度就会越高，从而导致相应的半导体器件最高工作温度也就各异。其次是载流子的电离率在强电场作用下会有所不同。因为这种电离过程所需要的平均能量大约为禁带宽度的 1.5 倍，属于碰撞电离本征激发的过程，因此当它的禁带宽度越大，电离率反而也就越小。因此半导体禁带宽度越大，它的雪崩击穿电压也就会越高。再者是光激发与光吸收所导致的波长不同。一般情况下，对于硅和锗来说，它们能够产生光激发和光吸收的最短波长分别为 1.8mm、1.2mm。因此作为光电池与光电探测器件半导体材料，两者分别适应于不同波长范围的光。硅和锗的导带结构差异主要表现于以下这几个方面：所谓等能面就是在k空间中，由相等能量的一些点所连接后组成的曲面。硅和锗的导带底的三维形状可以用等能面来反映，由于硅和锗的导带底不在k=0 处，所以它们的等能面形状都是椭球型的；而那些Ⅲ-Ⅴ族的半导体，导带底是位于k=0 处，它们的等能面就都是球面的。由于硅与锗的导带底与价带顶不在Brillouin 区中的同一点，因此它们具有间接跃迁的能带结构，锗的导带底位于<111>方向上的L 点处，也就是布里渊区边界上；而硅的导带底位于<100>方向上的近X 点处。硅、锗的导带底的简并度也不同，硅的导带底为6度简并，而锗的为8 度简并。
2.2.2 应变对Ge 能带结构的影响
由于本文重点是研究应变Ge 价带空穴的散射机制，所以这里重点了解下弛豫Ge的价带结构，并且对比一下应变对Ge的价带结构产生了怎么样的影响。通过理论计算及p 型样品的实验结果可知锗的价带结构是复杂的。价带顶在布里渊区中心k=0 处，而且是简并的。在考虑到自旋-轨道耦合情况下，能带分为一组四度简并的状态和一组二度简并的状态。其中四度简并的状态是重空穴带和轻空穴带，在k=0 处能量相等，能带的极大值重合。另一组二度简并的状态为自旋-轨道耦合分裂带，由于自旋-轨道耦合作用使能量降低了一个劈裂能?，与轻、重空穴带分开。由于轻重空穴的等能面具有扭曲的形状，称为扭曲面，自旋-轨道耦合分裂带的等能面接近于球面。在实际的计算过程中，例如态密度的计算当中，常会用球形等能面来进行近似处理。锗的空穴有效质量
如图2.8 111100E(k)关系曲线（图中没有画出第三个
能带）。
弛豫锗的重空穴带和轻空穴带的极值在k=0 处重合。在价带顶附近，能带近
似为抛物线形状。在室温下，Ge的间接带与直接带的导带底之间仅仅相差了136meV，如果应变程度恰当，Ge就可以实现从间接带材料到直接带材料的转变，这是因为应变可以降低Ge的间接带隙和直接带隙的差值。除此之外，通过应变作用，Ge的晶格结构得以合理的调节，Ge的能带结构特征因应变被恰当的剪裁。利用van de Walle形变势理论[11，12]进行相关计算。其结果表明，应变的确起到了改变Ge 间接带隙与直接带带隙差值的作用。
轻、重空穴带顶到导带直接带底和间接带底的能带隙与应变的关系如图2.10所示。其中直接带底到轻、重空穴价带顶的能带隙分别用C-LH、C-HH表示。Ge的能带结构在应变作用下发生了重要的变化，表现在两个方面：其一方面，其价带的重空穴带与轻空穴带发生退简并，对比与弛豫Ge的情况，向上偏离原来的位置的为轻空穴会，而向下偏离原来的位
接带底L能谷，并且L L能谷之间的差距通过应变而缩小了。特别需要指出的是，当应变刚好为1.7%时，此时的Ge将会实现由间接带隙材料转变成为直接带隙材料。
间接带能谷与直接带差值随应变的变化关系由图2.11 给出。从图中可以看出应变能够改变Ge的准直接带特征，伴随着应变的增大，Ge实现了从间接带材料到直接带材料的转换，当然这对提高Ge的直接带隙特点，增大发光效率是大有益处的。应变在给Ge带来好处的同时，同样也会给Ge材料带来不利的方面。例如，Ge的晶体质量会因为应变过高而发生改变，另外也可能导致生长过程中的位错密度太大，从而造成Ge表面的粗糙程度。当然也可以通过在Si上外延Ge，利用Ge和Si的热失配和晶格失配的共同作用，从而获得一定恰当程度的应变从而保持Ge晶体良好的质量。
2.3.3 应变Ge 迁移率
通过实验证明，半导体中的载流子在电场强度较小的情况下，它们的运动规律仍然是遵循欧姆定律。如下式：
式中，J为电流密度，σ为电导率，E为电场强度。
可以看出，μ是电子的迁移率，它表示单位场强下电子的平均漂移速度，同时这个式子
μ之间的关系。
这里E 为电场强度，τ为平均自由时间，它与散射几率P 互为倒数，其关系为：
载流子从电场中得到沿电场力方向的动量，通过式(2-13)可以看出，有效质量m*越小，载流子有效迁移率就会越高,即在相同的电场加速下，就越容易获得高的漂移速度。而另一方面，晶体中的散射则会使载流子失去从电场中获得的动量。散射的强度通常用散射概率P 来描述。在电场撤出后，不断的散射将使载流子逐渐地失去其从电场中获得的动量。所以不难理解，对于散射是各向同性（即载流子被散射到各个方向的几率相同）的情况，散射几率可看成是每个载流子在单位时间内平均受到的散射次数，而且每一次散射都会使载流子失去漂移速度和相应的动量。1/P 为一个载流子相继连续两次散射的平均时间间隔，也就是平均自由时间τ。由迁移率公式：
