6 非晶 有机和微结构半导体材料解析
第四章半导体材料
半导体中电子运动不同于真空。真空中服从牛顿定 律，F=-eE=m0a。 m0—自由电子质量。半导体中电子于能带中受约束， 也可以用牛顿定律描述运动。但m0要改成m*。不同半 导体m*不同。
τ ——弛豫时间。电子经两次碰撞间的平均自由时间。
电子在运动时受杂质、缺陷碰撞而改变方向，形成阻力
Si：m*=0.5m0；GaAs： m*=0.07m0
价带
价带
n型半导体 型半导体
p型半导体 型半导体
以上杂质能级处于禁带中导带低或价带顶附近，故 称为浅能级杂质 浅能级杂质 如果杂质或缺陷（C、O、N、Fe、Cu、Ag、Au等） 及晶体缺陷（空位、位错），产生的能级往往在禁带中 部，称为深能级 深能级。 深能级 深能级杂质一般是在材料生长、器件制造时无意带进 的。
Si Si
Si
Si中掺5价P，P取代Si原子。4个 价电子与Si组成共价键。第5个价电 子多余，输送到导带上成为自由电 子。导带中电子导电。 产生的自由电子浓度约等于杂质 原子浓度（可控）。
导带
Si Si
e
Si
P
Si
导带
P P P P
施主
P P P P
n型半导体 型半导体
价带
施主
价带
P称为施主杂质，表示能给出一个价电子。
Hale Waihona Puke 2、掺杂或调制超晶格 、 同一材料交替改变掺杂类 型，产生系列抛物线势阱。 优点：任何半导体材料都可以做超晶格；杂质引起晶 优点 格畸变小，无明显界面；有效能隙可以调到任何值。 3、多维超晶格 、
一维超晶格 二维超晶格 三维超晶格
二维量子阱
一维量子线
0维量子点
可以出现更多的光电特性
4、应变超晶格 、 晶格常数相差较大的两种材料组成（可以做出比Si 器件更高速的电子器件）
半导体的结构类型
半导体的结构类型
半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，其导电性能介于导体和绝缘体之间。
半导体的导电性能与其结构类型密切相关，常见的半导体结构类型有晶体结构、非晶态结构和有机半导体结构。
晶体结构是半导体中最常见的结构类型，其特点是具有有序的晶格结构。
晶体结构的半导体材料通常由单晶、多晶和薄膜三种形式存在。
单晶半导体具有高的电子迁移率和较低的电阻率，是制造高性能电子器件的理想材料。
多晶半导体由多个晶粒组成，其电子迁移率和电阻率介于单晶和薄膜之间。
薄膜半导体是一种在基底上生长的薄膜，其电子迁移率和电阻率较低，但具有较高的表面积，适用于制造大面积的电子器件。
非晶态结构是一种无序的结构类型，其特点是没有明显的晶格结构。
非晶态半导体材料通常由非晶硅、非晶碳和非晶氧化物等材料组成。
非晶态半导体具有较高的电阻率和较低的电子迁移率，但具有较高的光学透明性和较低的制造成本，适用于制造太阳能电池、液晶显示器等器件。
有机半导体结构是一种由有机分子组成的半导体材料，其特点是具有较低的电子迁移率和较高的电阻率。
有机半导体材料具有较低的制造成本和较高的可塑性，适用于制造柔性电子器件、有机发光二极管等器件。
半导体的结构类型对其导电性能和制造成本具有重要影响，不同的结构类型适用于不同的电子器件制造。
随着科技的不断发展，半导体材料的结构类型也在不断创新和发展，为电子器件的制造提供了更多的选择和可能性。
非晶合金材料的微观结构与性能分析
非晶合金材料的微观结构与性能分析非晶合金材料是一种具有特殊微观结构的材料，其具备优异的力学、磁学、导电等性质，在能源、电子、航空等领域具有广泛应用。
本文将对非晶合金材料的微观结构以及与性能之间的关系进行分析。
一、非晶合金的制备方法非晶合金通常通过快速凝固或靶材溅射等方法得到。
其中，快速凝固是常用的一种制备非晶合金的方法。
通过快速冷却，可以使材料在凝固过程中快速转变为非晶态，从而实现非晶合金的制备。
二、非晶合金的微观结构非晶合金的微观结构与晶体材料有很大的不同。
晶体材料具有有序的晶格结构，而非晶合金则没有明确的晶格结构，呈现出无规则的非晶态结构。
1. 原子排列的无序性非晶合金的微观结构主要表现为原子排列的无序性。
在非晶合金中，原子呈现出一种随机分布的状态，没有特定的晶格结构。
这种无序性导致了非晶合金具有均匀的化学成分和相对较高的密度。
2. 原子团簇的存在在非晶合金中，原子并不是孤立存在的，而是以原子团簇的形式出现。
原子团簇是由若干个原子组成的，其形状和大小可以不规则。
这些原子团簇之间存在着相互作用，决定了材料的一些性质。
三、非晶合金的性能特点非晶合金由于其特殊的微观结构，具备许多独特的性能特点。
1. 优异的力学性能非晶合金具有高硬度、高强度和较好的韧性。
这是由于非晶结构中的原子无序性和原子团簇的存在使得材料具有强大的阻碍位错移动的能力。
这使得非晶合金在航空、汽车等领域得到广泛应用。
2. 良好的导电性能非晶合金具有优异的导电性能。
由于原子的无序排列，电子在材料中可以自由移动，从而使得非晶合金具备较高的电导率。
这使得非晶合金在电子器件制造中具有重要应用。
3. 高饱和磁感应强度非晶合金具有高饱和磁感应强度和低磁滞损耗特点。
这是由于非晶结构中的无序性和原子团簇的存在使得磁畴的形成和磁滞现象受到了抑制。
因此，非晶合金在磁性材料领域具有广泛应用。
四、结构与性能之间的关系非晶合金的微观结构与其性能之间存在着紧密的联系。
半导体材料
所以扩散和漂 + + + + + + 移这一对相反 + + + + + + 的运动最终达 到平衡，相当 + + + + + + 于两个区之间 没有电荷运动， + + + + + + 空间电荷区的 厚度固定不变。
扩散运动
PN结的单向导电性
PN结加上正向电压、正向偏置的意
思都是： P区加正、N区加负电压。 PN结加上反向电压、反向偏置的意
