09章IIVI族化合物半导体汇总
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半导体知识点总结大全引言半导体是一种能够在一定条件下既能导电又能阻止电流的材料。
它是电子学领域中最重要的材料之一,广泛应用于集成电路、光电器件、太阳能电池等领域。
本文将对半导体的知识点进行总结,包括半导体基本概念、半导体的电子结构、PN结、MOS场效应管、半导体器件制造工艺等内容。
一、半导体的基本概念(一)电子结构1. 原子结构:半导体中的原子是由原子核和围绕原子核轨道上的电子组成。
原子核带正电荷,电子带负电荷,原子核中的质子数等于电子数。
2. 能带:在固体中,原子之间的电子形成了能带。
能带在能量上是连续的,但在实际情况下,会出现填满的能带和空的能带。
3. 半导体中的能带:半导体材料中,能带又分为价带和导带。
价带中的电子是成对出现的,导带中的电子可以自由运动。
(二)本征半导体和杂质半导体1. 本征半导体:在原子晶格中,半导体中的电子是在能带中的,且不受任何杂质的干扰。
典型的本征半导体有硅(Si)和锗(Ge)。
2. 杂质半导体:在本征半导体中加入少量杂质,形成掺杂,会产生额外的电子或空穴,使得半导体的导电性质发生变化。
常见的杂质有磷(P)、硼(B)等。
(三)半导体的导电性质1. P型半导体:当半导体中掺入三价元素(如硼),形成P型半导体。
P型半导体中导电的主要载流子是空穴。
2. N型半导体:当半导体中掺入五价元素(如磷),形成N型半导体。
N型半导体中导电的主要载流子是自由电子。
3. 载流子浓度:半导体中的载流子浓度与掺杂浓度有很大的关系,载流子浓度的大小决定了半导体的电导率。
4. 质量作用:半导体中载流子的浓度受温度的影响,其浓度与温度成指数关系。
二、半导体器件(一)PN结1. PN结的形成:PN结是由P型半导体和N型半导体通过扩散结合形成的。
2. PN结的电子结构:PN结中的电子从N区扩散到P区,而空穴从P区扩散到N区,当N区和P区中的载流子相遇时相互复合。
3. PN结的特性:PN结具有整流作用,即在正向偏置时具有低电阻,反向偏置时具有高电阻。
半导体知识点总结半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料,它具有一些特殊的电子性质,因此在现代电子技术中具有重要的应用。
本文将对半导体的基本概念、特性、原理以及应用进行详细的介绍和总结。
一、半导体的基本概念1、半导体材料半导体材料是一类电阻率介于导体和绝缘体之间的材料,它具有一些特殊的电子能带结构。
常见的半导体材料包括硅(Si)、锗(Ge)、GaAs等。
2、半导体的掺杂半导体材料经过掺杂后,可以改变其电子结构和导电性质。
常见的掺杂有N型和P型两种类型,分别通过掺入杂质原子,引入额外的自由电子或空穴来改变半导体的导电性质。
3、半导体的结构半导体晶体结构通常是由大量的晶格排列组成,具有一定的晶格参数和对称性。
在半导体器件中,常见的晶体结构有晶体管、二极管、MOS器件等。
二、半导体的特性1、能带结构半导体的能带结构是其特有的性质,它决定了半导体的导电性质。
半导体的能带结构通常包括价带和导带,其中价带中填充电子的能级较低,而导带中电子的能级较高,两者之间的能隙称为禁带宽度。
2、电子迁移和载流子在外加电场的作用下,半导体中的自由电子和空穴可以在晶体内迁移,并形成电流。
这些移动的载流子是半导体器件工作的基础。
3、半导体的导电性半导体的导电性是由自由电子和空穴共同贡献的,通过掺杂和外加电场的调制,可以改变半导体的导电性。
三、半导体的原理1、P-N结P-N结是半导体器件中最基本的结构之一,它由P型半导体和N型半导体组成。
P-N结具有整流、放大、开关等功能,是二极管、光电二极管等器件的基础。
2、场效应器件场效应器件是一类利用外加电场控制半导体导电性质的器件,包括MOS场效应管、JFET场效应管等。
场效应器件具有高输入电阻、低功耗等优点,在数字电路和模拟电路中得到广泛应用。
