化合物半导体材料
第四章：化合物半导体材料《半导体材料》课件
III－V族化合物半导体材料 II－VI族化合物半导体材料
4.1 常见的III-V化合物半导体
化合物 晶体结 带隙
ni
构
un
up
GaAs 闪锌矿 1.42 1.3×106 8500
320
GaP 闪锌矿 2.27
150
120
GaN 纤锌矿 3.4
900
10
InAs 闪锌矿 0.35 8.1×1014 3300
InP单晶体呈暗灰色，有金属光泽
室温下与空气中稳定，3600C下开始离解
InP特性
高电场下，电子峰值漂移速度高于GaAs中的 电子，是制备超高速、超高频器件的良好材料；
InP作为转移电子效应器件材料，某些性能优 于GaAs
InP的直接跃迁带隙为1.35 eV，正好对应于光 纤通信中传输损耗最小的波段；
地区＼条件·效益
条件
能源节约
降低二氧化碳排放
美国
5％白炽灯及55％日光灯被 每年节省350亿美元电 每年减少7.55亿吨二氧
白光LED取代
费。
化碳排放量。
日本
100％白炽灯被白光LED取 代
可少建1-2座核电厂。
每年节省10亿公升以上 的原油消耗。
台湾
25％白炽灯及100％日光灯 节省110亿度电，约合
砷化镓具有抗辐射性，不易产生信号错误，特别适用于 避免卫星通讯时暴露在太空中所产生的辐射问题。
砷化镓与硅元件特性比较
砷化镓
硅
最大频率范围 最大操作温度 电子迁移速率
2～300GHz 200oC 高
<1GHz 120oC
低
抗辐射性
高
低
具光能
化合物半导体权威解释
化合物半导体权威解释化合物半导体权威解释引言在科技发展的当今世界中，半导体技术无疑扮演着重要的角色，而其中又以化合物半导体备受瞩目。
化合物半导体是指由两个或多个元素组成的化合物，具备半导体特性。
本文将着重解释化合物半导体的概念、特性，以及其在科技领域的应用。
第一部分：化合物半导体的概念和特性1. 什么是化合物半导体？化合物半导体是由两个或多个元素通过化学反应形成的半导体材料。
与纯硅等单一元素半导体相比，化合物半导体由于其特殊的组合结构，具备一系列优越的性质。
2. 化合物半导体的特性2.1 带隙化合物半导体相较于单一元素半导体具有更大的能带隙。
能带隙指的是价带（valence band）和导带（conduction band）之间的能量差。
这使得化合物半导体能够在更广泛的光谱范围内吸收和发射光线，具备更高的光电转化效率。
2.2 良好的载流子迁移率化合物半导体因为其晶格结构和成分的差异，具备较高的载流子迁移率。
这意味着电子和空穴在化合物半导体中移动的速度更快，使得器件具备更高的工作效率和响应速度。
2.3 高饱和漂移速度饱和漂移速度是指在电场作用下，载流子达到饱和速度时的漂移速度。
化合物半导体由于其特殊的晶格结构和较大的能带隙，使得饱和漂移速度更高，从而在高频电子器件中具备更好的性能。
第二部分：化合物半导体的应用领域1. 太阳能电池化合物半导体因为其良好的光电转化效率和光吸收能力，成为太阳能电池领域的重要材料。
III-V族化合物半导体如氮化镓（GaN）和砷化镓（GaAs）可以实现高效率的光电转化。
2. 光电子器件化合物半导体在光电子器件领域有广泛的应用，例如激光二极管、光电传感器和光纤通信等。
砷化镓和磷化铟是典型的化合物半导体材料，具备优异的光电性能，使得这些器件能够实现高效率的光传输和信号处理。
3. 高速晶体管化合物半导体晶体管因为其较高的饱和漂移速度，被广泛应用于高速和高频电子器件中。
砷化镓高电子迁移率晶体管（HEMT）在通信和雷达系统中具备优异的性能，成为主流技术之一。
半导体材料的概念
半导体材料的概念半导体是指具有半导体特性的材料，它们在导电性能上介于导体和绝缘体之间。
半导体材料在电子、通信、能源、医疗等领域有着广泛的应用。
本文将介绍半导体材料的几种主要类型，包括元素半导体、化合物半导体、非晶半导体、有机半导体、金属间化合物、氧化物半导体以及合金与固溶体。
1.元素半导体元素半导体是指只由一种元素组成的半导体材料，如硅、锗等。
其中，硅是最常用和最重要的元素半导体之一，它具有高导电性能、高热导率以及稳定的化学性质，因此在微电子、太阳能电池等领域得到广泛应用。
2.化合物半导体化合物半导体是指由两种或两种以上元素组成的半导体材料，如GaAs、InP等。