按其功能及应用： 微电子材料、光电半导体材料、热电半导体材料、微波 半导体材料、敏感半导体材料等； 按材料种类：无机半导体、有机半导体； 按化学组成：元素半导体、化合物半导体；
按结构：晶态和非晶态半导体
一、 元素半导体
在IIIA族-VIIA
族的金属和非金属
交界处大约有十几
种，如Ge, Si, Se, Te等，其中最重要 的有Si和Ge。
与金属和绝缘体相比， 半导体材料的发现是 最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯 技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界 认可。
半导体的发现实际上可以追溯到很久以前， 1833年，英国法拉第最先发现硫化银的电阻 随着温度的变化情况不同于一般金属，一般 情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但 法拉第是随着温度的上升而降低。这是半导 体现象的首次发现。 1835年，蒙克发现了单向导电现象。
3.2.4 半导体二极管
(1)、基本结构
PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
符号
P 阳极
P
N
N 阴极
(2)、伏安特性 I
2014年浙江师范大学半导体材料期末考试复习大纲-作者 李泊位
第一章绪论1、掌握半导体的概念和分类半导体材料是导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。
2、掌握半导体材料的五大特性整流效应、光电导效应、负电阻温度效应、光生伏特效应和霍尔效应3、理解影响半导体材料发展的两大关键因素半导体材料的不纯，半导体物理理论的不完善4、了解摩尔定律、摩尔定律的极限、研发新器件的思路能带论、导电机理模型和扩散理论得到了半导体理论。
半导体材料工艺可概括为提纯、单晶制备和杂质控制。
化学提纯的主要方法有电解、络合、萃取、精馏物理提纯的方法有真空蒸发、区域精制、拉晶提纯单晶制备一般可分大体积单晶(即体单晶)制备和薄膜单晶的制备。
悬浮区熔法－－生长高纯硅单晶水平区熔法－－生产锗单晶垂直定向结晶法－－生长碲化镉、砷化镓外延生长的优点1. 外延生长中，外延层中的杂质浓度可以方便地通过控制反应气流中的杂质含量加以调节，而不依赖于衬底中的杂质种类与掺杂水平。
单晶生长需要进行杂质掺杂。
2. 外延生长可以选择性的进行生长，不同材料的外延生长，不同成分的外延生长，这对于器件的制备尤为重要。
3. 一些半导体材料目前只能用外延生长来制备，如GaN集成度指单块芯片上所容纳的原件数目。
集成电路的意义它标志着半导体器件由小型化开始进入集成化时期。
所谓集成电路指的是把二极管、三极管（晶体管）以及电阻、电容都制做在同一个硅芯片上，使一个片子所完成的不再是一个晶体管的放大或开关效应，而是具有一个电路的功能。
摩尔定律的极限1. 功耗的问题2. 掺杂原子均匀性的问题3. SiO2层量子遂穿漏电的问题4. 量子效应的问题改良的方法延长摩尔定律1. 氧化物绝缘层的击穿和漏电问题，可以改用介电常数大的介质，厚度就会增加。
即用新的介电材料来代替SiO2，就可以避免由于量子隧穿导致的漏电问题。
2. 把硅CMOS 器件的源或漏电极集成一个共振隧穿器件，在不增加功耗和器件尺寸情况下，就可以把器件的逻辑功能提高上百倍千倍！这种混合集成的办法虽不能彻底克服硅微电子技术遇到的挑战，可以用于延长摩尔定律的寿命。
半导体分类 晶体 非晶 有机
半导体分类晶体非晶有机
半导体可以分为晶体半导体、非晶半导体和有机半导体三类。
晶体半导体是指具有长程有序结构的半导体材料，如硅、锗、砷化镓等。
晶体半导体的电子结构与晶体结构密切相关，具有良好的电子传输性能和稳定性，广泛应用于电子器件中。
其中，硅是最常用的晶体半导体材料之一，其优势在于晶体稳定性好、生产工艺成熟、价格相对便宜。
非晶半导体是指不具有长程有序结构的半导体材料，如非晶硅、非晶氮化硅等。
由于其结构不规则，导致其电子性质受杂质和缺陷影响显著，使其电子传输性能和稳定性相对较差，但其制备工艺相对简单，生产成本低，应用领域主要在平板显示、太阳能电池等领域。
有机半导体是指具有碳基化合物的半导体材料，如聚合物、小分子等。
有机半导体因具有良好的可溶性、可成膜性等特点，使其制备工艺简单、成本低廉。
同时，由于有机半导体的分子结构多样，可以通过调节其分子结构来改变其电子传输性能，因此在柔性电子器件、有机光电器件等领域具有广泛应用前景。
总体来说，不同类型的半导体材料具有各自的特点和应用领域。
在半导体产业的发展趋势中，晶体半导体、非晶半导体和有机半导体将会在不同领域得到广泛的应用。
非晶合金材料的力学性能与微结构研究
非晶合金材料的力学性能与微结构研究随着工业技术的发展和变革，新型材料的研究和应用已成为当前的热点话题。
非晶合金作为一种新型材料，其独特的力学性能和微结构特征受到了广泛关注。
一、非晶合金的定义和基本结构非晶合金，也称为非晶态合金或柔性合金，是一种新型材料，从其名称就可以看出，它与传统的钢铁、铝合金等晶态材料相比，具有独特的非晶态结构。
非晶态材料存在着非常高的固态扩散和强烈的成分分散性，其微观结构被描述为没有晶体结构的均匀玻璃态。
二、非晶合金的力学性能相对于传统的晶态材料，非晶合金具有独特的力学性能。
首先，非晶合金具有出色的塑性和韧性，其强度和硬度是同等密度的晶态金属的数倍。
其次，非晶态合金具有较高的弹性极限，低的屈服点和无塑性断裂的特征。
最后，非晶合金可以在较大的应变区间内发挥良好的机械性能，而在过大的应变下不易引起断裂。
三、非晶合金的微结构特征非晶态合金有着独特的微观结构，成分分散度高、片层结构、纳米晶颗粒和纳米晶颗粒分布均匀、当结构尺寸处于毫米、百纳米和纳米这些不同的尺度时，就会产生不同的物理学和力学性能，从而造成材料力学性能的巨大差异。