由上面的式子可以看出来，载流子的迁移率主要和两个因素有关，一是电导有效质量，电导有效质量越小，其迁移率就会越大；另外一个因素就是平均自由时间，平均自由时间越大，迁移率就会越大，而平均自由时间又和散射几率呈倒数关系，所以这样说来就是，散射几率越小，迁移率就会越大。综上所述，得出结论：载流子迁移率的提高取决于它的电导有效质量和载流子在运动过程中受到的各种散射的影响。要想提高载流子的迁移率，就需要降低电导有效质量或者减小散射几率。也就是说，如果电导有效质量和散射几率都减小了，载流子的迁移率就会得到很好的提升，从而MOS 器件性能也会提升。但是迁移率的提高主要还是依赖于散射几率的降低。这是因为伴随着驰豫Si1-xGex中Ge组分的增加，电导有效质量对电子迁移率的影响不是很大了，而散射几率逐渐占据了主导地位，散射几率的降低对迁移率的提升起到了至关重要的作用。本论文的初衷也便是研究应变对Ge 的散射几率产生的作用，能否靠应变实现Ge迁移率的增强，关键就是看应变后的Ge的散射几率有了怎样的变化。
异质结发展现状及原理 pn结是组成集成电路的主要细胞。50年代pn结晶体管的发明和其后的发展奠定了这一划时代的技术革命的基础。pn结是在一块半导体单晶中用掺杂的办法做成两个导电类型不同的部分。一般pn结的两边是用同一种材料做成的(例如锗、硅及砷化镓等)，所以称之为“同质结”。如果把两种不同的半导体材料做成一块单晶，就称之为“异质结“。结两边的导电类型由掺杂来控制，掺杂类型相同的为“同型异质结”。掺杂类型不同的称为“异型异质结”。另外,异质结又可分为突变型异质结和缓变型异质结,当前人们研究较多的是突变型异质结。 1 异质结器件的发展过程 pn结是组成集成电路的主要细胞,50年代pn结晶体管的发明及其后的发展奠定了现代电子技术和信息革命的基础。 1947年12月,肖克莱、巴丁和布拉顿三人发明点接触晶体管。1956年三人因为发明晶体管对科学所做的杰出贡献,共同获得了科学技术界的最高荣誉——诺贝尔物理学奖。 1949年肖克莱提出pn结理论,以此研究pn结的物理性质和晶体管的放大作用,这就是著名的晶体管放大效应。由于技术条件的限制,当时未能制成pn结型晶体管,直到1950年才试制出第一个pn结型晶体管。这种晶体管成功地克服了点接触型晶体管不稳定、噪声大、信号放大倍数小的缺点。 1957年,克罗默指出有导电类型相反的两种半导体材料制成异质结,比同质结具有更高的注入效率。 1962年,Anderson提出了异质结的理论模型,他理想的假定两种半导体材料具有相同的晶体结构,晶格常数和热膨胀系数,基本说明了电流输运过程。 1968年美国的贝尔实验室和苏联的约飞研究所都宣布做成了双异质结激光器。 1968年美国的贝尔实验室和RCA公司以及苏联的约飞研究所都宣布做成了GaAs—AlxGal—。As双异质结激光器l；人5)．他们选择了晶格失配很小的多元合金区溶体做异质结对． 在70年代里，异质结的生长工艺技术取得了十分巨大的进展．液相夕随(LPE)、气相外延(VPE)、金属有机化学气相沉积(MO—CVD)和分子束外延(MBE)
化学化工学院材料化学专业实验报告 实验名称：高分子材料应力-应变曲线的测定 年级： 10级材料化学 日期: 2012-10-25 姓名： 学号： 同组人： 一、 预习部分 聚合物材料在拉力作用下的应力-应变测试是一种广泛使用的最基础的力学试验。聚合物的应力-应变曲线提供力学行为的许多重要线索及表征参数（杨氏模量、屈服应力、屈服伸长率、破坏应力、极限伸长率、断裂能等）以评价材料抵抗载荷，抵抗变形和吸收能量的性质优劣；从宽广的试验温度和试验速度范围内测得的应力-应变曲线有助于判断聚合物材料的强弱、软硬、韧脆和粗略估算聚合物所处的状况与拉伸取向、结晶过程，并为设计和应用部门选用最佳材料提供科学依据。 1、应力—应变曲线 拉伸实验是最常用的一种力学实验，由实验测定的应力应变曲线，可以得出评价材料性能的屈服强度，断裂强度和断裂伸长率等表征参数，不同的高聚物、不同的测定条件，测得的应力—应变曲线是不同的。 应力与应变之间的关系，即：P bd σ= 00100%t I I I ε-= ? E ε σ = 式中 σ——应力，MPa ； ε——应变，％； E ——弹性模量，MPa ； A 为屈服点，A 点所对应力叫屈服应力或屈服强度。 的为断裂点，D 点所对应力角断裂应力或断裂强度 聚合物在温度小于Tg(非晶态) 下拉伸时，典型的应力-应变曲线(冷拉曲线)如下图