3、半导体光电器件半导体光电器件是一类利用光电效应将光能转化为电能的器件,包括光电二极管、光电导电器件等。
光电器件在光通信、光探测、光伏等领域有着重要的应用。
化合物半导体讲义上海大学材料学院2012/11/20目录第一章绪论 (4)1.1半导体材料的发展历史 (4)1.1.1什么是半导体材料? (4)1.1.2半导体材料的早期应用 (4)1.1.3硅单晶及其外延 (5)1.1.4硅微电子技术 (6)1.1.5GaAs和InP单晶材料 (6)1.1.6宽带隙半导体材料 (6)1.1.7低维半导体材料 (7)1.2信息技术对半导体材料的要求 (7)1.3化合物半导体材料的应用 (8)1.4半导体材料的分类 (8)1.4.1元素半导体 (9)1.4.2化合物半导体 (10)1.4.3半导体固溶体 (11)1.5化合物半导体材料特性 (11)1.5.1晶格结构 (11)1.5.2晶体的化学键和极化 (13)1.5.3施主和受主能级 (18)1.5.4迁移率 (19)1.6化合物半导体器件的发展方向 (22)1.7课程教学目的和要求 (22)课外要求(文献阅读和习题) (22)第二章化合物半导体中的杂质和缺陷 (23)2.1有关固体中缺陷的一些基本概念 (23)2.1.1缺陷的分类 (23)2.1.2缺陷的表示符号 (24)2.1.3本征缺陷 (25)2.1.4杂质缺陷 (26)2.1.5电子和空穴 (27)2.1.6点缺陷的局域能级 (29)2.1.7缺陷的缔合 (31)2.1.8价键和点缺陷 (32)2.2化合物半导体中常见杂质和点缺陷 (35)2.3热处理效应 (37)2.3.1 GaAs的热处理 (37)2.3.2离子性半导体的热处理 (38)2.3.3混晶半导体的热处理 (40)2.4 II-VI族化合物半导体的掺杂问题 (40)2.4.1点缺陷的自补偿与残留杂质的补偿 (41)2.5 n型III-V族化合物半导体中的DX中心 (44)2.6 CZT:In晶体中的缺陷 (44)2.6.1晶体中主要存在本征点缺陷 (44)2.6.2 In在CZT晶体中产生的点缺陷 (45)2.6.3 CZT:In晶体中点缺陷类化学平衡 (45)2.6.4点缺陷浓度与In掺杂量关系 (47)2.6.5点缺陷浓度与Cd压的关系 (49)本章要点 (49)课外要求(文献阅读和习题) (50)第三章晶体生长热力学 (51)3.1 晶体生长热力学 (51)3.1.1相变驱动力 (51)3.1.2成核 (54)3.2 相图及其在晶体生长中的应用 (55)3.2.1 相图 (56)3.2.2相图在晶体生长中的应用 (64)3. 3相图在化合物半导体晶体研制中的应用 (68)本章要点 (71)课外要求(文献阅读和习题) (71)第四章化合物半导体晶体生长 (72)4.1Bridgman法晶体生长技术的基本原理 (72)4.1.1 Bridgman法晶体生长技术简介 (72)4.1.2 Briddgnan法晶体生长过程的传热特性 (76)4.1.3 Bridgman法晶体生长过程结晶界面控制原理 (78)4.2 Bridgman法晶体生长过程的溶质传输及其再分配 (79)4.2.1 一维平界面晶体生长过程中的溶质再分配 (79)4.2.2 多元合金及快速结晶条件下的溶质分凝 (84)4.2.3 实际Bridgman法晶体生长过程中的溶质分凝分析 (86)4.3 高压Bridgman法晶体生长 (91)4.4其他定向结晶的晶体生长方法 (92)4.4.1 区熔-移动加热器法 (92)4.4.2 溶剂法 (95)4.4.3 浮区法 (96)4.5气相生长 (98)4.5.1 气相生长方法概述 (98)4.5.2物理气相生长技术 (100)4.5.3化学气相生长技术 (111)本章要点 (116)课外要求(文献阅读和习题) (116)第一章绪论1.1半导体材料的发展历史1.1.1什么是半导体材料?物质存在的形式多种多样,固体、液体、气体、等离子体等等。