四、非晶合金的力学性能与微结构的关系根据现有的研究成果和实验数据，非晶态材料的力学性能与其微观结构之间存在着密切的关系。
例如，非晶合金的成分分散度和微观结构的均匀性与其强度和塑性密切相关。
此外，非晶态材料的物理性能和力学性能还与其表面质量和界面的自然存在也密切相关。
总的来说，非晶合金是一种具有非常高的塑性和韧性、强度和硬度的新型材料，它的力学性能与其独特的微观结构密切相关。
未来的研究应该深入探讨非晶合金材料的力学性能和微观结构之间的关系，为非晶态合金的研发和应用奠定更加坚实的基础。
第一章 半导体材料绪论
李斌斌 南京航空航天大学
《半导体材料》教材
教材： 《半导体材料》，邓志杰等编，化学工业出版社 参考书目： 1. 《半导体材料》杨树人 等编，科学出版社
2. 《半导体物理学》刘思科等编，国防工业出版社
讲课内容
第一章 绪论 第二章 半导体材料的基本性质 第三章 元素半导体材料 第四章 化合物半导体材料 第五章 固溶体半导体材料 第六章 非晶、有机和微结构半导体材料 第七章 半导体器件基础 第八章 半导体电子材料 第九章 半导体光电子材料 第十章 其他半导体材料 第十二章 半导体材料的制备
光生伏特效应是半导体材料的特有性质 之四
照片
光生伏特效应
1.1.6 半导体的特有性质－霍尔效应
1879年，霍尔(E.H. Hall) 在研究通有电流的导 体在磁场中受力，发现在垂直于磁场和电流 的方向上产生了电动势，这个电磁效应称为 “霍尔效应”。 “霍尔效应”就是为纪念霍尔而命名的。 利用“霍尔效应”可以测量半导体材料的载 流子浓度、迁移率、电阻率、霍尔系数等重 要参数。 霍尔效应是半导体材料的特有性质之五
第一章 绪论
1.1 半导体材料的发展简史
1.2 半导体材料的发展趋势 1.3 半导体材料的分类
1.1.1 首次报道半导体
伏特 A. Volta (1745~1827)，意大利物理学家 国际单位制中,电压的单位伏即为纪念他而命 名。 1800年，他发明了世界上第一个伏特电池， 这是最早的直流电源。从此，人类对电的研 究从静电发展到流动电，开拓了电学的研究 领域。 他利用静电计对不同材料接地放电，区分了 金属，绝缘体和导电性能介于它们之间的 “半导体”。 他在给伦敦皇家学会的一篇论文中首先使用 了“Semiconductor”（半导体）一词。
第六章 非晶 有机和微结构半导体材料
在非晶硅材料中，还包含有大量的悬挂键、空位等缺陷，因 而其有很高的缺陷态密度，它们提供了电子和空穴复合的场 所，所以，一般说，非晶硅是不适于做电子器件的。
6.1.2 非晶半导体的基本性质
（1）能带模型 （2）直流电导率 （3）光学性质
（1）能带模型 ）
Mott-CFO模型： 短程有序－－基本能带 长程无序－－定域态带尾 悬挂键－－带隙中间形成隙态
b 跳跃机制
定域态之间的遂穿跳跃也可能形成载流子输运 定域态之间的空间距离也是随机分布的，形成 了弥散输运
非晶半导体的总直流电导率
扩展态中的电导 带尾定域态中的电导 总电导 带隙定域态中的近程跳跃电导 带隙定域态中的变程跳跃电导
（3）光学性质 ）
晶体半导体 直接跃迁和间接跃迁 满足能量守恒和动量守恒 间接跃迁时需要声子的参与 电子跃迁时不再遵守动量守 恒的选择定则 非晶结构上的无序使非晶半 导体中的电子没有确定的波 失 非晶半导体 电子跨越禁带时的跃迁没有 直接跃迁和间接跃迁的区别
1980年：ECD公司作成了转换效率达6.3%的非晶硅 太阳能电池 1981年：开始了非晶硅及其合金组成的叠层太阳能电 池的研究。 1982年：市场上开始出现装有非晶硅太阳能电池的手 表，充电器、收音机等商品。 1984年：开始有作为独立电源用的非晶硅太阳能电池 组合板。
6.2 有机半导体材料
见教材
Ec
Ec
Ev
Ev
晶体半导体
非晶半导体
EV ND
EC
Ev
Ev
晶体半导体
非晶半导体
钉扎效应
晶体硅中 施主杂质电离时直接向导带 底释放一个电子参与导电 非晶硅中 施主杂质电离时，电子首先 释放给隙态中未满的空能级 隙态能态密度越高，填充隙 态所需施主杂质浓度越高 虽然掺入了较高浓度的杂质， 也不能有效的移动费米能级 对于这种费米能级难以移动的情况，称为高能度隙态的钉扎效应
【2017年整理】有机半导体材料
有机半导体材料1 有机半导体材料的分子特征有机半导体材料与传统半导体材料的区别不言自明，即有机半导体材料都是由有机分子组成的。
有机半导体材料的分子中必须含有键结构。
如图1所示，在碳-碳双键结构中，两个碳原子的pz 轨道组成一对轨道（和），其成键轨道（）与反键轨道（）的能级差远小于两个轨道之间的能级差。
按照前线轨道理论，轨道是最高填充轨道（HOMO），是最低未填充轨道（LUMO）。
在有机半导体的研究中，这两个轨道可以与无机半导体材料中的价带和导带类比。
当HOMO 能级上的电子被激发到LUMO 能级上时，就会形成一对束缚在一起的空穴-电子对。
有机半导体材料的电学和电子学性能正是由这些激发态的空穴和电子决定的。
在有机半导体材料分子里，键结构会扩展到相邻的许多个原子上。
根据分子结构单元的重复性，有机半导体材料可分为小分子型和高分子型两大类。
小分子型有机半导体材料的分子中没有呈链状交替存在的结构片断，通常只由一个比较大的共轭体系构成。
常见的小分子型有机半导体材料有并五苯、三苯基胺、富勒烯、酞菁、苝衍生物和花菁等（如图2)，常见的高分子型有机半导体材料则主要包括聚乙炔型、聚芳环型和共聚物型几大类，其中聚芳环型又包括聚苯、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯等类型（如图3)。
事实上，由于有机分子的无限可修饰性，有机半导体材料的结构类型可以说是无穷无尽的。