曲线分以下几个部分： OA：应力与应变基本成正比(虎克弹性)。--弹性形变 屈服点B：应力极大值的转折点，即屈服应力(sy)；屈服应力是结构材料使用的最大应力。--屈服成颈 BC：出现屈服点之后，应力下降阶段--应变软化 CD：细颈的发展，应力不变，应变保持一定的伸长--发展大形变 DE：试样均匀拉伸，应力增大，直到材料断裂。断裂时的应力称断裂强度( sb )，相应的应变称为断裂伸长率(eb) --应变硬化 通常把屈服后产生的形变称为屈服形变，该形变在断裂前移去外力，无法复原。但如果将试样温度升到其Tg附近，形变又可完全复原，因此它在本质上仍属高弹形变，并非粘流形变，是由高分子的链段运动所引起的。 根据材料的力学性能及其应力-应变曲线特征，可将应力-应变曲线大致分为六类：(a)材料硬而脆：在较大应力作用下，材料仅发生较小的应变，在屈服点之前发生断裂，有高模量和抗张强度，但受力呈脆性断裂，冲击强度较差。 (b)材料硬而强：在较大应力作用下，材料发生较小的应变，在屈服点附近断裂，具高模量和抗张强度。 (c)材料强而韧：具高模量和抗张强度，断裂伸长率较大，材料受力时，属韧性断裂。 (d)材料软而韧：模量低，屈服强度低，断裂伸长率大，断裂强度较高，可用于要求形变较大的材料。 (e)材料软而弱：模量低，屈服强度低，中等断裂伸长率。如未硫化的天然橡胶。 (f)材料弱而脆：一般为低聚物，不能直接用做材料。 注意：材料的强与弱从σb比较；硬与软从E(σ/e)比较；脆与韧则主要从断裂伸长率比较。
锗化硅材料导电特性的综述 摘要：从Si材料到化合物半导体再到SiGe，微电子领域应用对材料提出了很高的要求，而这些材料却具有不断优化的性能，SiGe在高速发射和集成方面有很大的进步，SiGe-HBT等新技术的实验与开发为新材料带来了非常大的应用空间。 1引言 随着半导体材料的发展和生产工艺的发展，对于半导体材料的性能要求越来越高，领域内产品的开发和人们的需求对于半导体材料在其电学特性上的要求也越来越高。在微电子领域，30 多年以来，Si 一直是半导体工业中占绝对优势的半导体材料。尽管最早采用的是Ge ，并且其他某些半导体材料也许具有较高的载流子迁移率、较大的载流子饱和漂移速度和较宽的禁带宽度,但由于Si 的许多优良特性，利用Si 能够实现最廉价的集成电路工艺,所以在整个微电子技术中，Si 器件的应用超过了97 %。 然而不同的半导体材料具有不同的电学特性，也具有针对不同需求的应用功能。在此同时，还诞生了很多新型半导体材料，比如SiC、SiGe，这些化合物半导体融合了元素半导体的强项性能，在微电子领域有更好的应用。本文介绍的是SiGe材料的导电特性，分别从理论和实验应用方面展开论述。 2理论研究和实验研究 2.1 理论研究 虽然现在Si 在微电子技术中占据着主导地位,但是由于其载流子的迁移率和饱和漂移速度较低，而且具有间接跃迁能带结构,限制了它在若干方面的应用。因此，在许多模拟电子技术领域，特别是在高频、高速方面(例如射频功率放大器和激光器) ，往往是GaAs、InP 等化合物半导体起主要作用。然而化合物半导体技术难以大规模集成，同时，加工不便、成本较高，所以人们还是希望从Si 技术中寻找出适应高频、高速需要的新技术。最早由IBM 提出的SiGe 技术在很大程度上满足了这种需求。SiGe 技术由于能够在Si 片上通过能带工程和应变工程改善Si 的性能，同时又能够采用成熟和廉价的Si 工艺技术来加工，所以受到人们的极大关注。以下分析一下Ge组分对SiGe的影响： 一．Ge的带隙宽度为0.67V，而Si的带隙宽度为1.12V，所以其特性有较大的改善，便于作HBT的基区以提高发射效率。 二．Ge的电子迁移率是Si的2.6倍，空穴迁移率是Si的3.5倍，而器件的速度取决于在一定电压下载流子被“推动”而通过期间的速度，所以Ge的注入在很大程度上提高了发射速率，增大了电流增益。 三．同时因能带作用，SiGe基区可以进行高掺杂，使基区可以做的很薄，打打缩短了电子在基区中的渡越时间，所以器件速度得以大幅度提高。 增加电子和空穴的迁移率在理论方面带来的利处有：
锗的性质及其化合物 锗的物理性质 锗的物理性质锗是银白色晶体(粉末状呈暗蓝色)，熔点937.4℃，沸点2830℃，密度5.35g/cm3，莫氏硬度6.0～6.5，室温下，晶态锗性脆，可塑性很小。锗具有半导体性质，在高纯锗中掺入三价元素(如铟、镓、硼)、得到P型锗半导体；掺入五价元素(如锑、砷、磷)，得到N型锗半导体。化合价为+2和+4。第一电离能7.899电子伏特。锗有着良好的半导体性质，如高电子迁移率和高空穴迁移率等。 晶体结构：晶胞为面心立方晶胞，每个晶胞含有四个金属原子。据X射线研究证明，锗晶体里的原子排列与金刚石差不多。结构决定性能，所以锗与金刚石一样硬而且脆。 锗的化学性质 锗的化学性质锗化学性质稳定，不溶于水、盐酸、稀苛性碱溶液。在常温下不与空气或水蒸气作用，但在600～700℃时，与氧气反应能很快生成二氧化锗。在加热情况下，锗能在氧气、氯气和溴蒸气中燃烧。 锗与盐酸、稀硫酸不起作用，但浓硫酸在加热时，锗会缓慢溶解。在硝酸、王水中，锗易溶解。 碱溶液与锗的作用很弱，但熔融的碱在空气中，能使锗迅速溶解。锗易溶于熔融的氢氧化钠或氢氧化钾，生成锗酸钠或锗酸钾。在过氧化氢、次氯酸钠等氧化剂存在下，锗能溶解在碱性溶液中，生成锗酸盐。锗的氧化态为＋2和＋4。
