半导体材料的应用及发展趋势.pptx
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半导体材料总结ppt课件
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GaAs电学性质
电子迁移率高达 8000cm2 VS
GaAs中电子有效质量为自由电子的1/15， 是硅电子的1/3
用GaAs制备的晶体管开关速度比硅的快 3~4倍
高频器件，军事上应用
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本征载流子浓度
T 3 0 0 K n i 1 .3 1 0 6/c m 3
体心原子的划分，属于每个晶胞 1
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（c）面心立方晶体 6个面中心各有1个原子， 6*1/2=3原子； 8个顶角各有1个原子，8*1/8=1个原子。 每个面心立方晶胞有4个原子。
ppt课件. 面心原子的划分，属于每个晶胞 110/2
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（2）半导体材料的能带结构
间接带隙结构 直接带隙结构
∶ ∶
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4
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按组成
元素半导体 无机半导体
化合物半导体
有机半导体
按结构
晶体
单晶半导体 多晶半导体
非晶、无定形半导体
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5
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3.半导体材料的基本性质及应用
(1)半导体的晶体结构 (2)半导体的能带结构 (3) 半导体的杂质和缺陷 (4) 半导体的电学性质 (5) 半导体的光学性质
带隙大小
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(3) 半导体的杂质和缺陷
轻掺杂
掺杂浓度为1017 cm-3 杂质离子100%电离
中度掺杂 掺杂浓度为1017～1019 cm-3 载流子浓度低于掺杂浓度
重掺杂 掺杂浓度大于1019 cm-3
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硅中的杂质
1. n型掺杂剂：P，As，Sb
半导体材料的应用及发展趋势
和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并 逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超 晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制 成功，彻底改变了光电器件的设计思想，
使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能 带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从 原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强 大的新型器件与电路，深刻地影响着世界的政
物，其中CuBr、CuI具有闪锌矿结构。⑤Ⅴ-Ⅵ族：Ⅴ族元 素As、Sb、Bi和Ⅵ族元素 S、Se、Te形成的化合物具有的 形式,如Bi2Te3、Bi2Se3、Bi2S3、As2Te3等是
重要的温差电材料。⑥第四周期中的B族和过渡族元素Cu、 Zn、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni的氧化物,为主要的 热敏电阻材料。⑦某些稀土族元素 Sc、Y、Sm、Eu、Yb、