图2: 几种常见的小分子有机半导体材料：（1）并五苯型，（2）三苯基胺类，（3）富勒烯，（4）酞菁，（5）苝衍生物和（6）花菁类。
图3: 几种常见的高分子有机半导体材料：（1）聚乙炔型，（2）聚芳环型，（3）共聚物型。
2 有机半导体材料中的载流子我们知道无机半导体材料中的载流子只有电子和空穴两种，自由的电子和空穴分别在材料的导带和价带中传输。
相形之下，有机半导体材料中的载流子构成则要复杂得多。
首先，由于能稳定存在的有机半导体材料的能隙（即LUMO 与HOMO 的能级差）通常较大，且电子亲和势较低，大多数有机半导体材料是p 型的，也就是说多数材料只能传导正电荷。
元素半导体材料 有机半导体材料 非晶半导体材料
元素半导体材料1. 元素半导体材料是指由单一化学元素构成的半导体材料，如硅、锗等。
这些材料具有良好的晶体结构和稳定的化学性质，因而在半导体器件中得到了广泛的应用。
2. 硅是最常用的元素半导体材料之一，其晶体结构稳定，具有良好的导电性和可控的电子特性。
硅材料在集成电路和太阳能电池等领域有着重要的应用。
3. 锗也是一种重要的元素半导体材料，其导电性能优于硅，但在制备过程中较为昂贵，因而在实际应用中并不常见。
有机半导体材料1. 有机半导体材料是一类以碳为基础的有机化合物，具有良好的柔性和可塑性，适合用于柔性电子器件的制备。
2. 有机半导体材料的电子特性受其分子结构和取代基团的影响较大，因而可以通过设计合成不同的有机半导体材料来实现特定的电子性能。
3. 有机半导体材料在有机发光二极管（OLED）、有机薄膜太阳能电池等领域有着重要的应用，其柔性、轻薄和低成本的特点使其成为柔性电子器件的理想材料。
非晶半导体材料1. 非晶半导体材料是一类具有非晶态结构的半导体材料，其晶体结构相对不规则，导致其电子性能较差。
2. 尽管非晶半导体材料的电子特性较差，但其优点在于制备简单、成本低廉，适合大面积、柔性电子器件的制备。
3. 非晶半导体材料在柔性显示器、柔性传感器等领域有着重要的应用，其能够实现可弯曲、可卷曲的电子器件，为柔性电子技术的发展提供了重要支持。
综合比较1. 元素半导体材料在半导体器件中具有稳定的电子性能和较高的导电能力，但其缺点在于刚性和脆性，不适合于柔性电子器件的制备。
2. 有机半导体材料具有良好的柔性和可塑性，适合用于柔性电子器件的制备，但其电子性能相对较差，需要通过材料设计来实现特定的电子特性。
3. 非晶半导体材料制备简单、成本低廉，并且适合用于大面积的柔性电子器件制备，但其电子性能一般较差，需要进一步改进。
总结在半导体材料的选择中，需要根据具体应用的要求综合考虑材料的电子性能、柔性和可塑性、制备成本等因素，选择合适的半导体材料进行器件制备。
半导体材料应用
半导体材料应用有哪些_半导体材料应用领域介绍自然界中的物质，根据其导电性能的差异可划分为导电性能良好的导体（如银、铜、铁等）、几乎不能导电的绝缘体（如橡胶、陶瓷、塑料等）和半导体（如锗、硅、砷化镓等）。
半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一种物质。
它的导电能力会随温度、光照及掺入杂质的不同而显著变化，特别是掺杂可以改变半导体的导电能力和导电类型，这是其广泛应用于制造各种电子元器件和集成电路的基本依据。
半导体材料的特点半导体材料是一类具有半导体性能，用来制作半导体器件的电子材料。
常用的重要半导体的导电机理是通过电子和空穴这两种载流子来实现的，因此相应的有N型和P型之分。
半导体材料通常具有一定的禁带宽度，其电特性易受外界条件（如光照、温度等）的影响。
不同导电类型的材料是通过掺入特定杂质来制备的。
杂质（特别是重金属快扩散杂质和深能级杂质）对材料性能的影响尤大。
因此，半导体材料应具有很高的纯度，这就不仅要求用来生产半导体材料的原材料应具有相当高的纯度，而且还要求超净的生产环境，以期将生产过程的杂质污染减至最小。
半导体材料大部分都是晶体，半导体器件对于材料的晶体完整性有较高的要求。
此外，对于材料的各种电学参数的均匀性也有严格的要求。
半导体材料的应用半导体材料的早期应用：半导体的第一个应用就是利用它的整流效应作为检波器，就是点接触二极管（也俗称猫胡子检波器，即将一个金属探针接触在一块半导体上以检测电磁波）。
除了检波器之外，在早期，半导体还用来做整流器、光伏电池、红外探测器等，半导体的四个效应都用到了。
从1907年到1927年，美国的物理学家研制成功晶体整流器、硒整流器和氧化亚铜整流器。
1931年，兰治和伯格曼研制成功硒光伏电池。
1932年，德国先后研制成功硫化铅、硒化铅和碲化铅等半导体红外探测器，在二战中用于侦测飞机和舰船。
二战时盟军在半导体方面的研究也取得了很大成效，英国就利用红外探测器多次侦测到了德国的飞机。
半导体材料的探析与应用
半导体材料的探析与应用论文导读：当今，以半导体材料为芯片的各种产品普遍进入人们的生活，如电视机，电子计算机，电子表，半导体收音机等都已经成为我们日常所不可缺少的家用电器。
半导体基片可以实现元器件集中制作在一个芯片上，于是产生了各种规模的集成电路。
1969年超晶格概念的提出和超晶格量子阱的研究成功，使得半导体器件的设计与制造从“杂志工程”发展到“能带工程”，将半导体材料的研究和应用推向了一个新的领域。
90年代以来随着移动通信技术的飞速发展，砷化镓和磷化铟等半导体材料得成为焦点，用于制作高速、高频、大功率及发光电子器件等。
关键词：半导体，超晶格，集成电路，电子器件1.半导体材料的概念与特性当今，以半导体材料为芯片的各种产品普遍进入人们的生活，如电视机，电子计算机，电子表，半导体收音机等都已经成为我们日常所不可缺少的家用电器。
半导体材料为什么在今天拥有如此巨大的作用，这需要我们从了解半导体材料的概念和特性开始。
半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一类物质，在某些情形下具有导体的性质。