锗与碳不起作用，所以在石墨坩埚中熔化，不会被碳所污染。锗的化合物 锗的化合物锗与氧、卤素、酸、碱等物质反应都能生成化合物。锗有两种氧化物：二氧化锗(GeO2)和一氧化锗(GeO)。 锗共有四种已知的四卤化物：四碘化锗(GeI4)为固体，四氟化锗(GeF4)为气体，其余两种为挥发性液体。 锗还能与氧族元素生成二元化合物，例如二硫化物、二硒化物(GeSe2)、一硫化物(GeS)、一硒化物(GeSe)及碲化物(GeTe)。 甲锗烷（GeH4）是一种结构与甲烷相近的化合物。 有机锗化合物(organogermanium compound)：四氯化锗与二乙基锌反应生成四乙基锗（Ge(C2H5)4）R4Ge型（其中R为烃基）的有机锗烷，如四甲基锗（Ge(CH3)4）及四乙基锗，是由锗前驱物四氯化锗及甲基亲核剂反应而成。有机锗氢化物，如异丁基锗烷（(CH3)2CHCH2GeH3）的危险性比较低，因此半导体工业会用液体的氢化物来取代气体的甲锗烷。
应力-应变曲线 MA 02139，剑桥 麻省理工学院 材料科学与工程系 David Roylance 2001年8月23日 引言 应力-应变曲线是描述材料力学性能的极其重要的图形。所有学习材料力学的学生将经 常接触这些曲线。这些曲线也有某些细微的差别，特别对试验时会产生显著的几何变形的塑 性材料。在本模块中，将对表明应力-应变曲线特征的几个点作简略讨论，使读者对材料力 学性能的某些方面有初步的总体了解。本模块中不准备纵述“现代工程材料的应力-应变曲 线”这一广阔的领域，相关内容可参阅参考文献中列出的博依（Boyer ）编的图集。这里提 到的几个专题——特别是屈服和断裂——将在随后的模块中更详尽地叙述。 “工程”应力-应变曲线 在确定材料力学响应的各种试验中，最重要的恐怕就是拉伸试验1 了。进行拉伸试验时， 杆状或线状试样的一端被加载装置夹紧，另一端的位移δ是可以控制的，参见图1。传感器 与试样相串联，能显示与位移对应的载荷)(δP 的电子读数。若采用现代的伺服控制试验机， 则允许选择载荷而不是位移为控制变量，此时位移)(P δ是作为载荷的函数而被监控的。 图1 拉伸试验 在本模块中，应力和应变的工程测量值分别记作e σ和e ε， 它们由测得的载荷和位移值，及试样的原始横截面面积和原始长度按下式确定 0A 0L 1 应力-应变试验及材料力学中几乎所有的试验方法都由制定标准的组织，特别是美国试验和材料学会 (ASTM)作详尽的规定。金属材料的拉伸试验由ASTM 试验E8规定；塑料的拉伸试验由ASTM D638规定； 复合材料的拉伸试验由ASTM D3039规定。
硅基锗材料的外延生长及其应用 摘要:硅是最重要的半导体材料,在信息产业中起着不可替代的作用。但是硅材料也有一些物理局限性,比如它是间接带隙半导体材料,它的载流子迁移率低,所以硅材料的发光效率很低,器件速度比较慢。在硅衬底上外延生长其它半导体材料,可以充分发挥各自的优点,弥补硅材料的不足。本文介绍了硅衬底上的锗材料外延生长技术进展,讨论了该材料在微电子和光电子等方面的可能应用,重点介绍了它在硅基高速长波长光电探测器研制方面的应用。 关键词:硅基;锗,外延;光电探测器 Epitaxy and application of Ge layer on Silicon substrate Huiwen Nie1, Buwen Cheng2 (1.Hunan Chemical Engineering Machinery School, Hunan Industrial Technology College 2.State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083)
Abstract: Silicon is the most important semiconductor material and it is irreplaceable in the information industry. But Silicon also has some shortcomings, such as very low luminescence efficiency and low device speed due to the indirect bandgap and low carrier mobility. Growing other semiconductors on Si substrate can take the advantages of the different semiconductors and improve the performance of the Si-based devices and integrated circuits. The progress of Ge growth on Si was introduced in the paper. The application of the Si-based Ge epitaxy layer was discussed, especially the application on Si-based high speed photodetectors operating at long wavelength. Key words: Si-based, Germanium, Epitaxy, Photodetector 1引言 硅基光电集成将微电子技术和光子学技术进行融合,是 微电子技术的继承和发展,是信息技术发展的重要前沿研究 领域。其研究内容包括硅基高效光源、硅基高速光电探测器、硅基高速光调制器、低损耗光波导器件等。硅衬底上外延生长的锗(Ge)材料是硅基高速长波长光电探测器的首选材料
