半导体材料ppt课件

1、第一章 半导体材料基础,1.1 半导体材料的基本特性 1.2 半导体材料的制备技术 1.3 元素半导体材料 1.4 化合物半导体材料,一、什么是半导体？,从导电性（电阻）：固体材料可分成：超导体、导体、半导体、绝缘体。电阻率介于导体和绝缘体之间，并且具有负的电阻温度系数半导体。,电阻率： 导体： 10-4cm 如：Cu=10-6cm半导体：10-3cm108cm 如：Ge=0.2cm绝缘体：108cm,1.1 半导体的基本特性,电阻温度系数图,二、半导体材料的分类,1. 无机半导体晶体材料(组分),无机半导体晶体材料包含元素、化合物及固溶体半导体。,(1) 元素半导体晶体,Ge,Se,S。

2、第三章：半导体材料的性质与性能,材料学院徐桂英,半导体材料,1 半导体材料的特征 （1）在室温下，它的电导率在10310-9S/cm之间,S为西门子，电导单位，S=1/r(W. cm) ； 一般金属为107104S/cm,而绝缘体则10-10，最低可达10-17。同时，同一种半导体材料，因其掺入的杂质量不同，可使其电导率在几个到十几个 数量级的范围内变化，也可因光照和射线辐照明显地改变其电导率；而金属的导电性受杂质的影响，一般只在百分之几十的范围内变化，不受光照的影响。 （2）当其纯度较高时，其电导率的温度系数为正值，即随着温度升高，它的电导率增大；而。

3、半导体材料的基本特性,半导体的概念从导电特性和电阻率来分：超导体: 大于106(cm)-1导体: 106104(cm)-1，容易导电的物体。如：铁、铜等绝缘体: 小于10-10cm)-1，几乎不导电的物体。如：橡胶等半导体: 10410-10(cm)-1 ，导电性能介于导体和绝缘体之 间的物体，在一定条件下可导电。,原子结构 由三种不同的粒子构成：中性中子和带正电的质子组成原子核，以及围绕原子核旋转的带负电核的电子，质子数与电子数相等呈现中性。,电子能级 原子级的能量单位是电子伏特，它代表一个电子从低电势处移动到高出1V的的电势处所获得的动能。价电子层 原。

4、1.1 半导体材料及其特性,1.1.1 本征半导体,1.1.2 杂质半导体,1.1.3 漂移和扩散电流,*1.1.4 过剩载流子,由导电能力的不同，物质可分为导体(Conductors)、绝缘体(Insulators)和半导体(Semiconductors) 。,1.1.1 本征半导体,Intrinsic Semiconductor,砷化镓GaAs,硅Si和锗Ge,半导体 导电特性,温敏,掺杂,光敏,1.1.1 本征半导体,Intrinsic Semiconductor,本征半导体是一种完全纯净、结构完整的半导体。,根据导电能力(电阻率)的不同，物质可分为导体(Conductors)、绝缘体(Insulators)和半导体(Semi-conductors) 。,1.1.1 本征半导体,Intrinsic Se。

5、第一章 半导体材料 (一),信息功能材料,第一章 半导体材料,半导体的基本特性、结构与类型 半导体的导电机构 半导体材料中的杂质和缺陷 典型半导体材料的应用和器件,内容：,重点：,半导体的电子结构和能带 典型半导体的应用,引 言,一些常见的半导体材料与器件：,半导体材料的分类,元素半导体,具备实用价值的元素半导体材料只有硅、锗和硒。硒是最早使用的，而硅和锗是当前最重要的半导体材料，尤其是硅材料由于具有许多优良特性，绝大多数半导体器件都是用硅材料制作的。,二元化合物半导体,它们由两种元素组成，主要是有III-V族化合物半导体。

