半导体材料第7 8讲化合物半导体 ppt课件

比Ge、Si等困难。到50年代末，科学工作者应用水平布里奇曼法
(HB)、温度梯度法(GF)和磁耦合提拉法生长出了GaAs、InP单晶，但
由于晶体太小不适于大规模的研究。
•
1962年Metz等人提出可以用液封直拉法(LEC)来制备化合物半导
体晶体，1965~1968年Mullin等人第一次用三氧化二硼(B2O3)做液封剂， 用LEC法生长了GaAs、InP等单晶材料，为以后生长大直径、高质量
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
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• III一V族化合物半导体是由周期表中IIIA和VA族元素化合而成。
• 几乎在与锗、硅等第一代元素半导体材料的发展和研究的同时，科学 工作者对化合物半导体材料也开始了大量的探索工作。
半导体材料
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第六章 III－V族化合物半导体
• 一、重要 III－V族化合物半导体介绍 • 二、 III－V族化合物半导体的晶体结构 • 三、III－V族化合物半导体的能带结构
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精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
一统天下，砷化镓集成电路己占集成电路市场份额的2%强。
• 已获应用的砷化镓器件有:
1. 微波二极管，耿氏二极管、变容二极管等;
2. 微波晶体管:场效应晶体管(FET).高电子迁移率晶体管(HEMT) ，异 质结双极型晶体管(HBT)等;
3. 集成电路:微波单片集成电路(MMIC )、超高速集成电路(VHSIC)等;
Ⅲ-Ⅴ族单晶打Βιβλιοθήκη 了基础。2020/12/27
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化合物半导体材料砷化镓
• 砷化镓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。
• 优点：
• 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， 硅为1.1eV），工作温度可以比 硅高
是通过砷化镓发出的红外光把指令传给主机的。 • 在许多家电上都有小的红色、绿色的指示灯，它们是以砷化
镓等材料为衬底做成的发光二极管。 • 光盘和VCD， DVD都是用以砷化镓为衬底制成的激光二极管
进行读出的。
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曲折的应用历程
•
到了50年代中期当半导体硅的工艺获得突破以后.人
们开始寻找更优良的半导体材料。由于其优异的半导体性
• 砷化镓早在1926年就已经被合成出来了。到了1952年确认了 它的半导体性质。
•
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。
• 砷化镓在我们日常生活中的一些应用 • 现在我们看电视、听音响、开空调都用遥控器。这些遥控器
质，所以目光就集中在砷化镓上。
•
砷化镓单晶在应用上曾遭受到不少挫折。首先用它来
作晶体管和二极管，结果其性能还赶不上硅和锗。到了60
年代初，出现了耿氏微波二极管，人们曾寄希望于将此器
件取代真空速调管，使雷达实现固体化。后终因输出功率
太小而未能实现。
•
在改善计算机性能中，用砷化镓制成了超高速电路，
可以提高计算机的计算速度，这个应用十分诱人，但是后
• 为直接带隙，光电特性好，可作发光与激光器件
• 容易制成半绝缘材料（电阻率107-109Ωcm），
• 本征载流子浓度低
• 耐热、抗辐射性能好
• 对磁场敏感
• 易拉制出单晶
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•
砷化镓是由金属镓与半金属砷按原子比1:1化合而成的金属
间化合物。它具有灰色的金属光泽，其晶体结构为闪锌矿型。
• 移动电话 近些年来移动电话飞速发展，年增长率达两三倍。由于 用户的增加和功能的扩大，就必须提高其使用的频率。在较高的频率 下，砷化镓器件与硅器件相比.具有使用的电压低、功率效率高、噪 声低等优点，而且频率愈高，两种器件在上述性能方面的差距愈大。 所以现在移动通信成了砷化镓微波电路的最大用户。
• 光纤通信 在此种通信中光的发射是要用砷化镓或砷化镓基的激光 二极管或发光二极管，由于移动通信和因特网的发展扩大了对光纤通 信的需求。
4. 红外发光二极管:(IR LED); .可见光发光二极管(LED，作衬底 用); .激光二极管(LD);.
5. 光探测器;
6. 高效太阳电池; 7. 霍尔元件等
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砷化镓应用领域
• 最近一个时期以来，有些砷化镓器件的需求猛增，一些领域的发 展迅速地扩大了砷化镓市场的需求，又带动了砷化镓材料和器件的研 究与发展，这些领域是:
• 汽车自动化 首先获得应用的是全球定位系统，可以指示给驾驶员 关于汽车的方位、合理的行车路线等信息，这也为汽车的无人驾驶提 供了前提条件，这套系统主要靠砷化镓的微波器件所支持的。另外已 接近商品化的汽车防碰撞装置是以砷化镓微波器件所构成的雷达为核 心的。
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砷化镓应用领域
• 太空高效太阳电池 原来人造天体上所用的都是硅的太阳能电 池。由于砷化镓太阳能电池的工艺获得突破，现已证明，在太 空中使用砷化镓太阳能电池更为合理。最近发射和计划发射的 人造天体多使用砷化镓太阳能电池作能源。最引人注目的是美 国发射的火星探路者，它使用了砷化镓太阳能电池来驱动自动 小车在火星上工作了30天。
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1952年Welker等人发现Ⅲ族和Ⅴ族元素形成的化合物也是半导体，
而且某些化合物半导体如GaAs、InP等具有Ge、Si所不具备的优越特
性(如电子迁移率高、禁带宽度大等等)，可以在微波及光电器件领域
有广泛的应用，因而开始引起人们对化合物半导体材料的广泛注意。
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但是，由于这些化合物中含有易挥发的Ⅴ族元素，材料的制备远
来开发出计算机平行计算技术，又给砷化镓的应用浇了一
飘冷水。
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所以一直到90年代初期，砷化镓的应用基本限于光电
子器件和军事用途。
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步入黄金时代
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由于认识到其优异性能及其战略意义人们不断地对砷化镓材料
器件及应用进行研究与开拓，这些工作为今天的大发展打下了基础。
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砷化镓器件有分立器件和集成电路。现在集成电路已不是硅的