用此法生长高纯硅单晶。水平区熔法用以生产锗单晶。 水平定向结晶法主要用于制备砷化镓单晶，而垂直定向 结晶法用于制备碲化镉、砷化镓。用各种方法生产的体 单晶再经过晶体定向、滚磨、作参考面、切片
、磨片、倒角、抛光、腐蚀、清洗、检测、封装等全部 或部分工序以提供相应的晶片。在单晶衬底上生长单晶 薄膜称为外延。外延的方法有气相、液相、固相、分子 束外延等。工业生产使用的主要是化学气相外
sSe4、Ag3AsTe4、Cu3SbS4、Ag3SbSe4等。此外，还有它 的结构基本为闪锌矿的四元系(例如Cu2FeSnS4)和更复杂 的无机化合物。3、有机化合物半导体：已知的有机半
导体有几十种，熟知的有萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一 些芳香族化合物等，它们作为半导体尚未得到应用。4、 非晶态与液态半导体：这类半导体与晶态半导体的最大 区别是不具有严格周期性排列的晶体结构。
半导体材料的应用现状及发展趋势
半导体材料的应用现状及发展趋势一、引言半导体材料是一种具有介于导体和绝缘体之间特性的材料。
它在现代电子学、光电子学和能源领域中有着广泛的应用。
本文旨在探讨半导体材料的应用现状，并展望其发展趋势。
二、半导体材料的应用领域2.1 电子器件半导体材料是电子器件的基础。
它们被广泛应用于集成电路、晶体管和二极管等器件中。
这些器件在计算机、通信和消费电子产品中起到至关重要的作用。
2.2 光电子学半导体材料在光电子学领域也有着重要作用。
例如，光电二极管和激光器等器件采用半导体材料制造，广泛应用于光通信、光储存和光传感等领域。
2.3 太阳能电池半导体材料在太阳能电池中扮演关键角色。
太阳能电池将太阳辐射转化为电能，实现可持续能源利用。
多晶硅、单晶硅和薄膜太阳能电池等技术正在不断发展和改进，以提高太阳能电池的效率和经济性。
2.4 传感器半导体材料还广泛应用于传感器领域。
例如，温度传感器、压力传感器和光传感器等都是基于半导体材料原理设计和制造的。
这些传感器在工业自动化、医疗诊断和环境监测等方面发挥着重要作用。
三、半导体材料的发展趋势3.1 基础材料的改进半导体材料的发展趋势之一是改进基础材料的性能。
例如，通过材料结构调控和材料工艺改进，可以提高材料的电子迁移率、载流子浓度和热稳定性等特性，以提高材料的性能和应用范围。
3.2 新型材料的研发随着科技的进步，新型半导体材料的研发也日趋重要。
例如，二维材料（如石墨烯）、有机半导体材料和无机-有机混合材料等都具有特殊的电子结构和性能，被广泛研究和应用于新型器件设计中。
3.3 纳米材料的应用纳米材料是近年来半导体材料研究的热点之一。
通过纳米尺度的结构调控，可以改变材料的电子、光学和磁学等性质，提高材料的效率和功能。
纳米材料在热电器件、传感器和光电器件等领域有着广阔的应用前景。
3.4 可再生能源的开发半导体材料在可再生能源开发中也发挥着重要作用。
例如，光电池技术的发展和改进可以提高太阳能电池的效率和稳定性，进一步推动太阳能产业的发展。
半导体材料发展趋势分析报告ppt
未来几年，技术创新将进一步推动半导体材料市场的发展，例如新型材料的开发和应用、 新工艺的研发等。
行业整合将加速
随着半导体材料市场的不断扩大，行业整合将加速，各大厂商将通过合作、兼并等方式来 提高自身竞争力。
环保和可持续发展成为行业重要议题
未来几年，环保和可持续发展将成为半导体材料行业的重要议题，厂商需要不断优化生产 工艺、降低能耗和减少废弃物排放。
半导体材料的可持续性问题
为了实现可持续发展，半导体材料也需要考虑可持续性问题 。这包括采用可再生资源、优化资源利用、推广循环经济等 。例如，采用太阳能、风能等可再生能源来降低能源消耗， 同时推广废弃物资源化和再利用技术等。
04
代表性企业分析
企业一：半导体材料业务战略及产品介绍
公司在半导体材料领域的战略定位
背景
随着信息技术的不断进步，半导体材料在电子、通信、人工 智能等领域的应用越来越广泛，对于推动科技进步和产业发 展具有重要意义。
报告范围和内容概述
报告范围
本报告主要围绕半导体材料的最新发展趋 势展开分析，包括材料类型、性能、应用 等方面。
内容概述
报告共分为六个部分，分别是：1）半导体 材料简介；2）半导体材料的发展历程；3 ）当前主流半导体材料及性能比较；4）未 来半导体材料的展望；5）半导体材料在各 领域的应用案例分享；6）结论与建议。