1 第二章应变Ge空穴能带结构参数 2 本章基于弛豫 Ge 的物理特性，研究应变 Ge 的形成机制，并分析应变3 对 Ge能带结构引起的结果，对比应变Si和应变Ge的相同点与不同点。 4 2.1 应变 Ge 形成机理 5 在元素周期表中，锗（Ge）正好位于金属和非金属之间。在化学上，锗6 尽管是金属，但却具有许多跟非金属相类似的性质，所以它被称为“半金属”；7 在物理上，锗的导电能力比普通非金属强，但却弱于普通金属，所以它被称为8 “半导体”。锗被称为“稀散金属”，并非因为它在地球上的含量很稀少，而是9 由于几乎没有比较集中的锗矿。锗的主要用途是作为半导体工业的重要原料。 10 本章将从锗晶体的晶格结构、能带结构、有效质量、状态密度和状态密度有效11 质量这几方面分别讨论锗的半导体材料特性。 12 13 对于Si、Ge等这类半导体来说，它们每个原子与四个最近邻原子都会组14 成正四面体，所以当它们排成晶体时，其结构必定是以共价四面体为基础来构15 成的。如图2.1所示，C、Si、Ge晶格都是这种搭接结构，被称为金刚石结构。 16 从图中可以看出，Si、Ge这类金刚石结构是一种典型的复式格子，这种复式格17 子由两个相同的面心立方，沿着它们体对角线方向错开四分之一对角线的长度
18 套构而成。弛豫Ge的晶格常数是0.56579nm，Si的晶格常数为0.54310nm，由 19 于Ge的晶格常数比Si大，所以Si和Ge能以任意比例形成Si1-xGex固溶体。 20 这种固溶体是合金，并不属于化合物，形成合金后的晶格常数也同样的遵从 21 Vegard定则，如下式。 22 23 上式中的 x可在 0～1 之间任意取值，Si1-xGex固溶体通常被称为体 24 Si1-xGex 或弛豫 Si1-xGex，Si和 Ge 等半导体的固体物理原胞与面心立方晶 25 体的相同，它们都具有相同的基矢，因此也有相同的倒格子和布里渊区。下图 26 是 Ge 的第一布里渊区简图。 27 硅和锗等半导体都属于金刚石型结构，它们的固体物理原胞和面 28 29 心立方晶体的相同，两者都有相同的基矢，所以它们有相同的倒 30 格子和布里渊区。图2.2 是Ge 的第一布里渊区简图，Γ为布里 渊区中心，坐标为1/a(0,0,0)；L 是布里渊区边沿与<111>轴31 32 的交点，坐标为1/a(0.5,0.5,0.5)；X是布里渊区边沿与<100> 33 轴的交点，坐标为1/a(0,0,1)；K 是布里渊区边沿与<11>轴 34 的交点，坐标为1/a(3/4,3/4,0)。大家知道，面心立方晶体的 35 倒格子为体心立方。如果选择体心作为原点，原点和八个临近格 36 点的连线的垂直平分面会形成一个正八面体，原点和沿着立方轴
硅二极管和锗二极管的主要区别如下： 在相同电流下，锗管的直流电阻小于硅管的直流电阻。硅管的交流电阻小于锗管。 换言之，当正向电流达到0.2V时，有必要研究启动电压为0.2V的硅二极管。 三个。在反向电压下，硅管的漏电流远小于锗管。开启后，锗管电流增加缓慢，而硅管电流增加较快 4硅二极管的反向电流远小于锗二极管。锗管为毫安级，硅管为纳米级。其原因是在相同的温度下，Si的Ni含量比Si高出约3个数量级。因此，在相同的掺杂浓度下，少量Si的含量远低于Nb的含量，因此硅晶体管的反向饱和电流很小。 5正向电压很小，流过二极管的电流很小。只有当正向电压达到一定值ur时，电流才会显著增加。电压ur通常称为二极管的阈值电压，也称为死区电压或阈值电压。 6硅二极管的阈值电压高于锗二极管，因为硅二极管的阈值电压远小于锗二极管。一般来说，硅二极管的阈值电压约为0.5V～0.6V，锗二极管的阈值电压约为0.1V～0.2V。 开发信息：
二极管是指一种电子元件，一种有两个电极的装置，只允许电流朝一个方向流动。它有很多用途，是它的校正功能的应用。可变二极管用作电子可调电容器。大多数二极管中的电流流向通常被称为“整流”。二极管最常见的功能是允许电流只沿一个方向通过（称为正向偏置），并防止电流反向（称为反向偏置）。因此，二极管可以看作是一个电子止回阀。 2早期的真空电子二极管，它是一种能在一个方向上传导电流的电子装置。在半导体二极管中，有一个PN结和两个引线端子。电子器件在施加电压的方向上具有单向导电性。一般来说，晶体二极管是由p型和n型半导体烧结而成的p-n结界面。 三个。在界面两侧形成空间电荷层，形成自建电场。当外加电压为零时，由于p-n结两侧载流子浓度的差异，扩散电流等于自建电场引起的漂移电流，这也是正常的二极管特性。 早期的四种二极管包括“猫须”晶体和真空管（在英国称为“热阀”）。今天，大多数最流行的二极管使用半导体材料，如硅或锗。 5由于半导体锗二极管在气液两相流中的传热能力不同，二极管的温度会发生变化，二极管的正向输出电压也会随之变化。
