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半导体晶体类型半导体是一种电阻率介于导体和绝缘体之间的材料，其中电子的能隙小于导体，但大于绝缘体。
半导体的导电性能受温度、杂质等多种因素影响，因此可以通过控制这些因素来实现半导体材料的性能调控和应用。
半导体材料的晶体结构不同，可以分为以下几种类型。
1. 硅晶体硅晶体是最常见的半导体材料，其结构为面心立方格子结构。
硅晶体的晶格常数为5.43Å，其中每个原子有四个共价键，形成四面体结构。
硅晶体的导电性能随温度升高而增强，但是当温度过高时，硅晶体会失去半导体特性，成为导体。
硅晶体在电子学领域应用广泛，例如制作集成电路、太阳能电池等。
2. 锗晶体类似于硅晶体，锗晶体的结构也是面心立方格子结构，但是其晶格常数为5.66Å，每个原子有四个共价键，形成类似于四面体的结构。
锗晶体的导电性能也随温度升高而增强，但是其导电度比硅晶体低。
锗晶体在电子学领域的应用相对较少，主要用于制作红外光电器件等。
3. 碲化镉晶体碲化镉晶体的结构为六角最密堆积结构，其中每个镉原子都被六个碲原子包围，每个碲原子都被三个镉原子包围。
碲化镉晶体的导电性能比硅晶体和锗晶体好，其电阻率约为10-3 Ω·cm。
碲化镉晶体在红外光电领域应用广泛，例如制作红外探测器、激光器等。
4. 氮化硅晶体氮化硅晶体的结构为六角最密堆积结构，其中硅原子和氮原子交替排列。
氮化硅晶体的导电性能比硅晶体和锗晶体好，其电阻率约为10-2 Ω·cm，且具有优良的热稳定性。
氮化硅晶体在电子学领域应用广泛，例如制作高功率电子器件、蓝色LED等。
5. 砷化镓晶体砷化镓晶体的结构为锌切面结构，其中镓原子和砷原子交替排列。
砷化镓晶体的导电性能比氮化硅晶体更好，其电阻率约为10-6 Ω·cm，具有高移动率和快速响应特性。
砷化镓晶体在光电领域应用广泛，例如制作高速光电器件、半导体激光器等。
半导体材料的晶体类型不同，其性能和应用也各有特点。
常用的半导体单晶材料
半导体材料是现代电子科技的基础。
常用的半导体单晶材料包括硅、锗、砷化镓、硒化铟、氮化镓等。
以下是我对各种材料的介绍和应用。
1. 硅
硅是最常见的半导体材料。
其结晶格子具有优异的周期性，加之有很
多方法可以获得高纯度的硅单晶。
硅的禁带宽度约为1.1电子伏特，
可以导电也可以不导电。
在电子元器件中，硅是最重要的原料之一。
从集成电路到太阳能电池，硅都扮演着重要的角色。
2. 锗
锗是另一种常见的半导体材料，相较于硅，其导电性和光学性质较为
优越，可用于制作红外探测器等器件。
然而，由于热力学上的限制，
用锗制作高灵敏度元件的难度相对较高。
3. 砷化镓
砷化镓是一种优秀的半导体材料，拥有很宽的带隙（1.43电子伏特），以及良好的电学和光学特性。
它被广泛应用于微波电子学、激光器和LED等器件的制造。
4. 硒化铟
硒化铟也是一种重要的半导体材料。
虽然其带隙只有0.25电子伏特，但其好的电学性能和红外光学性能使得它在红外目标识别、近红外发光器和高速光通信等领域发挥了重要作用。
5. 氮化镓
氮化镓是最近发展起来的一种半导体材料，由于其具有高硬度、高热导率、高抗氧化性、高光学透明性等特性，被广泛应用于高功率电子器件的制造，如蓝光激光器、高频高功率晶体管等。
总之，以上提到的半导体材料都是现代电子技术不可或缺的原材料，它们在电子学、光学、材料科学等方面发挥重要的作用。
未来，随着科技的发展，半导体材料的种类和应用也将随之增加和扩展。
砷化镓物理特性及应用院系：可再生能源学院专业：新能源材料与器件班级：能材1201班**: ***学号：**********2015年1月摘要：文章从砷化镓材料的结构，物理特性以及应用方面，对砷化镓材料进行了简单的介绍和了解。
Ⅲ-Ⅴ族半导体砷化镓具有禁带宽度大且为直接带隙、本征载流子浓度低，而且具有半绝缘性能，其具有耐热、耐辐射及对磁场敏感等特性，制造的器件也具有特殊用途和多样性,应用已经延伸到硅、锗器件所不能达到的领域，是用途广泛，非常重要的一种半导体材料。
