第４卷第１０期 ２００２年１０月 电子元器件焘用 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ＆Ｄｅｖｉｃｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｖｏ１．４ Ｎｏ．１０ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２００２
● ● ● ● ● ● ● ● ｉ应用讲座・ ● ● ● ● ● ● ● ● 超高速化合物半导体器件（２）
Ⅲ一Ｖ族化合物异质双极晶体管
谢永桂
（航天工业总公司微电子技术研究所，陕西西安 ７１００５４）
摘要：以高电子迁移率晶体管、异质结双极晶体管和微波／毫米波集成电路为例，介绍化合物
半导体器件的特点、封装、测试及其应用。
关键词：高电子迁移率晶体管；异质结双极晶体管；化舍物半导体
Ｕｌｔｒａ．ｈｉｇｈ．ｓｐｅｅｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ（２）
ＸＩＥ Ｙｏｎｇ—ｇｕｉ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｅａｔｕｒｅ，ｐａｃｋａｇｉｎｇ，ｔｅｓｔ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｈｉ ｇｈ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ．ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ａｎｄ ｍｉｃｍｗａｖｅ／ｍ．１１ｉｍｅｔｒｅ—ｗａｖｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ（ＭＭＩＣ）． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈｉｇｈ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＨＥＭＴ）；Ｈｅｔｅｒｏｊｕｃｔｉｏｎ ｂｉｐｏｌａｒ—ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；Ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
中图分类号：ＴＮ３０ 文献标识码：Ａ 文章编号：１５６３—４７９５（２００２）１０—００４８—０３
ｌ 引言
Ⅲ一Ｖ族化合物有一系列优良的电特性和光特
性。特别是电子迁移率极大，其速度之高引起了人们 极大的关注，近些年来发展极快。无论在设计、制造、
应用等方面都走向了实用化。而用同质结Ⅲ一Ｖ族材
砷化镓基系ＩＩＩ－Ｖ族 化合物半导体太阳电池的发展和应用（１） 中国科学院半导体研究所一向贤碧 廖显伯 摘 要：介绍以直接带隙ＩＩＩ—Ｖ族材料为主体的多结叠层聚光太阳电池的特性和研发进展。据报道， 三结叠层ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ太阳电池已成为空间能源的主力军，四结叠层ＧａｌｎＰ／ＧａＡｓ／ＧａｌｎＰＡｓ／ ＧａｌｎＡｓ聚光太阳电池的效率已达４６．５％。在不远的将来，实现高效（＞５Ｏ％）、低成本的ＩＩＩ—Ｖ 族多结叠层聚光电池是有现实可能的。 关键词：ＩＩＩ．Ｖ族材料；多结叠层电池；高效聚光电池 外延生长技术 ０引言 元素周期表中ＩＩＩ族元素与Ｖ族元素形成的 化合物简称为ＩＩＩ—Ｖ族化合物。ＩＩＩ—Ｖ族化合物是 继元素半导体材料锗（Ｇｅ）和硅（Ｓｉ）之后发展起 来的半导体材料。由于ＩＩＩ族元素与Ｖ族元素有 许多种可能的组合，因此ＩＩＩ—Ｖ族化合物材料的 种类繁多。其中最主要的是砷化镓（ＧａＡｓ）及其 相关化合物，称为ＧａＡｓ基系ＩＩＩ—Ｖ族化合物； 其次是以ＩｎＰ和相关化合物组成的ＩｎＰ基系ＩＩＩ—Ｖ 族化合物。但近年来在高效叠层电池的研制中， 人们普遍采用三元和四元的ＩＩＩ—Ｖ族化合物作为 各子电池材料，如ＧａｌｎＰ、Ａ１ＧａｌｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、 ＧａｌｎＮＡｓ等材料，这就把ＧａＡｓ和ＩｎＰ两个基系 的材料结合在一起了。 在众多种类的太阳电池中，以ＧａＡｓ为代表 的ＩＩＩ—Ｖ族化合物半导体太阳电池具有一些突出 的优点。它们的光电转换效率在各类太阳电池中 是最高的。表ｌ是Ｇｒｅｅｎ等 在２０１４年ｌ２月 收集发布的地面应用各类太阳电池和组件的最高 效率 】。测量是在ＡＭ １．