这些化合物半导体具有较高的电子迁移率和特殊的能带结构，因此在高速电子器件、光电子器件等领域具有广泛的应用前景。
3.非晶半导体非晶半导体是指没有晶体结构的半导体材料，它们通常由化学气相沉积、物理气相沉积等方法制备。
非晶半导体具有较低的晶格缺陷和较高的电子迁移率，因此在太阳能电池、电子器件等领域得到广泛应用。
4.有机半导体有机半导体是指由有机分子组成的半导体材料，如聚合物的分子晶体、共轭分子等。
有机半导体具有较低的制造成本、较高的柔性和可加工性，因此在柔性电子器件、印刷电子等领域具有广阔的应用前景。
5.金属间化合物金属间化合物是指由两种或两种以上金属元素组成的化合物，如Mg3N2、TiS2等。
这些金属间化合物具有特殊的物理和化学性质，因此在电子器件、催化剂等领域具有潜在的应用价值。
6.氧化物半导体氧化物半导体是指由金属元素和非金属元素组成的氧化物，如ZnO、SnO2等。
这些氧化物半导体具有较高的电子迁移率和稳定性，因此在太阳能电池、电子器件等领域得到广泛应用。
7.合金与固溶体合金与固溶体是指由两种或两种以上的金属或非金属元素组成的混合物，如Ag-Cu合金、Zn-S固溶体等。
这些合金与固溶体具有特殊的物理和化学性质，因此在电子器件、催化剂等领域具有潜在的应用价值。
化合物半导体材料
化合物半导体材料
化合物半导体材料是一类具有特殊电子结构和半导体性质的材料，具有广泛的应用前景。
化合物半导体材料由两种或两种以上元素通过化学键结合而成，具有较高的电子迁移率和较窄的能隙，因此在光电器件、光伏材料、激光器件等领域具有重要的应用价值。
首先，化合物半导体材料在光电器件中具有重要地位。
例如，氮化镓材料因其较宽的能隙和较高的电子迁移率，被广泛应用于LED、LD等光电器件中。
此外，磷化铟等化合物半导体材料也在光电器件中发挥着重要的作用，其优异的光电性能使其成为高性能光电器件的重要材料。
其次，化合物半导体材料在光伏材料领域也具有广泛的应用。
铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池是目前研究最为深入的一种薄膜太阳能电池技术，其主要材料为化合物半导体材料。
CIGS太阳能电池具有高吸收系数、较高的光电转换效率和较长的寿命，被认为是下一代薄膜太阳能电池技术的发展方向之一。
此外，化合物半导体材料还在激光器件、光通信、光储存等领域发挥着重要的作用。
例如，磷化铟材料被广泛应用于激光器件中，其优异的光电性能使其成为高性能激光器件的重要材料之一。
在光通信领域，砷化镓材料也被广泛应用于光电器件中，其优异的光电性能使其成为高性能光电器件的重要材料之一。
总之，化合物半导体材料具有广泛的应用前景，在光电器件、光伏材料、激光器件等领域发挥着重要的作用。
随着材料科学和半导体技术的不断发展，化合物半导体材料的研究和应用将会得到进一步的推动，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
化合物半导体材料
化合物半导体材料半导体材料是一类既不是导体又不是绝缘体的材料，其电导率介于导体和绝缘体之间。
在现代电子学和光电子学中，半导体材料被广泛应用于各种电子器件和光电器件中，如电子集成电路、太阳能电池和激光器等。
常见的半导体材料包括硅（Si）和锗（Ge），它们是最早被广泛应用的半导体材料。
然而，还有很多其他化合物材料也具有半导体特性，如化合物半导体材料。
这些化合物半导体材料具有一些独特的特性，使它们在特定领域具有许多优势。
首先，化合物半导体材料的能隙宽度（bandgap）可以通过调节成分比例和晶格结构来调控。
能隙宽度是指电子从价带跃迁到导带所需的能量，也决定了材料的导电性能。
能隙宽度较大的化合物半导体材料通常具有较高的电阻和较低的载流子浓度，适用于高频和高温应用。
能隙宽度较小的化合物半导体材料则具有较高的导电性能和较高的载流子浓度，适用于光电子和光电器件等高效率应用。
化合物半导体材料还具有较高的光吸收系数和较短的光子寿命，使它们在光电子和光电器件中具有较高的量子效率和响应速度。
磷化镓、砷化镓和氮化镓等化合物半导体材料已广泛应用于光电子器件（如激光器、LED和光电二极管）和光通信领域。