关键词：砷化镓直接带隙结构Ⅲ-Ⅴ族半导体半绝缘砷化镓一．引言化合物半导体材料砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）是微电子和光电子的基础材料，而砷化镓则是化合物半导体中最重要、用途最广泛的半导体材料，也是目前研究得最成熟、生产量最大的化合物半导体材料。
由于砷化镓具有电子迁移率高（是硅的5~6倍）、禁带宽度大（它为1.43eV，Si为1.1eV）且为直接带隙，容易制成半绝缘材料（电阻率107~109Ωcm）、本征载流子浓度低、光电特性好。
用砷化镓材料制作的器件频率响应好、速度快、工作温度高，能满足集成光电子的需要。
它是目前最重要的光电子材料，也是继硅材料之后最重要的微电子材料，它适合于制造高频、高速的器件和电路。
此外, GaAs材料还具有耐热、耐辐射及对磁场敏感等特性。
所以,用该材料制造的器件也具有特殊用途和多样性,其应用已延伸到硅、锗器件所不能达到的领域。
即使在1998年世界半导体产业不景气的状况下, GaAs材料器件的销售市场仍然看好[1]。
当然, GaAs材料也存在一些不利因素,如:材料熔点蒸气压高、组分难控制、单晶生长速度慢、材料机械强度弱、完整性差及价格昂贵等,这都大大影响了其应用程度。
然而, GaAs材料所具有的独特性能及其在军事、民用和产业等领域的广泛用途,都极大地引起各国的高度重视,并投入大量资金进行开发和研究。
二．材料的结构2.1砷化镓的晶体结构砷化镓晶格是由两个面心立方(fcc)的子晶格(格点上分别是砷和镓的两个子晶格)沿空间体对角线位移1/4套构而成。
其中晶态半导体又可以分为单晶半导体和多晶半导体。
上述材料中，锗(Ge)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)都是单晶，是由均一的晶粒有序堆积组成；而多晶则是由很多小晶粒杂乱地堆积而成。
对于非晶态半导体，有非晶态硅、非晶态锗等，它们没有规则的外形，也没有固定熔点，内部结构不存在长程有序，只是在若干原子间距内的较小范围内存在结构上的有序排列，称作短程有序。
另外，在实际应用中，根据半导体材料中是否含有杂质，又可以将半导体材料分为本征半导体和杂质半导体。
在下面的章节中将会介绍，杂质的存在将对材料的性能产生很大的影响。
二. 半导体材料的结构及其性能1.几种半导体材料的结构1.1金刚石结构型材料Si、Ge等Ⅳ族元素有4个未配对的价电子，每个原子只能与周围4个原子共价键合，使每个原子的最外层都成为8个电子的闭合壳层，因此共价晶体的配位数(即晶体中一个原子最近邻的原子数)只能是 4。
方向性是指原子间形成共价键时，电子云的重叠在空间一定方向上具有最高密度，这个方向就是共价键方向。
共价键方向是四面体对称的，即共价键是从正四面体中心原子出发指向它的四个顶角原子，共价键之间的夹角为109°28′，这种正四面体称为共价四面体，见图 1.2。
图中原子间的二条连线表示共有一对价电子，二条线的方向表示共价键方向。
共价四面体中如果把原子粗略看成圆球并且最近邻的原子彼此相切，圆球半径就称为共价四面体半径。
单纯依靠图1.2那样的一个四面体还不能表示出各个四面体之间的相互关系，为充分展示共价晶体的结构特点，图1.3(a)画出了由四个共价四面体所组成的一个Si、Ge晶体结构的晶胞，统称为金刚石结构晶胞，整个Si、Ge晶体就是由这样的晶胞周期性重复排列而成。
它是一个正立方体，立方体的八个顶角和六个面心各有一个原子，内部四条空间对角线上距顶角原子1/4对角线长度处各有一个原子，金刚石结构晶胞中共有8个原子。
金刚石结构晶胞也可以看作是两个面心立方沿空间对角线相互平移 1/4 对角线长度套构而成的。
半导体物理知识点总结5、半导体中电子的准动量：经典意义上的动量是惯性质量与速度的乘积，即v。
根据教材式（1-1）和式（1-10），对于自由电子v＝hk，这是自由电子的真实动量，而在半导体中hk＝v；有效质量与惯性质量有质的区别，前者隐含了晶格势场的作用（虽然有质量的量纲）。
因为v与v具有相同的形式，因此称v为准动量。
6、本征激发：共价键上的电子激发成为准自由电子，亦即价带电子吸收能量被激发到导带成为导带电子的过程，称为本征激发。