５Ｇ光谱、太阳光强为 １０００ Ｗ／ｍ 和２５℃温度下进行的。可看出，在 地面非聚光条件下，ＧａＡｓ单晶薄膜电池效率为 ２８．８％，ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ三结叠层太阳电池 的效率为３７．９％，远高于单晶硅电池２５．６％的最 高效率。在高倍聚光条件下，ＩＩＩ—Ｖ族化合物半导 体叠层太阳电池的效率更高。最近几年，多家公 司生产的ＩＩＩ—Ｖ族多结叠层高倍聚光太阳电池的效 率已超过４２％，实验室效率已高达４６．５％【２］。 但是，由于ＧａＡｓ及其他ＩＩＩ—Ｖ族化合物材 料价格昂贵，其太阳电池器件的制备工艺复杂， 因而ＧａＡｓ太阳电池在长时间里都只限应用于空 间科学和技术领域，为各类人造卫星和航天器提 供能源；而在地面领域ＩＩＩ—Ｖ族电池的应用很少。 近几年来，随着ＩＩＩ．Ｖ族聚光叠层电池效率的迅 速提高，聚光技术的不断改进，其发电成本逐渐 降低，ＩＩＩ—Ｖ族聚光叠层电池的地面应用进展迅 速。 以下分别介绍以ＧａＡｓ太阳电池为代表的 ＩＩＩ—Ｖ族太阳电池的特性、发展历史，以及研发 和应用现状。 收稿日期：２０１５—０４—１７ 通信作者：向贤碧（１９４Ｏ一），女，高级工程师，主要从事砷化镓材料及空间太阳电池的研究。ｘｘｉａｎｇ＠ｓｅｍｉ．ａｃ．ｃｎ ———— —～ ＳＯｔ ＡＲ ＥＮＥＲＧＹ ０６／２０１
半导体物理思考题
第一章 半导体中的电子状态
1、为什么内壳层电子能带窄，外层电子能带宽？
答：内层电子处于低能态，外层电子处于高能态，所以外层电子的共有化运动能力强，因此能带宽。（原子的内层电子受到原子核的束缚较大，与外层电子相比，它们的势垒强度较大。）
2、为什么点阵间隔越小，能带越宽？
答：点阵间隔越小，电子共有化运动能力越强，能带也就越宽。
3、简述半导体的导电机构
答：导带中的电子和价带中的空穴都参与导电。
4、什么是本征半导体、n型半导体、p型半导体？
答：纯净晶体结构的半导体称为本征半导体；自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体称为n型半导体；空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体称为p型半导体。
5、什么是空穴？电子和空穴的异同之处是什么？
答：（1）在电子脱离价键的束缚而成为自由电子后，价键中所留下的空位叫空穴。
（2）相同点：在真实空间的位置不确定；运动速度一样；数量
一致(成对出现)。
不同点：有效质量互为相反数；能量符号相反；电子带负
电，空穴带正电。
6、为什么发光器件多半采用直接带隙半导体来制作？
答：直接带隙半导体中载流子的寿命很短，同时，电子和空穴只要一相遇就会发生复合，这种直接复合可以把能量几乎全部以光的形式放出，因此发光效率高。
7、半导体的五大基本特性
答：(1)负电阻温度效应：温度升高，电阻减小。
(2)光电导效应：由辐射引起的被照射材料的电导率改变的现象。
(3)整流效应：加正向电压时，导通；加反向电压时，不导通。
(4)光生伏特效应：半导体和金属接触时，在光照射下产生电动势。
(5)霍尔效应：通有电流的导体在磁场中受力的作用，在垂直于电
流和磁场的方向产生电动势的现象。
第二章 半导体中杂质和缺陷能级
1、简述实际半导体中杂质与缺陷来源。
答：①原材料纯度不够；②制造过程中引入；③人为控制掺杂。
2、什么是点缺陷、线缺陷、面缺陷？
答：（1）点缺陷：三维尺寸都很小，不超过几个原子直径的缺陷；
初中常见的半导体例子
硅、锗、硒等 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Ⅲ-Ⅴ 族化合物（砷化镓、磷化镓等）、Ⅱ-Ⅵ族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。
我就说一些我知道的吧 也许可以帮你下 半导体一般指硅晶体,它的导电性介于导体和绝缘体之间.半导体是指导电能力介于金属和绝缘体之间的固体材料.按内部电子结构区分,半导体与绝缘体相似,它们所含的价电子数恰好能填满价带,并由禁带和上面的导带隔开.半导体与绝缘体的区别是禁带较窄,在2～3电子伏以下.典型的半导体是以共价键结合为主的,比如晶体硅和锗.半导体靠导带中的电子或价带中的空穴导电.它的导电性一般通过掺入杂质原子取代原来的原子来控制.掺入的原子如果比原来的原子多一个价电子,则产生电子导电；如果掺入的杂质原子比原来的原子少一个价电子,则产生空穴导电.半导体的应用十分广泛,主要是制成有特殊功能的元器件,如晶体管、集成电路、整流器、激光器以及各种光电探测器件、微波器件等.