半导体材料广泛的应用源于它们独特的性质。
首先，一般的半导体材料的电导率随温度的升高迅速增大，各种热敏电阻的开发就是利用了这个特性；其次，杂质参入对半导体的性质起着决定性的作用，它们可使半导体的特性多样化，使得PN结形成，进而制作出各种二极管和三极管；再次，半导体的电学性质会因光照引起变化，光敏电阻随之诞生；一些半导体具有较强的温差效应，可以利用它制作半导体制冷器等；半导体基片可以实现元器件集中制作在一个芯片上，于是产生了各种规模的集成电路。
这种种特性使得半导体获得各种各样的用途，在科技的发展和人们的生活中都起到十分重要的作用。
2.半导体材料的发展历程半导体材料从发现到发展，从使用到创新，也拥有着一段长久的历史。
在20世纪初期，就曾出现过点接触矿石检波器。
1930年，氧化亚铜整流器制造成功并得到广泛应用，使半导体材料开始受到重视。
非晶半导体
非晶半导体非晶半导体是一种特殊的半导体材料，其结构不规则，没有明确的晶体结构。
相比于晶体半导体，非晶半导体具有一些独特的性质和应用。
本文将从非晶半导体的基本概念、制备方法、特性以及应用等方面进行探讨。
我们来了解一下非晶半导体的基本概念。
非晶半导体是一种非晶态的半导体材料，其原子结构没有长程的周期性，呈现出无规则的排列。
这种结构的不规则性使得非晶半导体的电子运动方式与晶体半导体有所不同，导致了其特殊的电学和光学性质。
非晶半导体的制备方法主要有物理气相沉积、溅射、化学气相沉积等。
其中，物理气相沉积是一种常用的方法，它通过在真空条件下将原料蒸发或溅射到基底表面，形成非晶半导体薄膜。
此外，还可以通过快速凝固、溶胶-凝胶法等方法来制备非晶半导体材料。
非晶半导体具有许多独特的特性。
首先，非晶半导体具有宽的能隙，这意味着它们对光的吸收和发射具有较高的效率。
此外，非晶半导体的载流子迁移率较低，电阻率较高，因此适用于一些需要高阻抗的电子器件。
此外，非晶半导体还具有较好的化学稳定性和机械强度，这使得它们在各种环境下都能够稳定工作。
非晶半导体在各个领域具有广泛的应用。
在光电器件方面，非晶半导体薄膜可以用于太阳能电池、光电探测器等器件的制备。
由于其良好的光吸收性能和可调控的能带结构，非晶半导体薄膜太阳能电池具有高效转换效率和较低的制造成本。
在显示技术方面，非晶半导体材料也被广泛应用于液晶显示器的驱动电路中，以实现高分辨率和高刷新率的显示效果。
非晶半导体还可以应用于柔性电子器件、传感器等领域。
由于其良好的机械性能和柔性可塑性，非晶半导体材料可以制备成柔性的电子器件，如柔性显示屏、柔性电池等。
同时，非晶半导体材料的特殊光学性质也使其成为制备高灵敏度的传感器的理想选择。
非晶半导体作为一种特殊的半导体材料，具有独特的结构和性质，广泛应用于光电器件、显示技术、柔性电子器件和传感器等领域。
随着科技的不断发展，非晶半导体的研究和应用将会进一步深入，为人们的生活带来更多的便利和创新。
第六章 非晶态与半晶态材料
i+1 i
高分子链的运动是以链段为单元的，是蠕动。高分 子链在分子内旋转作用下可采取各种可能的形态，如 取不同的构象，如伸直链、无规线团、折叠链、螺旋 链等。
对于硅酸盐和许多有机聚合物，鼻部位置的时 间可以是几小时甚至几天，从而使这些材料易于形 成玻璃相。而纯金属因为原子结构简单，达到鼻部 温度开始结晶所需时间小于1s。但对某些形成玻 璃相的合金来说，此时间可以是几毫秒．因此，如 果冷却速度达105℃/s以上，便能避免晶化。最容 易获得非晶态的合金通常是共晶组分。
应力：应力能使分子链沿外力方向有序排列，可提 高结晶速度。
分子量：对同一聚合物而言，分子量对结晶速度有 显著影响。在相同条件下，分子量低结晶速度快。
杂质：杂质影响较复杂，有的可阻碍结晶的进行， 有的则能加速结晶。能促进结晶的物质在结晶过程 中往往起成核作用（晶核），称为成核剂。
五、半晶态聚合物
没有完全结晶的聚合物为半晶态或部分晶态聚 合物。因为在熔体中大分子是高度缠结的，故扩散 速率是低的，所以在凝固时链没有足够时间松开。
斜率发 生变化 的温度 就是玻 璃转变 温度Tg
玻璃转变温度是 所有非晶态材料的 特征，不管它是有 机聚合物、金属， 还是无机氧化物。 它可最清楚地由考 察材料加热或冷却 时伴生的密度或体 积变化得出。
在Tg下分子的运动
在Tg以上，分子在重复单元范围运动 在玻璃转变温度范围，分子有移动能力，在这温度范围
非晶和微晶半导体材料
非晶和微晶半导体材料
安德森定域
定域态
带尾[态]
带隙态
扩展态
迁移率边
迁移率隙
相关能
负相关能
跳跃电导
变程跳跃电导
直流电导机制
非晶态半导体漂移迁移率
弥散输运
微晶半导体
氢化非晶硅
氢化微晶硅
氢化纳米晶硅
初晶态非晶硅
类晶结构
含晶粒非晶硅
氧化纳米晶硅
非晶锗硅膜
非晶碳硅膜
类金刚石碳膜
辉光放电沉积
非晶硅叠层太阳能电池
柔性衬底非晶硅太阳能电池
非晶硅/非晶锗硅/非晶锗硅三结叠层太阳能电池非晶硅/晶体硅异质结太阳能电池
微晶/非晶硅叠层电池
非晶硅薄膜晶体管
纳米硅太阳能电池。
非晶态半导体