这一概念今后经常用到。
7、载流子：晶体中荷载电流（或传导电流）的粒子。
金属中为电子，半导体中有两种载流子即电子和空穴，而影响半导体导电性的主要是导带电子和价带空穴。
8、回旋共振实验：目的是测量电子的有效质量，以便采用理论与实验相结合的方法推出半导体的能带结构。
为能观测出明显的共振吸收峰，就要求样品纯度要高，而且实验一般在低温下进行，交变电磁场的频率在微波甚至在红外光的范围。
实验中常是固定交变电磁场的频率，改变磁感应强度以观测吸收现象。
磁感应强度约为零点几T。
等能面的形状与有效质量密切相关，对于球形等能面，有效质量各向同性，即只有一个有效质量；对于椭球等能面，有效质量各向异性，即在不同的波矢方向对应不同的有效质量。
9、横向有效质量沿椭球短轴方向，纵向有效质量沿椭球长轴方向。
10、直接带隙半导体是指导带极小值与价带极大值对应同一波矢；间接带隙半导体是指导带极小值与价带极大值对应不同的波矢。
本章要求掌握的内容及考点：——本章要求熟练掌握基本的物理原理和概念——考题主要涉及填空、名词解释和简答题（物理过程的解释）1、以上基本概念和名词术语的解释。
2、熟悉金刚石型结构与闪锌矿型结构晶胞原子的空间立体分布及硅、锗、砷化镓晶体结构特点，晶格常数，原子密度数量级（1022个原子/立方厘米）。
3、掌握能带形成的原因及电子共有化运动的特点；掌握实际半导体的能带的特点。
4、掌握有效质量的意义及计算公式，速度的计算方法，正确理解半导体中电子的加速度与外力及有效质量的关系，正确理解准动量及其计算方法，准动量的变化量应为。
关于半导体材料硅和砷化镓的钎焊半导体材料种类繁多，但除硅与砷化镓外，工业上利用钎焊技术进行链接的并不多。
再者，半导体材料的特性与所含杂质的成分和数量有关。
两种材料之间必须保证是欧姆接触。
为了保证材料的性质不变，在钎焊过程中，钎焊温度必须低于母材的最高工作温度。
钎焊方法分两种：一种为普通软钎焊，即用钎料片放置于半导体材料和管壳或引线之间进行钎焊；另一种为共晶钎焊，即在半导体材料上覆盖多层金属膜，升温过程中金属膜之间互相扩散成共晶成分，当温度达到共晶熔化温度时，金属膜融化使半导体材料与管壳等连到一起。
半导体材料的钎焊一般都在保护气氛中进行。
钎焊温度通常不超过450℃。
半导体材料是电阻率介于导体（主要是金属）和非导体（电介质）之间的一类物质。
它们的点阻力介于10-4~109Ω·cm之间。
半导体材料的应用特性极大地依赖于其中所含的微量杂质。
若半导体材料中的杂质含量从10-9变到10-2，则它的电导率会变化数百万倍。
半导体材料的另一个特征是，它传导电流时不仅依靠电荷——电子，而且依靠在数量上与电子相等的正电荷——空穴。
电子导电性称为n型导电性，空穴导电性称为p型导电性。
具有半导体性质的材料种类繁多，按化学成分可分成六类。
1.元素半导体材料。
元素半导体材料有硼（B）、碳（C）、硅（Si）、锗（Ge）、锡（Sn）、磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、硫（S）、硒（Se）、碲（Te）和碘（I）等十二种元素。
硅、锗、硒是常用元素半导体材料。
硒是最早使用的元素半导体材料，主要用于制造硒整流器，硒光电池和静电复印半导体。
锗是一种稀有元素，是工业上最先实用化的半导体材料，由于在地壳中含量极少，大约为百万分之二，而且极为分散，因此料源十分贫乏。
锗的禁带宽度（0.67eV）比硅的宽度（1.08eV）小，因而锗器件的最高工作温度（≈100℃）较硅器件（≈250℃）低；锗的电阻率范围较硅小三个数量级；用于制造器件的品种少，不宜制作高反向耐压的大功率器件。
![半导体物理学简明教程 (2)[111页]](https://uimg.taocdn.com/d53f7c38bcd126fff7050bcf.webp)
半导体物理第一章半导体中的电子状态单电子近似：即假设每个电子是在周期性排列且固定不动的原子核势场及其他电子的平均势场中运动。
该势场是具有与晶格同周期的周期性势场。
