半导体材料

半导体材料

应用物理1001 20102444 周辉

半导体材料的电阻率界于金属与绝缘材料之间的材料。这种材料在某个温度

范围内随温度升高而增加电荷载流子的浓度，电阻率下降。由化合物构成的半导

体材料，通常是指无机化合物半导体材料。比起元素半导体材料来它的品种更多，

应用面更广。

半导体材料结构特征主要表现在化学键上。因为化合物至少由两个元素构

成，由于它们彼此间的原子结构不同，价电子必然向其中一种元素靠近，而远离

另一种元素，这样在共价键中就有了离子性。这种离子性会影响到材料的熔点、

带隙宽度、迁移率、晶体结构等。

化合物半导体的组成规律一般服从元素周期表排列的法则。对已知的化合物

半导体材料，其组成元素在同一族内垂直变换，其结果是随着元素的金属性增大

而其带隙变小，直到成为导体。反之，随着非金属性增加而其带隙变大，直至成

为绝缘体。

类别按其构成元素的数目可分为二元、三元、四元化合物半导体材料。它

们本身还可按组成元素在元素周期表中的位置分为各族化合物，如Ⅲ—V族，I

—Ⅲ—Ⅵ族等。下面介绍二元化合物，其中主要的类别为Ⅲ—v族化合物半导体

材料，Ⅱ—Ⅵ族化合物半导体材料，Ⅳ—Ⅳ族化合物半导体材料。

Ⅳ—Ⅵ族化合物半导体材料。已发现具有半导体性质的有格式，GeSe，GeTe，

SnO

，SnS，SnSe，SnTe，Pb0，PbS，PbSe，PbTe，其中PbO，PbS，PbSe，PbTe 2

已获重要用途。

V—Ⅵ族化合物半导体材料。已发现具有半导体性质的有Bi

2O

3

，Bi

2

S

3

，Bi

2

Se

3

，

Bi

2Te

3

，Sb

2

O

3

，Sb

2

S

3

，Sb

2

Te

3

、As

2

O

3

，As

2

S

3

，其中Bi

2

Te

3

，Bi

2

Se

3

等已获实际应用。

I—Ⅵ族化合物具有半导体性质的有Cu

2

O，Cu

2

S，Ag

2

S，Ag

2

Se，Ag

2

Te等，其

中Cu

20，Cu

2

S已获应用。

三元化合物种类较多，如I—Ⅲ—Ⅵ、I—v—Ⅵ、Ⅱ—Ⅲ—Ⅵ、Ⅱ—Ⅳ—V 族等。多数具有闪锌矿、纤锌矿或黄铜矿型晶体结构，黄铜矿型结构的三元化合

物多数具有直接禁带。比较重要的三元化合物半导体有CuInSe

2，AgGaSe

2

，

CuGaSe

2，ZnSiP

2

，CdSiP

2

，ZnGeP

2

，CdGaS

4

，CdlnS

4

，ZnlnS

4

和磁性半导体。后者

的结构为AB

2X

4

(A—Mn，Co，Fe，Ni；B—Ga，In；X—S，Se)。

四元化合物研究甚少，已知有Cu

2FeSnS

4

，Cu

2

FeSnSe

4

，Cu

2

FeGeS

4

等。

应用化合物及其固溶体的品种繁多，性能各异，给应用扩大了选择。在光电子方面，所有的发光二极管、激光二极管都是用化合物半导体制成的，已获工业应用的有GaAs，GaP，GaAlAs，GaAsP，InGaAsP等。用作光敏元件、光探测器、光调制器的有InAsP，CdS，CdSe，CdTe，GaAs等。一些宽禁带半导体(SiC，ZnSe等)、三元化合物具有光电子应用的潜力。GaAs是制作超高速集成电路的最主要的材料。微波器件的制作是使用GaAs，InP，GaAlAs等；红外器件则用GaAs，GaAlAs，CdTe，HgCdTe，PbSnTe等。太阳电池是使用CdS，CdTe，CulnSe2，GaAs，GaAlAs等。最早的实用“半导体”是「电晶体/ 二极体」。

一、在无线电收音机及电视机中，作为“讯号放大器用。

二、近来发展「太阳能」，也用在「光电池」中。

三、半导体可以用来测量温度，测温范围可以达到生产、生活、医疗卫生、科研教学等应用的70%的领域，有较高的准确度和稳定性，分辨率可达0.1℃，甚至达到0.01℃也不是不可能，线性度0.2%，测温范围-100~+300℃，是性价比极高的一种测温元件。

其中在半导体材料中硅材料应用最广,所以一般都用硅材料来集成电路,因为硅是元素半导体。电活性杂质磷和硼在合格半导体和多晶硅中应分别低于

0.4ppb和0.1ppb。拉制单晶时要掺入一定量的电活性杂质，以获得所要求的导电类型和电阻率。重金属铜、金、铁等和非金属碳都是极有害的杂质，它们的存在会使PN结性能变坏。硅中碳含量较高，低于1ppm者可认为是低碳单晶。碳含量超过3ppm时其有害作用已较显著。硅中氧含量甚高。氧的存在有益也有害。直拉硅单晶氧含量在5～40ppm范围内；区熔硅单晶氧含量可低于1ppm。热导率较大。化学性质稳定，又易于形成稳定的热氧化膜。在平面型硅器件制造中可以用氧化膜实现PN结表面钝化和保护，还可以形成金属-氧化物-半导体结构,制造MOS场效应晶体管和集成电路.用于实现多室式半导体芯片处理系统内（组合设备工具）的芯片处理优先级基础排程的仪器以及相应的方法。序列发生器对组合设备工具内的腔室进行优先值标号，接着根据所指定的优先级将芯片从一个腔室移至另一个腔室。该序列发生器可测定实行优先级移动前的可用时间，如果时间充裕，在等待期间，序列发生器将执行非优先级移动。序列发生器也可根据组合设备工具内的腔室的可用情况灵活改变所制定的优先级。最后，该序列发生器可根据机器人在特定级移动芯片所需的最少时间来区分腔室的优先次序。