非晶态半导体非晶半导体综述一、非晶半导体基本理论非晶态半导体是一门发展极为迅速的新兴学科，是凝聚态物理学中最为活跃的领域之一，已成为材料学科的一个组成部分.大量的事实说明，研究非晶态半导休的意义不仅在技术上能够产生新材料和新器件，而且对于认识固体理论中的许多基本问题也会产生深远的影响.晶态半导体的基本特征是:组成它的原子或分子作周期性排列，叫作长程有序性.基于这样的特征，利用能带理论，使得晶态半导体中的许多物理问题和半导体器件的基本原理得到了比较满意的解决.而非晶态半导体，结构上是一种共价网络，没有周期性排列的约束，所以它在结构上、光学电学性质上很不同于晶态半导体.因此，在应用上也显示了自己的特征，已呈现了巨大的应用前景. 同晶态半导体相比，非晶态半导体有以下几个重要的特点:1.在结构上，非晶态半导体的组成原子没有长程的序性.但由于原子间的键合力十分类似于晶体，通常仍保持着几个晶格常数范围内的短程序.简单地说，非晶态半导体结构上是长程无序、短程有序.2.对于大多数非晶态半导体，其组成原子都是由共价键结合在一起的，形成一种连续的共价键无规网络，所有的价电子都束缚在键内而满足最大成键数目的(8-N)规则，称此为键的饱和性，N 是原子的价电子数.3.非晶态半导体可以部分实现连续的物性控制.当连续改变组成非晶态半导体的化学组分时，其比重、相变温度、电导率、禁带宽度等随之连续变化.这样为探索新材料提供了广阔的天地.4.非晶态半导体在热力学上处于亚稳状态，在一定条件下可以转变为晶态.这是因为非晶态半导体比其相应的晶态材料有更高的晶格位能，因此处于亚稳状态.5.非晶态半导体的结构、电学、光学性质灵敏的依赖于制备条件和制备方法，因此它们的性能重复性较差.6.非晶态半导体的物理性质是各向同性的，这是因为它的结构是一种共价键无规网络结构.7.非晶态半导体材料的制备方法比较简单，大多数材料可以制成薄膜，因此用非晶材料制备的器件成本低廉，容易实现大面积和高容量.随着非晶态半导体理论的飞速发展，它已在技术领域中得到广泛应用，将形成新的产业.例如:用高效、大面积非晶硅(a-Si : H)太阳电池作的发电站已并网发电;用a-Si:H 薄膜场效应管作成大屏幕液晶显示器和平面显像电视机已在日本成为商品出售;非晶复印机鼓、a-Si : H 传感器和摄像管、非晶电致发光器件、非晶硫系半导体开关和存贮器等也正向实际应用和商品化发展.二、目前非晶态半导体发展概况虽然非晶器件迅速发展,各种性能在不断提高和改进，但还有许多理论问题和技术问题需要进一步解决.如近几年来单站非晶硅太阳电池的光电转换效率总徘徊在12%左右，非晶硅器件的稳定性问题还没有完全解决，非晶硅膜的缺陷态密度总大于315102-?cm ，这是为什么?又如何解决?另外，其他非晶器件性能怎样进一步提高?等等.因此，目前各国科学家做了大量的理论研究和实验工作，取得了许多进展，有不少新的结果，这将对非晶态的发展起重要作用.1.结构理论方面目前普遍认为非晶半导体的结构是一种连续共价无规网络，非晶半导体的物理性质主要是由组成固体原子的短程序决定的，即由它的近邻原子结构所确定.另外，在非晶态材料内部存在着各种形式的结构缺陷态.其中最重要的一类缺陷态是悬挂键，悬挂键结构上仍保持SP'杂化轨道成键，在无键态上有一未成对的电子，原子配位数比正常结构原子的配位数要少一个，悬挂键本身是电中性的.如将弱的Si-Si 键打断，即会形成两个Si 的悬挂键(记作Si 宝).美国的Pantelides 对a-Si : H 提出了五配位缺陷态，叫悬浮键(或浮动键)，在当时引起了一阵争论.最近，Fedders 应用“从头算分子动力学模拟”对一个具有216个Si 原子的超晶胞金刚石结构进行了“热浴和退火”，得到了较为理想的非晶硅无序网格模型，并在此基础上讨论了许多非晶体的基本理论问题，其结果和实验符合得很好.其中一个重要的结果是将悬挂键和悬浮键这两种不同定义的缺陷态给予一个统一的解释，对争论已久的悬浮键问题给了新的说明.2.硅中H 的作用和亚稳缺陷态大量实验结果表明，非晶硅的·光电特性是同a-Si : H 中H 的存在有密切关系，H 原子饱和了非晶硅中的悬挂键，使它的缺陷密度大大下降，因而非晶硅成为一种十分重要的光电材料.然而H 的存在也带来了不利的影响.由于H 在a-Si 中不只是以Si-H 键方式存在，饱和Si 悬挂键，而且还存在有((SiHHSi)-、分子氢(Hz)及双原子氢(Hi)等键合方式(见图2).而不同的氢键合方式又具有不同的结合能(E)(见图3)，因而它们在Si 中起着不同的作用.在受到光照后它们会发生不同的作用，如:H 扩散、H 溢出，产生新的复合中心和陷阱中心，这样改变了光照前Si 中H 的键合方式、H 的分布状态和H 的含量，从而使a-Si:H 的光电特性变差，这就是大家熟悉的光诱导效应，或称为S-W 效应目前对光诱导效应研究的人很多，提出了不少解释模型，在此不作一一介绍，我国学者也提出了自己的看法.3.热平衡效应近几年来，人们发现在非晶硅及其合金膜中，不仅光照可以产生新的缺陷态，而且还存在着因温度变化而引起的‘热诱导缺陷态”.由于非晶态材料是亚稳结构，它在不同温度下有不同的缺陷态密度和缺陷态类型.因此，缺陷态密度和类型与材料的制备方法、工艺条件、掺杂状况以及退火过程有关也就是说与它的热历史有关.人们利用快速冷却的方法使非晶半导体样品产生过剩的“冻结”缺陷态，再通过测量不同温度下的电导率或电子自旋态密度来研究这些冻结缺陷态密度随温度的变化行为，实验结果表明:这种缺陷态密度与测量的速度密切相关，即存在一个弛豫过程和弛豫时间，这种弛豫过程遵循指数规律.这实际上是一个热平衡过程.但是，如果该材料的弛豫过程很短，就很难准确地测出它的缺陷态密度变化.这个问题还正在进一步的研究.4.缺陷态密度的测量缺陷态密度的测量始终是研究非晶态半导体物理的一个重要内容，多年来不少学者从理论和实验上进行了大量的工作，提出了不少新的思想和新的测量方法(有十多种方法)，用以确定非晶半导体中缺陷的类型和数量.因为一个高质量的半导体样品必然存在有最低的缺陷态密度，如高效非晶硅太阳电池和高性能的非晶Si 器件都要求非晶硅薄膜中的缺陷态密度要接近或低于316/10cm .但由于H 的存在和H 的运动，外界条件的影响，掺杂(B, P)作用等因素，使非晶硅薄膜的缺陷密度远高出316/10cm .另外还存在一个实际问题，就是对同一个样品，用不同的测量方法也会得到很不同的值.最近瑞士的Wyrsch 和Finger 、美国的McMahon 和捷克的Vanecek 联合提出了如何更精确的测量a-Si:H 中的缺陷态密度方法.