1.1半导体的晶格结构和结合性质1.大量的硅、锗原子组合成晶体靠的是共价键结合，他们的晶体结构与碳原子组成的一种金刚石晶格都属于金刚石型结构。
2.闪锌矿型结构（见课本8页）1.2半导体中电子的状态和能带1.Φ(r,t)=Ae i(k.r−wt) k为平面波的波数2.k=|k|=2л/λ波的传播方向为与波面法线平行3.在晶体中波函数的强度也随晶格周期性变化，所以在晶格中各点找到该电子的概率也具有周期性变化的性质。
这反映了电子不再完全局限在某一个原子上，而是可以从晶胞中某一点自由运动到其他晶胞内的对应点，因而电子可以在整个晶体中运动，这种运动称为电子在晶体内的公有化运动。
1.3半导体中的电子的运动有效质量1.导带低电子的有效能量1h2(d2Edk2)k=0=1m n∗2.引进有效质量的意义在于它概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中的电子外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用。
3.能量带越窄二次微商越小，有效质量越大。
内层电子的能量带越窄，有效质量大；外层电子的能量带宽，有效质量小。
1.4本征半导体的到点机构空穴1.可以认为这个空状态带有正电。
2.正电荷为空状态所有，它带的电荷是+q。
3.空穴：通常把价带中空着的状态看成是带正电的粒子，称为空穴。
.空穴不仅带有正电荷+q，而且还具有正的有效质量。
4引进空穴概念后，就可以把价带中大量电子对电流的贡献用少量的空穴表达出来。
半导体中除了导电带上电子导体作用外，价带中还有空穴的导电作用，这就是本征半导体的导电机构。
1.6 硅和锗的能带结构硅和锗的禁带宽度是随温度变化的，在T=0K时，硅和锗的禁带宽度E g分别趋近于1.70eV和0.7437eV.随着温度的升高，E g按如下规律减小E g（T）=E g（0）- -aT2T+β,式中E g（T）和E g（0）分别表示温度为T和0K时的禁带宽度，a,β为温度系数。
光电器件基础·期末复习指导第一章半导体光学基础知识[基本概念]1.光电子技术:光子技术和电子技术相结合而形成的一门技术。
2.光的波粒二象性：某物质同时具备波的特质及粒子的特质。
3.直接带隙半导体:导带底和价带顶在k 空间同一点的半导体4.间接带隙半导体:导带底和价带顶不在k 空间同一点的半导体5.内建电场:半导体pn结界面处两侧的离子带电类型不同，使得空间电荷层中存在着从n 型区一侧指向p 型区一侧的电场6.半导体异质结构：专指不同单晶半导体之间的晶体界面。
[基本理论]1.光的电磁波谱众所周知，光是一种电磁波。
如图1.5 所示，从无线电波到γ射线的整个电磁波谱中，光辐射只是从波长1 nm ~ 1 mm（频率为3×1011 Hz ~ 3×1017 Hz）范围内的电磁辐射，它包括真空紫外线、紫外线、可见光、红外辐射等部分。
可见光是波长为380 nm ~ 780 nm 的光辐射，这一波段范围内的电磁波被人眼所感知。
图1.5 光的电磁波谱2.pn 结的伏安特性pn 结加正向偏压时，通过pn 结的电流主要为扩散电流，电流随电压成指数增加；加负向偏压时，扩散运动受到严重抑制，通过pn 结的电流主要是很小的漂移电流。
这里仅给出电流电压关系为[exp(/)1]s a b J J eV K T =-其中0[]p n n p p n eD P eD n Js L L =+上式称为理想二极管方程。
它是在很大电流与电压范围内pn 结电流电压特性的最佳描述。
图1.17 为pn 结电流电压关系曲线。
假如V a 为负值（反向偏压），反偏电流会随着反偏电压的增大而迅速趋向于一个恒定值-J s ，与反向偏压的大小就无关了。
J s 称为反向饱和电流密度。
很显然，pn 结的电流电压特性是非对称的。
[综合问题]1.单晶硅、锗与砷化镓能带结构有何特点？硅和锗的能带结构有何特点：硅和锗的导带在布里渊区中心虽然都有极小值，但导带中最小的极小值却不在布里渊区中心Γ 点，如图1.10所示，硅导带中的最小极值在空间[1 0 0]方向上，Γ 点之间的距离约为Γ 点和X 点间距的5/6，锗导带中的最小极值在空间[1 1 1]方向上的L 点处。