第二章应变Ge空穴能带结构参数 本章基于弛豫Ge 得物理特性,研究应变Ge 得形成机制,并分析应变对Ge能带结构引起得结果,对比应变Si与应变Ge得相同点与不同点。 2、1 应变Ge 形成机理 在元素周期表中,锗(Ge)正好位于金属与非金属之间。在化学上,锗尽管就是金属,但却具有许多跟非金属相类似得性质,所以它被称为“半金属”;在物理上,锗得导电能力比普通非金属强,但却弱于普通金属,所以它被称为“半导体”。锗被称为“稀散金属”,并非因为它在地球上得含量很稀少,而就是由于几乎没有比较集中得锗矿。锗得主要用途就是作为半导体工业得重要原料。本章将从锗晶体得晶格结构、能带结构、有效质量、状态密度与状态密度有效质量这几方面分别讨论锗得半导体材料特性。 对于Si、Ge等这类半导体来说,它们每个原子与四个最近邻原子都会组成正四面体,所以当它们排成晶体时,其结构必定就是以共价四面体为基础来构成得。如图2、1所示,C、Si、Ge晶格都就是这种搭接结构,被称为金刚石结构。从图中可以瞧出,Si、Ge这类金刚石结构就是一种典型得复式格子,这种复式格子由两个相同得面心立方,沿着它们体对角线方向错开四分之一对角线得长度套构而成。弛豫Ge得晶格常数就是0、56579nm,Si得晶格常数为0、54310nm,由于Ge得晶格常数比Si大,所以Si与Ge能以任意比例形成Si1-xGex固溶体。这种固溶体就是合金,并不属于化合物,形成合金后得晶格常数也同样得遵从Vegard定则,如下式。 上式中得x可在0～1 之间任意取值,Si1-xGex固溶体通常被称为体Si1-xGex 或弛豫Si1-xGex,Si与Ge 等半导体得固体物理原胞与面心立方晶体得相同,它们都具有相同得基矢,因此也有相同得倒格子与布里渊区。下图就是Ge 得第一布里渊区简图。 硅与锗等半导体都属于金刚石型结构,它们得固体物理原胞与面心立方晶体得相同,两者都有相同得基矢,所以它们有相同得倒格子与布里渊区。图2、2 就是Ge 得第一布里渊区简图,
材料的应力和应变的关系 臂牵引可能转移的很小的几英寸不削弱其效用。 真实应变，就像真实应力，在此基础上计算的实际长度测试样本在测试和主要用于研究的基本性能的材料。之间的差异名义应力和应变计算，从最初的规模的标本，和真应力一应变是微不足道的压力通常遇到的工程结构，但有时差别较大的应力和应变成为重要的。 延性材料。经过大量的塑料拉伸或剪切变形破裂之前。当柔软材料的最后力量达成，横截面面积的试样开始减少或颈部，和由此产生的负荷，可以进行标本减退。因此，应根据原始的区域减少超越极限强度的材料，虽然压力继续增加，直至破裂。 渗透和吸收渗透是指容易与水可以缓慢穿过混凝土。这不应该混淆混凝土的吸水性，两者没有必然联系。吸收可能被定义为有能力的混凝土吸水到其空隙。低渗透是一个重要的要求，水力结构和在某些情况下，透水性混凝土可以被认为是更重要的比强度虽然，其他条件相等，低渗透性混凝土也将坚固耐用。混凝土这很容易吸收水容易恶化。与混凝土相比，钢是一种高强度材料。有用的普通钢筋抗拉强度以及压缩，也就是屈服强度，大约是15倍的普通结构混凝土抗压强度，和超过100倍的拉伸强度。另一方面，钢铁成本高是一个比较具体的材料。因此，2种材料的最佳组合使用，如果具体是无法抵御压应力和拉伸应力。 弹性模量作为一般规则，混凝土的弹性模量块可以被假定为与他们的实力，增加强度的增加。然而，对于集料混凝土砌块有很大影响
的类型骨料，在案件的蒸压加气混凝土，由透气度、弹性模量通常是不引用时，这个信息是必需的，制造商应要求提供。 数百年来，地图提供分层图形形式的信息和已被用来作为法律文件和工具、辅助决策等应用城市规划。最近，地理信息系统（地理信息系统）扩大了所发挥的作用类型的地图，包括整个系统的硬件，软件，和程序设计的捕捉，管理，操纵，和生产信息在空间范围。地理信息系统应用的确广泛；它们包括基础测绘，地籍管理，基础设施，管理设施，以及许多其他的。许多的负载可以被认为是由一个固定和非固定部分。它往往是必要的单独的负载为固定部分和其他部分的随机方式作用在结构上。非固定荷载分析意味着需要考虑不同加载条件，其中每一个被定义时的程度和位置的所有非固定荷载是有。 结构安全要求结构的强度是足够的负荷，可能会对它采取行动。如果强度可以准确预测如果负载同样确切地知道，然后就能保证安全提供强度只要稍微超过荷载的要求。但有许多来源的不确定性的估计负荷以及分析，设计，施工。这些不确定性需要安全边际。 在开始计算负载和他们的“行动”或应力和挠度设计者必须选择要使用的材料，并有一个明确的概念的方式，转让纵向和横向负载点应用到地面将发生。稳健的概念实际上这种结构决定了成功或失败的设计，关于它不仅安全，而且其经济。在任何实际的设计情况的可行性，各种制度和在何种程度上减少或增加的费用，其他元素的结构首先必须建立。智能选择最佳的概念，他只能在标准的一个具体问题已经彻底的调查和确定。