他们是用光热偏转谱法(PDS)和恒定光电流法(CPM)测量，用ESR 方法来标定缺陷态密度的精确值.又应用三种不同手段来确定“亚带隙吸收谱”，即重叠法、积分过剩吸收和在一个单能量处的吸收系数，最后找出了一个较简单和有足够精确度的定标值.他们对a-Si:H 测量值为2.4--316105-?cm ，这表明目前材料的水平还没有完全达到非晶硅器件的要求.5.光学特性及发光效应非晶态半导体的本征导电机理和晶态半导体的根本区别在于除了扩展态的电导外还有局域态电导"晶态半导体的导电主要是靠导带中的电子或价带中的空穴,而在非晶态半导体中存在扩展态!尾部定域态!禁带中的缺陷定域态等,这些状态中的电子或空穴都可能对电导有贡献,因此需要同时进行分析"另一方面,晶态半导体中的费米能级通常是随温度变化而变化的,而非晶态半导体中的费米能级通常是”钉札”在禁带之中,基本上不随温度变化.非晶半导体的光学特性主要包括有光吸收、光电导和发光三个方面.非晶半导体的光吸收系数比晶态半导体大的多，当光照后可成为一个很好的光导体，所以它具有优异的光电特性并具有重要的应用价值，在这些方面已有大量的研究工作不再多述.目前对非晶半导体的发光(尤其是电致发光)研究的较多，由于它的光学带隙在2eV 以上可发出可见光(如蓝白光)，有希望制作成大面积发光器件.两个典型的发光结构为:①玻璃/透明导电膜(TCO) / P-a-SiN : H /a-C : H/a-SiC : H/a-C:H/a-SiN : H / Al(铝)，(日本大阪大学);②玻璃l TCO / P-a-SiC : H / i-a-SiC:H (1. 95eV , 35人，I1层)/i-a-SiC:H(2.4eV , 90人,10层)/ Al,(兰州大学).目前由于发光强度较弱，还未达到实用阶段.6非晶半导体输运效应非晶半导体的输运机制要比晶态半导体复杂的多，由于结构的无序性引人了更多的缺陷能级，例如在它的导带尾、价带顶和带隙中部有定域化能级，因而在电子和空穴的输运过程中，不仅有导带和价带的贡献，而且还有这些定域化能级的贡献.在晶态中载流子是共有化运动，而在非晶态中的定域化运动是‘跳跃”式的，要克服一定的位垒能量，并同温度有密切的关系.非晶半导体输运效应包括有直流电导率，交流电导率，霍尔效应及温差电效应.人们研究得最多的要算直流电导率σ，其表达式为:上式的前三项分别对应于扩展态电导、带尾态电导和带隙中缺陷定域态电导，第四项是在极低温度下带隙定域态的变程跳跃导电.对霍尔效应目前虽有一些工作，但还存在不少困难，尤其是对它的符号(正或负)还不易说明.目前在输运效应方面的进展，主要是在强电场和极低温度下的非线性效应，如Nebel研究了非晶硅的强场(>)和低温下(l OK-300K)的输运特性，发现强场产生了很强的非线性，使ad和he改变了几个量级Juska还研究了低温量子效应、迁移率和载流子寿命乘积(RT)的强场效应，提出一些解释7.硫系非晶半导体硫系材料的研究已有很长的历史了。
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26
7.1.3 非晶硅的优点
1. 很好的光学性能，很大的光吸收系数
2. 可实现高浓度掺杂，也能制备高质量的pn结和 多层结构，易形成异质结
3. 通过组分控制，可在相当宽的范围内控制光学 带隙 4. 可在较低温度下，采用化学气相沉积等方法进 行制备薄膜 5. 生产过程相对简单
27
非晶硅的缺点
1. 缺乏长期稳定性，处于非平衡态，所制 备器件存在性能退化，比如S-W效应 2. 载流子迁移率低，不利于制备高频高速 器件；但可用于低功耗产品中
所以，替位式掺杂对于存在钉扎效应的样品不起作用 15
如何提高电导率？
提高电导率？
替位式掺杂：不行
高浓度隙态
高浓度悬空键 替位式掺杂：可行？ 产生掺杂效应 低浓度隙态 低浓度悬空键
16
氢补偿悬空键
如何补偿悬挂键？ 引入重配位的原子：H或F 隙态密度降低
EC
EC 反键态
隙态密度1020
cm3
eV
EF
55
56
8
在非晶硅材料中，还 包含有大量的悬挂键、 空位等缺陷，因而其 有很高的缺陷态密度， 它们提供了电子和空 穴复合的场所，所以， 一般说，非晶硅是不 适于做电子器件的。
9
非晶态的形成
10
7.1.2 非晶半导体的基本性质
（1）能带模型 （2）直流电导率
（3）光学性质
11
（1）能带模型
43
44
量子阱与超晶格的区别
超晶格 量子阱
超晶格（耦合的多量子阱）：如果势垒层 很薄，相邻阱之间的耦合很强，原来在各 量子阱中分立的能级将扩展成能带(微带)， 能带的宽度和位置与势阱的深度、宽度及 势垒的厚度有关，这样的多层结构称为超 晶格。
多量子阱：由2种不同半导体材料薄 层交替生长，如果势垒层足够厚，以 致相邻势阱之间载流子波函数之间耦 合很小，称为多量子阱。
52
第二类 错开型
EC
B A
第二类 不对称型
EC
B
EV
EV
A
带隙差
Eg Ec - Ev
电子和空穴分别限制在两种材料中。 人工设计适合某种特定应用的小带隙半导体和半金属材料。
53
第三类
EC
CdTe HgTe
EV
有效带隙可通过改变超晶格周期加以调整，使其在0-1.6 eV之间变化。 由于调节厚度比调节组分容易，所以HgTe/CdTe超晶格 很适合作为重要的三元固溶体Hg1-xCdxTe的替代材料而 用于制备3-5μm、 8-12μm这些重要大气窗口的探测器 件。
C 单晶硅 吸 收 系 数 A B
非晶硅 光子能量
C区，在可见光范围内，非 晶硅的吸收系数大于单晶硅 的吸收系数，显示了非晶硅 在光电方面的应用前景 24
光学带隙（optical band gap）
对于非晶半导体材料来说，光学带隙：
α＝B（hv－Eopt）2
对于晶体半导体材料来说，光学带隙：
a 多次陷落机制
弥散 输运 两种 机制
b 跳跃机制
19
a 多次陷落机制