尽管化合物半导体材料具有许多优势，但它们也存在一些挑战。
首先，制备过程相对复杂和成本较高，通常需要特殊的设备和技术。
其次，由于化合物半导体材料的晶格常数和热膨胀系数通常较小，因此与硅基材料的集成存在困难。
此外，一些化合物半导体材料还存在较高的缺陷密度和较短的寿命。
因此，尽管化合物半导体材料在一些特定领域具有广泛应用，但对于一般电子器件来说，硅仍然是主要的材料。
随着科学技术的不断发展和成熟，化合物半导体材料的制备工艺和性能将不断提高，实现与硅的集成和应用。
三五族化合物半导体 晶体
三五族化合物半导体晶体三五族化合物半导体的晶体结构三五族化合物半导体是一种重要的半导体材料，广泛应用于各种电子和光电器件中。
这些化合物的晶体结构决定了它们的电气和光学性质。
晶体结构三五族化合物半导体通常具有纤锌矿结构，属于立方晶系。
该结构由两种原子组成：一种三族元素原子（如In、Ga、Al），另一种五族元素原子（如As、P、N）。
原子排列成一个称为单位晶格的重复模式。
单位晶格单位晶格由两个面心立方（FCC）子晶格组成，这两个子晶格相互交错，每个子晶格中的原子位于另一个子晶格中原子之间的八面体孔隙中。
三族元素原子占据一个子晶格，五族元素原子占据另一个子晶格。
晶胞参数晶胞参数是描述晶体结构的度量。
三五族化合物半导体的晶胞参数通常用魏格纳-塞茨半径（r）表示，它等于原子核与最近邻原子核之间的平均距离。
原子键三五族化合物半导体中的原子通过共价键结合。
每个原子与相邻的四个原子通过共用电子对形成共价键。
这些键形成一个三维网络，使晶体具有半导体的电气性质。
晶体对称性纤锌矿结构具有高度的对称性，属于 m3m 点群。
这意味着晶体在各个方向上表现出相同的对称性。
这种对称性影响晶体的物理性质，例如导电性和光学性质。
缺陷晶体缺陷是晶体结构中的不规则性，会影响材料的性质。
在三五族化合物半导体中，常见的缺陷包括空位、间隙原子和反位点缺陷。
这些缺陷可以改变晶体的电气和光学性质。
应用三五族化合物半导体因其独特的电气和光学性质而被广泛应用于各种电子和光电器件中。
例如：发光二极管（LED）激光二极管太阳能电池光电探测器高频电子器件三五族化合物半导体持续的研究和开发推动了这些材料在光电子学、能量转换和电子器件领域的不断创新和进步。
化合物半导体材料与器件基础教材
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Dai Xian-ying
化合物半导体器件
2.1 半导体材料的分类
2.1.5 合金半导体
合金半导体：不是化合物；由二元化合物和一种或两种普通 元素组成三元或四元合金（固溶体）半导体。 特点：1）组分可调； 2）禁带宽度随组分连续可调； 3）晶格常数随组分连续可调。 二元合金半导体：Si1-xGex 三元合金半导体：AlxGa1-xAs、AlxGa1-xN、 InxGa1-xAs、In1-xAlxAs等 四元合金半导体：InYGa1-YAsXP1-X and AlYGa1-YAsXSb1-X
化合物半导体器件
Compound Semiconductor Devices 微电子学院
戴显英
2013.8
Dai Xian-ying
化合物半导体器件
第二章 化合物半导体材料 与器件基础
• 半导体材料的分类 • 化合物半导体材料的基本特性
Dai Xian-ying
化合物半导体器件
2.1 半导体材料的分类
Dai Xian-ying
化合物半导体器件
2.1 半导体材料的分类
2.1.5 合金半导体
四元： GaAlInP and GaAlAsP
Dai Xian-ying
化合物半导体器件
2.1 半导体材料的分类
2.1.5 合金半导体
四元： AlGaInN
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化合物半导体器件
2.1 半导体材料的分类
纤维锌矿 III-V族和II-VI族，铅盐（IV-VI族），IV族元素
Dai Xian-ying
注： W=纤锌矿，R=岩盐，D=金刚石，i=间接能隙， d=直接能隙 化合物半导体器件
化合物半导体材料
化合物半导体材料半导体材料是一类特殊的化合物，具有介于导体和绝缘体之间的电导性质。