硅二极管与锗二极管的区别主要如下： 在电流相同时，锗管的直流电阻小于硅管的直流电阻。而硅管的交流电阻小于锗管的交流电阻。 2.根据实验研究，锗二极管正向在0.2V就开始有电流了，而硅二极管要到0.5V才开始有电流，也就是说两者达到导通的起始电压不同 3.在反向电压下，硅管的漏电流要比锗管的漏电流小得多。开始导通后，锗管电流增大速度较慢，硅管电流增大速度相对较快 4.硅二极管反向电流远小于锗二极管反向电流，锗管为mA级，硅管为nA级。 5.当正向电压很小时，通过二极管的电流非常小，只有在正向电压达到一定值Ur后，电流才会显着增加。电压Ur通常被称为二极管的阈值电压，也称为死区电压或阈值电压。 6.由于硅二极管的Is远小于锗二极管的Is，因此硅二极管的阈值电压大于锗二极管的阈值电压。通常，硅二极管的阈值电压约为0.5V~0.6V，锗二极管的阈值电压约为0.1V~0.2V。 二极管，指的是电子元件当中，一种具有两个电极的装置，只允许电流由单一方向流过，许多的使用是应用其整流的功能。而变容二极管（Varicap Diode）则用来当作电子式的可调电容器。大部分二极管所具备的电流方向性我们通常称之为“整流（Rectifying）”功能。二极管最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过（称为顺向
偏压），反向时阻断（称为逆向偏压）。因此，二极管可以想成电子版的逆止阀。 2.早期的真空电子二极管；它是一种能够单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的传导性。一般来讲，晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。 3.在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。当外加电压等于零时，由于p-n结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这也是常态下的二极管特性。 4.早期的二极管包含“猫须晶体（"Cat's Whisker"Crystals）”以及真空管(英国称为“热游离阀（Thermionic Valves）”)。现今最普遍的二极管大多是使用半导体材料如硅或锗。 5.由于半导体锗二极管在气液两相流中具有不同的传热能力，因而引起其温度发生变化，使二极管的正向输出电压也随之发生变化，利用二极管的这种特性制成低温液体液位计可达到精确测量和控制低温工质液而变化的目的。
硅管和锗管的区别 用万用表的电阻档X10，任何一对引脚间电阻。有且仅有一对之间是半通（指针在满度的一半或小于一半）的，其它的都不通或微通，就是好的，否则是坏的。 二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。 面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。 平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。 二极管的导电特性： 二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。 1、正向特性
在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。 2、反向特性 在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。 二极管的主要参数 用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言，必须了解以下几个主要参数： 1、额定正向工作电流 是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为140左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以，二极管
材料的力学性能应力应变关系 分别从静力学、几何学观点出发，建立了应力、应变的概念以及满足平衡和变形协调等条件时的方程。仅用这些方程还不足以解决受力构件内各点的受力和变形程度，因为在推导这些方程时，没有考虑到应力与应变间内在的联系。实际上它们是相辅相成的，有应力就有应变；有应变，就有应力（这里指等温情况）。应力与应变间的关系，完全由材料决定，反映了材料所固有的力学性质。不同的材料会反映出不同的应力应变关系。材料的力学性能和应力应变关系要通过实验得到。 4.1 材料的力学性能与基本实验 材料在外力作用下所表现出的变形和破坏方面的特性，称为材料的力学性能。材料的力学性能通常都是通过实验来认识的，最基本的实验是材料的轴向拉伸和压缩实验。常温、静载下的轴向拉伸试验是材料力学中最基本、应用最广泛的试 验。