6、GaAs半导体材料,1、GaAs材料的性质和太阳电池1.1 GaAs的基本性质1.2 GaAs太阳电池 2、 GaAs单晶体材料2.1 布里奇曼法制备GaAs单晶2.2 液封直拉法制备GaAs单晶 3、 GaAs薄膜单晶材料3.1 液相外延制备GaAs薄膜单晶3.2 金属-有机化学气相沉积外延3.3 Si、Ge衬底上外延制备GaAs薄膜材料,1、 GaAs材料的性质和太阳电池1.1 GaAs材料的性质GaAs材料是一种典型的-族化合物半导体材料。1952年，H.Welker首先提出了GaAs的半导体性质，随后人们在GaAs材料制备、电子器件、太阳电池等领域开展了深入研究。,1962年成功研制出了GaAs半导体激光器，1963年。

7、第二章：基本原理,材料学院徐桂英,半导体材料,第二章：基本原理,在第一章中介绍的半导体材料的特征，只是根据它的主要性质来论述的，实际上这种论述并不是十分严格的。 例如当一些半导体材料的掺杂浓度很高时，其电导率也可以高出某些金属材料。 但作为第一步，使大家对半导体材料有一个初步的概念，这种介绍是必要的。 只有认识了半导体的微观结构以及这种微观结构与物性的关系，才能从根本上了解半导体的性质与性能及其与金属、绝缘体的区别，也才能理解半导体材料应用的根据。 为此要阐述半导体的能带结构、化学键、晶体结构等。这要求。

8、7.2 辐射复合与非辐射复合,7.2.1 非平衡载流子的辐射复合,不同杂质原子和他们的替位状态会造成D-A对电离能的不同。例如：对于GaP，如果O施主和C受主杂质替代P的位置，T=1.6K时，施主和受主电离能之和为941meV；若同时含有O和Zn杂质原子，O施主杂质是P替位，Zn受主杂质是Ga替位，1.6K时，施主和受主电离能之和为956.6 meV。 室温下，由于与声子相互作用较强，D-A对发光的线光谱很难被观测到；但在低温下可以很明显地观察到D-A对发射的线光谱。,3）施主-受主对（D-A对）复合,7.2 辐射复合与非辐射复合,7.2.1 非平衡载流子的辐射复合,4）通过。

9、半导体材料,第八章 IIIV族多元合物半导体,四探针法原理请参考陈治明，王建农，半导体器件的材料物理学基础，科学出版社，1999年5月第一版，p: 249-268,8-1 异质结,异质结：两种不同晶体接触处所形成的结。由两种半导体单晶联结起来构成。可分为同型(NN+，PP +)和异型(PN)两种 理想的异质结应是突变的，但实际上一般的外延生长方法制备的异质结，常常是具有一定厚度的缓变区(过渡区)，会影响异质结的某些特性。 利用MBE，MOVPE，ALE等外延技术可以生长过渡区很窄或突变的异质结。 MOVPE反应器中气体流速快，可以迅速改变多元化合物组分和杂。

10、The development and application of semiconductor materials,Outline,1，Background introduction 2, The simple principle of semiconductor materials 3, The performance of semiconductor materials 4, Application and advantages of semiconductor materials 5, Prospects for the development of semiconductor devices,Background,In 1947,the first transistor was invented by John Bardeen and Walter Brattain in Bell labs. In 1954,the first solar cell was invented by Chap in Bell labs. In1958-1959，a simple integ。

11、1,Semiconductor materials,Lecturer: Aimin Liu & Weifeng Liu,刘爱民 刘维峰,2,3,Chemical vs. chemical/physical etching,Purely chemical etching (using only reactive neutral species) Isotropic etching,Chemical + physical etching (using reactive neutral species and ionic species) Anisotropic etching,4, Many different mechanisms proposed for this synergistic etching between physical and chemical components. Two mechanisms are shown above. Ion bombardment can enhance etch process (such as by damaging。