它们在电子学和光电子学等领域中得到了广泛的应用。
本文将介绍一些常见的半导体材料和它们的特性。
1. 硅（Silicon）硅是最为常见的半导体材料之一，它占据了半导体市场的绝大部分。
硅具有自然丰富、化学稳定、制备工艺成熟等优点，适用于各类电子和光电子器件的制备。
硅的禁带宽度约为1.1eV，可以通过掺杂来改变其电导性质。
2. 锗（Germanium）锗是另一种广泛用作半导体材料的元素，与硅相似，但它的晶体结构稍有不同。
锗的禁带宽度约为0.67eV，比硅小，所以在常温下导电性相对较强。
然而，锗相比硅更为昂贵且较难得到高质量单晶体。
3. 氮化镓（Gallium Nitride）氮化镓是一种宽禁带宽度的半导体材料，具有较高的载流子迁移率和传导性能。
氮化镓在高电压、高频率和高功率应用方面具有广泛的潜力，例如蓝光发光二极管和激光器等。
4. 磷化镓（Gallium Phosphide）磷化镓是另一种常用的半导体材料，它的禁带宽度约为2.24eV。
磷化镓具有较高的载流子迁移率和较高的光吸收系数，因此在光电子学中应用广泛，如太阳能电池和激光器等。
5. 砷化镓（Gallium Arsenide）砷化镓是一种有机化合物半导体材料，它的禁带宽度约为1.43eV。
砷化镓具有较高的载流子迁移率和较高的电子迁移率，因此适用于高频和高速电子器件的制备，例如高速场效应晶体管和高频整流器等。
总结起来，半导体材料在现代电子和光电子器件中扮演着重要的角色。
硅和锗是最常见的半导体材料，氮化镓、磷化镓和砷化镓等新型半导体材料因其特殊的禁带宽度和良好的电子性能在特定应用领域中具有很大的潜力。
随着技术的发展，人们可以期待更多新型半导体材料的发现和应用。
化合物半导体材料简介
与GaAs材料相比，在器件制作中，InP材料具有下列优势: ①InP器件的电流峰-谷比高于GaAs，因此，InP器件比GaAs 器件有更高的转换效率; ②惯性能量时间常数小，只及GaAs的一半，故其工作频率的 极限比GaAs器件高出一倍; ③热导率比GaAs高，更有利于制作连续波器件; ④基于InP材料的InP器件有更好的噪声特性;
如在绝缘衬底上制备的硫化镉(CdS)薄膜，无光照时 的暗电阻为几十MΩ，当受光照后电阻值可以下降为几十 KΩ 此外，半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而改变
1.1 半导体材料的分类
中国科学院半导体研究所
Institute of Semiconductors,Chinese Academy of Sciences
1.1 半导体材料的分类
中国科学院半导体研究所
Institute of Semiconductors,Chinese Academy of Sciences
1.1.4 .1 砷化镓（GaAs）
砷化镓是由金属镓与半金属砷按原子比1:1化合而成的化合物。 它具有灰色的金属光泽，其晶体结构为闪锌矿型。
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:
InP的禁带宽度为1.34eV，InP高转换效率的太阳能电池，具有高抗辐射 性能被用于空间卫星的太阳能电池，对未来航空技术的开发利用起着重 要的推动作用。
1.1 半导体材料的分类
1.1.4.2 磷化铟（InP）
半导体材料
一，半导体材料概述半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料，其电导率在10（U-3）～10（U-9）欧姆/厘米范围内。
正是利用半导体材料的这些性质，才制造出功能多样的半导体器件。
半导体材料是半导体工业的基础，它的发展对半导体技术的发展有极大的影响。
1.1半导体材料的分类半导体材料按化学成分和内部结构，大致可分为以下几类。
1、化合物半导体由两种或两种以上的元素化合而成的半导体材料。
它的种类很多，重要的有砷化镓、磷化铟、锑化铟、碳化硅、硫化镉及镓砷硅等。
其中砷化镓是制造微波器件和集成电的重要材料。
碳化硅由于其抗辐射能力强、耐高温和化学稳定性好，在航天技术领域有着广泛的应用。
2、无定形半导体材料用作半导体的玻璃是一种非晶体无定形半导体材料，分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃两种。