通过拉伸试验，可以较全面地测定 材料的力学性能指标，如弹性、塑性、 强度、断裂等。这些性能指标对材料力 学的分析计算、工程设计、选择材料和 新材料开发有极其重要的作用，特别对 建立复杂应力状态下材料的失效准则 提供最基本的依据。由于有些材料在拉 伸和压缩时所表现的力学性能并不相 同，因而必须通过另一基本实验，轴向 压缩实验来了解材料压缩时的力学性 能。 试验时首先要把待测试的材料加工 成试件，试件的形状、加工精度和试验 条件等都有具体的国家标准或部颁标 准规定。例如，国家标准GB6397-86《金属拉伸试验试样》中规定拉伸试件截面可采用圆形和矩形（见图4-1），并分别具有长短两种规格。圆截面长试件其工作段长度（也称标距），短试件l 0 = 5d 0（图4-1a）；矩形截面长试件 l0 = 11.3，短试件l 0 = 5.65，A 0为横截面面积（图4-1b）。金属材料的压缩实验，一般采用短圆柱形试件，其高度为直径的1.5~3倍（图4-1c）。除此之外，还规定了试验条件、试验内容及方法等。 4.2 轴向拉伸和压缩实验 4.2.1 低碳钢的拉伸实验
材料力学（应力应变部分） →规定载荷作用下， 强度要求，就是指构件应有足够的抵抗破坏的能力。 刚度要求，就是指构件应有足够的抵抗变形的能力。 →变形的基本假设：连续性假设，均匀性假设，各向同性假设。 →沿不同方向力学性能不同的材料，称为各向异性材料，如木材、胶合板和某些人工合成材料。 →分布力 表面力 集中力（火车轮对钢轨压力，滚珠轴承对轴的反作用力） 体积力是连续分布于物体内各点的力，例如物体的自重和惯性力等。 →动载荷，静载荷 →应力p应分解为正应力?，切应力τ。 →应力单位pa，1pa=1N/m2；常用Mpa，1Mpa=106pa。 第二章拉伸、压缩与剪切 2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力 →习惯上，把拉伸的轴力规定为正，压缩时的轴力规定为负。 →用横截面上的应力来度量杆件的受力程度。 →F N=?A；?(x)=F N(x)/A(x) 2.3 直杆轴向拉伸或压缩时斜截面上的内力和应力 α 轴向拉伸（压缩）时，在杆件的横截面上，正应力为最大值；在与杆件轴线成45°的斜截面上，切应力为最大值。最大切应力在数值上等于最大正应力的二分之一。此外，α=90°时，?α=τα=0，这表示在平行于杆件轴线的纵向截面上无任何应力。 （应力，p=F/A，45°斜截面上，力→ 2 2 ，面积→2 2 。） 2.7 安全因数 许用应力和安全因数的数值，可以在有关部门的一些规范中查到。 目前一般机械制造中，在静载的情况下，对塑性材料可取n s=1.2～2.5。脆性材料均匀性较差，且断裂突然发生，有更大的危险性，所以取n b=2～3.5，甚至取到3～9。 2.8 轴向拉伸或压缩时的变形 →胡克定律，当应力不超过材料的比例极限时，应力与应变成正比。?=Eε，弹性模量E的值随材料而不同。 ?l l =ε=? E =F AE ；?l=FL AE 即，对长度相同，受力相等的杆件，有EA越大则变形Δｌ越小，所以称EA为杆件的抗拉/压刚度。 →泊松比， 当应力不超过比例极限时横向应变ε’与轴向应变ε之比的绝对值是一个常数，即
硅、锗的性能特点及其应用自从1833年，法拉第最先发现硫化银的电阻随温度的变化情况不同于一般金属，即硫化银的电阻随温度的上升而降低，科学家们就开始了对于半导体的研究之路。 常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，目前各种资料对半导体材料都不约而同的采用了类似于这种的定义。但我们要注意的是，导电性能只能是半导体材料的一个特点，我们更多关注的是其五大特性：掺杂性、热敏性、光敏性、负电阻率温度特性，整流特性。而硅和锗就是人们最早发现的半导体材料，又被公认为是第一代半导体材料，硅、锗在科学家们利用其半导体特性进行实际应用之前，应用都很有限。早期的半导体材料是用锗的，那时候硅的提纯技术还不够成熟。直至后来硅的提纯工艺成熟以后，不仅集成电路大量的采用了硅材料，而且硅集成电路得到了良好的发展。 直至21世纪的今天，硅还是集成电路产业的支柱，而锗的应用似乎就少一些。是什么原因导致了硅和锗如此巨大的差别呢？我们从两种材料的指标来分析。 首先是两种材料的储量有很大差距。目前，全世界已探明的锗保有储量约为8600 金属吨，而世界已查明的黄金储量约为8.9 万吨，也就是说锗储量甚至比大家公认的以稀少著称贵金属黄金还要稀少。而硅的储量处于地壳元素储量的第二位，广袤的沙漠，沙子给集成电路产业提供了充足且廉价的原料。 硅的界面特性更适合。硅与二氧化硅的界面性质良好，和别的半导体材料的相应的氧化层的界面相比，硅/二氧化硅的界面堪称完美。界面缺陷随着技术的进步也控制的越来越好。同时二氧化硅可以作为杂质注入时候的遮蔽层，可以有效的阻挡磷元素和硼元素等。另一个原因是二氧化硅是非常稳定的绝缘体材料，而二氧化锗不仅高温不稳定而且还会溶于水，而