第9章 II-VI族化合物半导体吉林大学电子科学与工程学院半导体材料1、II-VI族化合物半导体 2、自补偿效应 3、氧化物半导体 4、有机半导体 5、C族半导体吉林大学电子科学与工程学院 半导体材料ⅡB族元素:Zn Cd Hg ⅥA族元素:S Se Te 组成9种二元化合物元素 Zn Cd Hg S ZnS 3.6eV CdS 2.4eV α-HgS 2.1eV Se ZnSe 2.7eV CdSe 1.67eV HgSe 0eV Te ZnTe 2.26eV CdTe 1.6eV HgTe -0.15eV半导体材料吉林大学电子科学与工程学院元素 Zn Cd HgS ZnS 3.6eV CdS 2.4eV α-HgS 2.1eVSe ZnSe 2.7eV CdSe 1.67eV HgSe 0eVTe ZnTe 2.26eV CdTe 1.6eV HgTe -0.15eV只闪锌矿晶体结构: ZnSe 、 HgSe 、 ZnTe 、 CdTe 和 HgTe 闪锌矿和纤锌矿晶体结构:ZnS、CdS、HgS和CdSe HgTe和HgSe的禁带宽度Eg≤0 半金属 直接跃迁型,禁带比较宽(比同周期Ⅲ-Ⅴ族化合物宽) 基本特性大体符合随原子序数和的变化而变化的规律吉林大学电子科学与工程学院 半导体材料II-VI化合物的主要应用1. 光电器件,ZnS ZnSe CdS和ZnTe都是重要的蓝绿光 LED和LD半导体材料 2. 薄膜场致发光显示器 TFEL ,尤其是 ACTFEL: ZnS ACTFEL 可制成各种面积、形状的平面光源,其光 效高,耗电少 3. 光/辐射探测器,CdTe是高能辐射、高能粒子探测的 重要材料,在医学、核安全等方面有重要应用, HgCdTe/CdTe在红外成像方面得到广泛应用 4. 光电导探测器,CdS,ZnSe 5. 太阳电池, CdS/CdTe 其理论转换效率为 30%,已开 始大规模产业化 6. 热/红外探测 HgCdTe/CdTe吉林大学电子科学与工程学院 半导体材料ZnS作为一种用途广泛的电致发光材料,ZnS的突出特点是 其发光光谱会因掺杂元素的不同而变化。
按半导体工艺分类,集成电路可以分为A、双极型电路、MOS电路和接口电路B、双极型电路、MOS电路和双极型-MOS电路C、小规模、大规模和超大规模集成电路D、模拟集成电路、数字集成电路化合物半导体分类概述化合物半导体主要包括III-V族,II-VI族、IV-IV族及I-III-VI族等,但就研究现况及未来远景而言,仍以III-V族、II-VI族及IV-IV族为主流,概述如下。
1.III-V族(1)砷化物系列材料︰包括AlGaA s、应变InGaAs材料,已是最成熟的化合物半导体,也是在光纤通讯、无线通讯及信息产业上不可或缺的关键材料。
近年来,研究重点除了与量产技术相关的课题外,最受注意的方向就是与纳米科技相关的InGaAs、InAs量子点、量子线低维度结构及其临场实时检测技术、Metamorphic 外延技术、含氮的InGaAsSbN材料、以及含Mn,Co,Ni及Cr等元素的磁性材料。
这些新材料搭配纳米结构会是未来发展量子器件的基础。
(2)磷化物系列材料︰包括可见光范围的AlGaInP/GaAs及光纤通讯应用的InGaAsP/InP以及InAlGaAs/InP系列材料。
含磷系列的材料,在MOCVD外延技术上已相当成熟,但在分子束外延(MBE)技术方面,直到最近几年由于固态磷源技术的进步,且有良好的均匀性及安全性的优点,而成为许多人青睐的选项的一。
AlGaInP材料主要应用于LED及激光,而InGaP/GaAs则是重要的HBT材料,InP系列除了光纤通讯的应用的外,也是高速器件及MMIC的重要材料,特别是InP HBT将在100 GHz以上的电路扮演极重要的角色。
当然,其纳米结构也是研究重点的一。
(3)氮化物系列材料︰包括BN,AlN,GaN及InN等,是当今最热门的研究重点,相关材料的波长涵盖范围包括紫外光、紫光、蓝光、绿光、红光,甚至红外光,而器件则包括高亮度LED、半导体激光、光侦测器,以及高功率电子器件,如HEMT等。