同质结异质结半导体材料的制备和表征

能带：向下弯曲
SPV应用：半导体类型检测
N型
P型
光照时：
ΔV=V2-V1<0
光照＋正电压：ΔV=V3-V1>0
光照＋负电压：ΔV=V4-V1<0
V：表面电势
光照时：
ΔV=V2-V1<0
光照＋正电压：ΔV=V3-V1<0
光照＋负电压：ΔV=V4-V1>0
V：表面电势
制备方法
• 电化学沉积（ED） • 液相外延法（LPE） • 金属有机化学气相沉积法（MOCVD） • 分子束外延（MBE）
+++ +++
N
- - - +++
ρ(C/cm3)
+eNd
xp
+
_
-eNa
xn
Naxp=Ndxn
同质结与异质结
➢ 同质结：
由禁带宽度相同、导电类型不同或虽导电类型相同但掺 杂浓度不同的单晶材料组成的晶体界面称为同质结。
如：n - GaAs/ p - GaAs
n - GaAs/ N - GaAs
➢ 异质结：
由禁带宽度不同的两种单晶材料一起构成的晶体界面称为 异质结。
同型异质结： n - GaAs/ N -Al x Ga1 - xAs 异型异质结: n - GaAs/ P- Al x Ga1 - xAs
同质结:同一单晶
xp E
xn x
Ec Ef
Ev
异质结：不同单晶
xp E
xn
Ec
P
Ev
x
Ec Ef
N
Ev
表征方法
• 电流－电压法（ I-V ）
• 电容电－容电－压法电（压C-V法）（ C-V ）
• 扩散反射吸收 法（ DRS ） • 表面光伏法（ SPV ）
表面光伏法（ SPV ）
C-V法： 1/C2~V
ρ(C/cm3)
+eNd
xp
_
+dQ
+
xn
C：电容 Vd:内建电势 Va:外加电压
-dQ
-eNa Va
样品表层的性质（一般为几十nm）。
➢ 检测内容：
a) 半导体类型 b) 表面态能级位置 c) 表面电荷分布情况 d) 半导体的能带带隙
SPV应用：半导体类型检测
N型
P型
Ef>Esurface e: 体相 表面
E内建： 体相
表面
能带：向上弯曲
Ef<Esurface e: 体相 表面
E内建： 体相
表面
φAs ≠φGa
➢提高电流密度, 加强阴极极化作用。 ➢采用不同的离子浓度：较高的Ga3+ 浓度和较低一种电化学过程, 也是一种氧化还原过程。 ➢从理论上说, 只要阴极电位负于金属的还原电位, 金属 就可在阴极表面沉积 ➢影响多元组分共沉积的主要因素有:
(1) 电解液中单个离子的放电电位 (2) 放电电位差异引起的电极极化 (3) 电解液中离子的相对浓度 (4) 氢在阴极表面的析出电位 (5) 阴极表面的导电性
电化学共沉积
φ放电= φ°+ R T/nF lna + Δφ
φA °+ R T/nF lna + Δφ≈φB °+ R T/nF lna + Δφ
φ° :标准电极电位; a :离子活度
Δφ:超电压;
R:气体常数
F:法拉弟常数; n:得失电子数目
T:绝对温度
ED法制备GaAs薄膜
φAs= 0.254-0.0394pH + 0.0197 lgaAsO+ + ΔφAs φGa= -0.529 + 0.0197 lgaGa3++ ΔφGa
ε:介电常数 N：搀杂浓度
Va+dV
dQ C=
dVa
；1/C2= 2(Vd - Va) . (ε1Na + ε2Nd) q ε1ε2 NdNa
SPV: Surface PhotoVoltage
➢ 表面光电压技术:
基于固体表面的光生伏特效应而发展的一种被测物理量随着光 子能量变化的光谱检测技术。
➢ 检测信息
同质结异质结半导体材料 的
制备和表征
报告内容
• 背景介绍 • 制备方法 • 表征方法
半导体基本概念
CB
－－ － －－
＋＋＋ ＋＋
P型
VB
N型
PN 结
- - - +++
P
-----
+++ +++
N
- - - +++
空间电荷区
空穴扩散力
内建电场
电子扩散力
PN 结
P
xp
xn
- - - +++
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