12、半导体发光材料,目录,半导体发光材料的条件 半导体发光材料 GaAs半导体材料 Si基发光材料 半导体发光材料器件,半导体发光材料的条件,合适的带隙宽度电导率高的P型和N型晶体用以制备优良的PN结 完整性好的优质晶体制作高效率发光器件的必要条件 发光复合几率大直接带隙跃迁 间接带隙跃迁,半导体发光材料,发光的主要机制：e-h的复合，释放光子,直接带隙跃迁特点：无声子参与，发光效率高,半导体发光材料,直接跃迁的半导体材料 以III-V族化合物半导体以及由它们组成的三四元固溶体为主 GaAs InP GaN GaAsP InGaAsP ,GaAs半导体材料,典型的直。

13、1,第一章 半导体材料概述,2,文明的发展速度,超过800代人生活在树林与洞穴的非人工住所。 只有120代人认识并使用过轮子。 约40代人使用过风车与水车。 约20代人认识并使用过钟表。 约10代人了解印刷术。 约5代人乘坐过轮船与火车旅游。 约4代人使用电灯。 约3代人乘坐汽车旅行，使用过电话与吸尘器。 约2代人乘飞机旅行，使用过无线电与冰箱。 只有当代人到过外太空，使用原子能、笔记本电脑。 人类历史上90%的知识与物质财富创造于20世纪！,3,公元前8-9000年，新石器时代开始； 公元前3000年，青铜时代开始； 公元前1300-1400年，铁器时代。

14、填空题 1.半导体的主要特征是：（1）电阻率大体在 10-3 109 .cm 范围；（2）电阻率的温度系数是负的；（3）通常具有很高的热电势；（4）具有整流效应；（5）对光具有敏感性，能产生光伏效应或光电导效应。 2.P2根据材料的重要性和开发成功的先后，分别是哪三代？Si为第一代，GaAs 为第二代， GaN为第三代半导体材料。 3.半导体材料的分类： 按材料的功能及使用，可分为光电材料，热电材料，微波材料，敏感材料；按材料的组成和状态不同把材料分为无机半导体、有机半导体、元素半导体、化合物半导体等。 4. 半导体材料的研究方向： （1）超。

15、1,(一)、半导体材料特性(5学时),1.半导体材料的发展趋势2.半导体材料的分类3.半导体材料的基本性质及应用4.实例说明如何运用半导体材料知识开展实验设计,2,2. 半导体材料的分类,禁带宽度的不同，又可分为：窄带隙半导体材料：Si，Ge宽带隙半导体材料：GaN，ZnO，SiC，AlN化学组分和结构的不同，又可分为：元素半导体、化合物半导体、固溶体半导体、非晶半导体、微结构半导体、有机半导体和稀磁半导体等使用功能的不同，可分为：电子材料、光电材料、传感材料、热电致冷材料等,3,4,按功能和应用,微电子半导体,光电半导体,热电半导体,微波半。

16、半导体器件物理,参 考 书,S.M. Sze, Physics of Semiconductor Devices, Second Edition, Jahn Wiley & Sons, Inc. 1981. 施敏 著, 黄振岗译, 半导体器件物理，电子工业出版社, 1987. 王家骅等编著，半导体器件物理，科学出版社，北京，1983。 施敏(S.M. Sze)主编，现代半导体器件物理，科学出版社，北京，2001。,主 要 内 容,第一章 半导体物理基础 晶体结构，能带论，晶格振动，半导体统计，非平衡载流子输运, 器件工作基本方程 第二章 半导体接触 P-N结 异质结 金属-半导体接触 半导体绝缘体 M I S,第三章 典型半导体器件 3.1 双极结型。

17、半导体材料,物理与信息工程学院微电子系,Contents,第五章 半导体材料的制备,第六章 一些主要的半导体材料,参考书：半导体材料 作 者：杨树人 王兢 出版社： 科学出版社,第一章 半导体材料综述,第一章：半导体材料综述,半导体已成为家喻户晓的名词，收音机是半导体的、电视机是半导体的、计算器及计算机也是半导体的。那么哪些是半导体材料？它有哪些特征？,1 半导体材料的特征 半导体材料在自然界及人工合成的材料中是一个大的部类。顾名思义，半导体在其电的传导性方面，其电导率低于导体，而高于绝缘体。它具有如下的主要特征。 （1）在。