这类材料具有良好的开关和记忆特性和很强的抗辐射能力，主要用来制造阈值开关、记忆开关和固体显示器件。
3、元素半导体有锗、硅、硒、硼、碲、锑等。
50年代，锗在半导体中占主导地位，但锗半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差，到60年代后期逐渐被硅材料取代。
用硅制造的半导体器件，耐高温和抗辐射性能较好，特别适宜制作大功率器件。
因此，硅已成为应用最多的一种半导体材料，目前的集成电路大多数是用硅材料制造的。
4、有机增导体材料已知的有机半导体材料有几十种，包括萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等，目前尚未得到应用。
半导体材料的特性参数对于材料应用甚为重要。
因为不同的特性决定不同的用途。
1.2半导体材料特性半导体材料的导电性对某些微量杂质极敏感。
纯度很高的半导体材料称为本征半导体，常温下其电阻率很高，是电的不良导体。
在高纯半导体材料中掺入适当杂质后，由于杂质原子提供导电载流子，使材料的电阻率大为降低。
这种掺杂半导体常称为杂质半导体。
杂质半导体靠导带电子导电的称N型半导体，靠价带空穴导电的称P型半导体。
不同类型半导体间接触（构成PN结）或半导体与金属接触时，因电子（或空穴）浓度差而产生扩散，在接触处形成位垒，因而这类接触具有单向导电性。
化合物半导体工艺流程
化合物半导体工艺流程
化合物半导体工艺流程是制造化合物半导体器件的一系列步骤。
以下是一个简化的化合物半导体工艺流程概述：
1. 晶圆制备：首先，准备半导体晶圆，可以是硅、砷化镓（GaAs）或其他化合物半导体材料。
2. 外延生长：通过外延生长技术，在晶圆表面生长一层所需的化合物半导体材料。
这可以通过气相外延（VPE）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）或分子束外延（MBE）等方法实现。
3. 光刻：使用光刻技术，将电路图案转移到晶圆上。
这包括涂覆光刻胶、曝光、显影和蚀刻等步骤，以形成所需的电路结构。
4. 蚀刻：通过蚀刻工艺，将多余的材料从晶圆上移除，只留下所需的电路图案。
5. 掺杂：在特定区域引入杂质，以调整半导体的电性能。
这可以通过离子注入或扩散等技术实现。
6. 金属化：通过金属沉积和蚀刻工艺，在晶圆上形成金属连接线，将各个电路元件连接起来。
7. 测试与封装：对制造完成的半导体器件进行测试，确保其性能符合要求。
然后，将合格的器件进行封装，以保护和连接电路。
8. 最终测试：对封装后的器件进行最终测试，确保其在实际应用中的性能和可靠性。
这只是一个简化的化合物半导体工艺流程概述，实际的制造过程可能因具体的器件类型和应用而有所不同。
每个步骤都需要高度的技术和设备要求，以确保最终产品的质量和性能。
化合物半导体的应用
化合物半导体的应用引言：化合物半导体是一类具有特殊电子结构和导电性能的材料，广泛应用于光电子器件、能源领域、传感器等众多领域。
本文将重点讨论化合物半导体的应用，并介绍其中一些具有代表性的应用领域。
一、光电子器件化合物半导体在光电子器件中发挥着重要的作用。
以化合物半导体为基础材料的光电二极管、激光器、太阳能电池等器件，具有高效率、高稳定性和快速响应等优点。
1. 光电二极管：化合物半导体光电二极管具有较高的光电转换效率和较快的响应速度，被广泛应用于通信、光纤传输、光电子测量等领域。
2. 激光器：化合物半导体激光器具有小体积、高效率和长寿命等特点，广泛应用于激光打印、光通信、医疗美容等领域。
3. 太阳能电池：化合物半导体太阳能电池具有高光电转换效率和较好的耐久性，被广泛应用于太阳能发电系统和光伏电站建设。
二、能源领域化合物半导体在能源领域的应用也越来越广泛。
利用化合物半导体材料的光电转换特性，可以实现能源的高效利用和转换。
1. 光催化材料：化合物半导体光催化材料可以利用光能将水分解成氢气和氧气，实现可持续能源的生产。
2. 光电储能材料：化合物半导体材料在光电储能领域的应用主要体现在太阳能电池中，通过将光能转化为电能，实现能源的储存和利用。