注入的载流子不仅有扩散 运动 还会陷落到带尾定域态中 陷落后，只有被热激发才 能再次参与输运 因此，载流子在运动过程 中往往要经历多次陷落和 再激发，形成了弥散输运
EC 反键态
隙态密度将为1016
cm3 eV
EF
37
应用特点
有机半导体的应用特点
1）环境不敏感，操作环境宽松
2）加工简单
3）易制备大面积材料，薄膜有柔性、可弯曲 4）易于调节材料的电学、光学性能 5）易于制备有机/有机,有机/无机异质结材料
38
有机半导体材料的应用
有机发光二极管（OLED） 太阳电池
ห้องสมุดไป่ตู้39
7.3 微结构半导体材料
40
41
42
直接跃迁和间接跃迁
电子跨越禁带时的跃迁没有直 接跃迁和间接跃迁的区别
电子跃迁时不再遵守动量守恒 的选择定则 非晶结构上的无序使非晶半导 体中的电子没有确定的波矢
满足能量守恒和动量 守恒
间接跃迁时需要声子 的参与
23
a 光吸收
非晶半导体的光吸收谱一般具有 明显的三段式特征： A区：近红外区的低能吸收，吸 收系数a随光子能量的变化趋于 平缓 B区：吸收系数a随着光子能量增 加而指数性上升；对应于电子从 价带边扩展态到导带尾定域态， 以及电子从价带尾定域态到导带 边扩展态的跃迁 C区：本征吸收区；电子从价带 到导带的跃迁；吸收系数a在 104cm-1以上
4
材料的状态
晶体crystal
高温制备
材 料 的 主 要 状 态
固体
准晶体Quasi-crystal 非晶体amorphous
低温制备
液体 气体
5
7.1 非晶的概念
与晶态半导体材料相比，非晶态半导体材料的原子在空
间排列上失去了长程有序性，但其组成原子也不是完全
杂乱无章地分布的。 由于受到化学键，特别是共价键的束缚，在几个原子的
7.2.1 分类和基本性质 7.2.2 能带组成
35
1 有机半导体材料分类和基本性质
单分子固体：束缚激子 给体受体型电荷转移固体：含有两类不同 小分子。分子对之间允许发生电荷转移 共轭聚合物：极子
A 0 拓扑学孤子 B
36
2. 能带组成
有机半导体带隙： 分子最高占据态轨道（HOMO）和最低空轨道 （LUMO）之间的能量差 无机半导体带隙： 价带（VB）和导带（CB）之间的能量差
45
超晶格的分类
46
47
48
49
50
组分超晶格
组分超晶格：有两种不同的半导体所组成的超晶格材料
第一类 I型
EC
第二类 错开型 II型
EC
EV
EV
第二类 不对称型
EC EV
第三类
EC
EV 51
第一类
EC
GaAs AlGaAs
EV
带隙差
Eg Ec Ev
电子和空穴都限制在GaAs中，跃迁几率大。
33
1980年：ECD公司作成了转换效率达6.3%的非 晶硅太阳能电池 1981年：开始了非晶硅及其合金组成的叠层太阳 能电池的研究。 1982年：市场上开始出现装有非晶硅太阳能电池 的手表，充电器、收音机等商品。 1984年：开始有作为独立电源用的非晶硅太阳能 电池组合板。
34
7.2 有机半导体材料
31
非晶太阳能电池的结构
单个电池的结构
在单个电池之间建立 串联连接结构
32
非晶太阳能电池的发展
自1974年人们得到可掺杂的非晶硅薄膜后，就意 识到它在太阳能电池上的应用前景，开始了对非晶 硅太阳能电池的研究工作。 1976年：RCA公司的Carlson报道了他所制备的非 晶硅太阳能电池，当时的转换效率不到1%。 1977年：Carlson将非晶硅太阳能电池的转换效率 提高到5.5%。 1978年：集成型非晶硅太阳能电池在日本问世。
隙态密度将为1016
cm3 eV
EF
Ev
补偿前能带结构示意图
Ev 成键态
补偿后能带结构示意图
17
隙态密度 掺杂 对电 导能 否有 贡献
杂质原子所处配位态
P 掺入三配位的位置，将没 有电子释放给带隙态Ex，不 能改变电子填充的隙态的水 平、升高费米能级。
18
（2）直流电导率
非晶半导体中载流子输运是一种弥散输运－－长 程无序
Mott-CFO模型： ① 短程有序－－基本能带
隙态
Ec
定域态带尾
② 长程无序－－定域态带尾
③ 悬挂键－－带隙中间形成隙态
Ev
12
晶体半导体 Ec
非晶半导体 Ec
定域态带尾 隙态
Ev
Ev
1）存在定域态带尾 非晶体能带特点 2）存在隙态
13
晶体硅中的跃迁
晶体硅中
施主杂质电离时直接 向导带底释放一个电 子参与导电
有
晶体
准晶体
非晶体 液体
亚稳定
非平衡 稳定
是
是 是
－
不是 不是
无
无 无
气体
稳定
不是
不是
无
7
用来描述非晶硅的结构模型很
多，给出了其中的一种，即连
续无规网络模型的示意图。 可以看出，在任一原子周围， 仍有四个原子与其键合，只是 键角和键长发生了变化，因此 在较大范围内，非晶硅就不存 在原子的周期性排列。
54
超晶格的制备
制备超晶格的主要超薄层半导体材料生长技术有分子 束外延(MBE)、金属有机物化学气相淀积(MOCVD) 和综合了MBE和MOCVD优点的化学束外延(CBE)， 为了获得原子级平整的异质结界面和原子层厚度的外 延层，发展了原子层外延和迁移增强外延等方法。 生长了Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族、Ⅳ-Ⅵ族和非晶态等多种半 导体材料体系的超晶格和量子阱等微结构半导体材料。
EV ND
Ev
晶体半导体
14
钉扎效应
非晶硅中
施主杂质电离时，电子首先释放给隙态中 未满的空能级
隙态能态密度越高，填充隙态所需施主杂 质浓度越高 虽然掺入了较高浓度的杂质，也不能有效 的移动费米能级。 对于这种费米能级难以移动的情况，称为 高浓度隙态的钉扎效应
EC
Ex Ey
EF
Ev
非晶半导体
Ev 成键态
20
b 跳跃机制
定域态之间的隧穿跳 跃也可能形成载流子 输运 定域态之间的空间距 离也是随机分布的， 形成了弥散输运
EC
EF
Ev