3. 光伏发电系统：化合物半导体材料的广泛应用使得光伏发电系统的效率不断提高，促进了可再生能源的发展。
三、传感器化合物半导体材料在传感器领域也具有重要的应用价值。
利用化合物半导体材料的电学、光学、磁学等特性，可以制备出高灵敏度、高精度的传感器。
1. 光传感器：化合物半导体光传感器可以对光信号进行高效、准确的检测和转换，广泛应用于光通信、图像传感、环境监测等领域。
2. 温度传感器：化合物半导体材料的电学特性对温度变化非常敏感，可以用于制备高精度的温度传感器，广泛应用于工业自动化、气象观测等领域。
3. 气体传感器：利用化合物半导体材料的电学特性，可以制备出对特定气体敏感的传感器，广泛应用于环境监测、气体检测等领域。
化合物半导体用于生产什么
化合物半导体在制造业中的应用在当今科技领域中，化合物半导体作为一种重要材料，广泛应用于各种领域，其中制造业也是其重要的应用领域之一。
化合物半导体在制造业中扮演着何种角色？它们与生产过程有着怎样的联系？本文将探讨化合物半导体在制造业中的应用现状和未来发展趋势。
化合物半导体与制造业化合物半导体是由两种或两种以上的元素组成的半导体晶体，具有优良的导电性能和光电性能。
常见的化合物半导体包括氮化镓、磷化铟等。
在制造业中，化合物半导体可以应用于诸多领域，如电子元件、光电器件等。
电子元件制造化合物半导体在电子元件制造方面发挥着重要作用。
它们可以用于制造高性能的电子元件，如功率放大器、频率合成器等。
由于化合物半导体的导电性能较好，可实现较高的工作频率和功率输出，因此在通信设备等领域得到广泛应用。
光电器件制造在制造光电器件方面，化合物半导体也表现出色。
利用其优良的光电性能，可以制造高效的光电器件，如LED、半导体激光器等。
这些器件在照明、显示、通信等领域均有重要应用，推动了制造业的发展。
应用案例LED照明LED照明是化合物半导体在制造业中的一个成功应用案例。
由于化合物半导体的发光效率高、寿命长等优点，LED已成为照明领域的主流产品。
其在节能、环保等方面的优势，使其广泛应用于家庭、商业照明等领域。
光通信光通信是另一个化合物半导体的重要应用领域。
利用化合物半导体制造的半导体激光器、光调制器等器件，实现了光纤通信的高速传输，推动了通信技术的发展。
光通信在数据传输、网络通信等方面发挥着重要作用。
发展趋势随着制造业的不断发展和科技进步，化合物半导体在制造业中的应用前景广阔。
未来，化合物半导体有望在智能制造、工业自动化等领域发挥更大作用。
通过不断创新和技术突破，化合物半导体将为制造业带来更多机遇和挑战。
总结化合物半导体在制造业中具有重要意义，广泛应用于电子元件、光电器件等领域。
LED照明、光通信等案例充分展示了其在制造业中的成功应用。
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赵洞清
由两种或两种以上元素以确定 的原子配比形成的化合物，并具有 确定的禁带宽度和能带结构等半导 体性质的称为化合物半导体材料
碲镉汞
砷化镓
氮化镓
锗硅合金
06 05
01
02
磷化铟
磷化镓
0体材料。属Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体。属闪锌 矿型晶格结构，晶格常数5.65×10-10m，熔点1237℃，禁 带宽度1.4电子伏 • 砷化镓可以制成电阻率比硅、 锗高3个数量级以上的半绝 缘高阻材料,用来制作集成 电路衬底、红外探测器 、γ光子探测器等。由于 其电子迁移率比硅大5～6倍 ，故在制作微波器件和高 速数字电路方面得到重要应 用。用砷化镓制成的半导体 器件具有高频、高温、低温性能好、 噪声小、抗辐射能力强等优点
外延生长法
磷化铟
• 性状：沥青光泽的深灰色晶体。 • 熔点：1070℃。闪锌矿结构，常温下 带宽（Eg=1.35 eV）。熔点下离解压 为2.75MPa。 • 溶解性：极微溶于无机酸。 • 介电常数：10.8 • 电子迁移率：4600cm2/(V· s) • 空穴迁移率：150cm2/(V· s) • 制备：具有半导体的特性。由金属铟 和赤磷在石英管中加热反应制得。
氮化镓
• 一种具有较大禁带宽度的半导体，属于所 谓宽禁带半导体之列。它是微波功率晶体 管的优良材料，也是 蓝色光发光器件中 的一种具有重要应 • 用价值的半导体。
• GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热 点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料， 并与SIC、金刚石等半导体材料一起，被誉为是继第一代 Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材 料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的 原子键、高的热导率、化学稳定 性好（几乎不被任何酸腐蚀）等 性质和强的抗辐照能力， 在光电子、高温大功率器件和 高频微波器件应用方面有着广 阔的前景。
• ①禁带宽度大（3.4eV），热导率高（1.3W/cm-K），则 工作温度高，击穿电压高，抗辐射能力强； • ②导带底在Γ点，而且与导带的其他能谷之间能量差大， 则不易产生谷间散射，从而能得到很高的强场漂移速度 （电子漂移速度不易饱和）； • ③GaN易与AlN、InN等构成混晶，能制成各种异质结构， 已经得到了低温下迁移率达到105cm2/Vs的2-DEG（因 为2-DEG面密度较高，有效地屏蔽了光学声子散射、电离 杂质散射和压电散射等因素）； • ④晶格对称性比较低（为六方纤锌矿结构或四方亚稳的闪 锌矿结构），具有很强的压电性（非中心对称所致）和铁 电性（沿六方c轴自发极化
磷化镓—二极管
磷化镓光电二极 管
磷化镓(gap)晶体基片-半导体晶体基 片-中美合资
碳化硅
• 碳化硅（SiC）是用石英砂、石油焦（或煤 焦）、木屑（生产绿色碳化硅时需要加食 盐）等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳 化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑石。 碳化硅又称碳硅石。在当代C、N、B等非 氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用 最广泛、最经济的一种，可以称为金钢砂 或耐火砂。 目前中国工业生产的碳化硅分 为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六 方晶体，比重为3.20～3.25，显微硬度为 2840～3320kg/mm2
碲镉汞
• 碲镉汞(CdxHg1-xTe)是由Ⅱ-Ⅵ族化合物碲 化镉和碲化汞组成的三元固溶体半导体。
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磷 化 铟 多 晶
磷化铟纳米线可用于薄膜太阳能电 池开发
磷化銦多晶棒
磷化镓
• 人工合成的化合物半导体材料。
• 外观：橙红色透明晶体。
• 磷化镓是一种由n从族元素镓(Ga)与vA族元素磷 (P)人工合成的m- V族化合物半导体材料。
• 磷化镓的晶体结构为闪锌矿型，晶格常数 5.447±0.06埃（），化学键是以共价键为 主的混合键，其离子键成分约为20%， 300K时能隙为2.26eV，属间接跃迁型半导 体。
防弹片-供应碳化硅防弹片
锗硅合金
• 一种半导体合金、掺入III族元素为p型半导 体，掺入V族元素为n型半导体，用n和p型 合金构成热电偶。一端为高温，另一端为 低温。在热偶对回路中产生电流。是一种 用于高温的半导体温差发电材料。电阻率 为10-2～10-3Ω·m。单晶用区域匀平法制 备。多晶用热压法制备。用于太阳能聚光 发电、工厂余热利用发电、卫星温差发电 器。
用于制作转移器件──体效应器件。砷化镓是半导体 材料中,兼具多方面优点的材料,但用它制作的晶体 三极管的放大倍数小，导热性差，不适宜制作大功 率器件。虽然砷化镓具有优越的性能，但由于它在 高温下分解，故要生产理想化学配比的高纯的单晶 材料，技术上要求比较高。
基本属性
• 砷化镓（gallium arsenide），化学式 GaAs。黑灰色固体，熔点1238℃。它在 600℃以下，能在空气中稳定存在，并且不 被非氧化性的酸侵蚀 • 材料制备主要从熔体中生长体单晶和外延 生长薄层单晶等方法