市场需求的波动
03
半导体材料行业将面临市场需求的波动，需要提高供给侧弹性
。
半导体材料行业发展的预测和分析
预测分析的基本假设
半导体材料行业的预测分析需要考虑宏观经济环 境、行业发展趋势等因素。
面临的主要风险
半导体材料行业将面临技术风险、市场风险、政 策风险等挑战。
行业整合将加速
随着半导体材料市场的不断扩大，行业整合将加速，各大厂商将通过合作、兼并等方式来 提高自身竞争力。
环保和可持续发展成为行业重要议题
未来几年，环保和可持续发展将成为半导体材料行业的重要议题，厂商需要不断优化生产 工艺、降低能耗和减少废弃物排放。
半导体材料的可持续性问题
为了实现可持续发展，半导体材料也需要考虑可持续性问题 。这包括采用可再生资源、优化资源利用、推广循环经济等 。例如，采用太阳能、风能等可再生能源来降低能源消耗， 同时推广废弃物资源化和再利用技术等。
04
代表性企业分析
企业一：半导体材料业务战略及产品介绍
公司在半导体材料领域的战略定位
背景
随着信息技术的不断进步，半导体材料在电子、通信、人工 智能等领域的应用越来越广泛，对于推动科技进步和产业发 展具有重要意义。
报告范围和内容概述
报告范围
本报告主要围绕半导体材料的最新发展趋 势展开分析，包括材料类型、性能、应用 等方面。
内容概述
报告共分为六个部分，分别是：1）半导体 材料简介；2）半导体材料的发展历程；3 ）当前主流半导体材料及性能比较；4）未 来半导体材料的展望；5）半导体材料在各 领域的应用案例分享；6）结论与建议。
市场需求的波动
03
半导体材料行业将面临市场需求的波动，需要提高供给侧弹性
。
半导体材料行业发展的预测和分析
预测分析的基本假设
半导体材料行业的预测分析需要考虑宏观经济环 境、行业发展趋势等因素。
面临的主要风险
半导体材料行业将面临技术风险、市场风险、政 策风险等挑战。
半导体材料的应用及发展趋势42页PPT
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
半导体材料的应用及发展趋势
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，
半导体材料应用与发展趋势
称为物理提纯;另一类是把元素先变成化合物进行提纯， 再将提纯后的化合物还原成元素，称为化学提纯。物理 提纯的方法有真空蒸发、区域精制、拉晶提纯等，使用 最多的是区域精制。化学提纯的主要方法有
电解、络合、萃取、精馏等，使用最多的是精馏。由于 每一种方法都有一定的局限性，因此常使用几种提纯方 法相结合的工艺流程以获得合格的材料。（半导体材料） 绝大多数半导体器件是在单晶片或以单晶片
为衬底的外延片上作出的。成批量的半导体单晶都是用 熔体生长法制成的。直拉法应用最广，80%的硅单晶、大 部分锗单晶和锑化铟单晶是用此法生产的，其中硅单晶 的最大直径已达300毫米。在熔体中通
入磁场的直拉法称为磁控拉晶法，用此法已生产出高均 匀性硅单晶。在坩埚熔体表面加入液体覆盖剂称液封直 拉法，用此法拉制砷化镓、磷化镓、磷化铟等分解压较 大的单晶。悬浮区熔法的熔体不与容器接触，
延，其次是液相外延。金属有机化合物气相外延和分子 束外延则用于制备量子阱及超晶格等微结构。非晶、微 晶、多晶薄膜多在玻璃、陶瓷、金属等衬底上用不同类 型的化学气相沉积、磁控溅射等方法制成。三
、半导体材料发展现状相对于半导体设备市场，半导体 材料市场长期处于配角的位置，但随着芯片出货量增长， 材料市场将保持持续增长，并开始摆脱浮华的设备市场 所带来的阴影。按销售收入计算，半导体材
料日本保持最大半导体材料市场的地位。然而台湾、 ROW、韩国也开始崛起成为重要的市场，材料市场的崛 起体现了器件制造业在这些地区的发展。晶圆制造材料 市场和封装材料市场双双获得增长，未来增长
半导体材料(semiconductor material)是一类具有半导体性 能(导电能力介于导体与绝缘体之间，电阻率约在 1mΩ·cm～1GΩ·cm)
路的电子材料。一、半导体材料主要种类半导体材料可 按化学组成来分，再将结构与性能比较特殊的非晶态与 液态半导体单独列为一类。按照这样分类方法可将半导 体材料分为元素半导体、无机化合物半导体、
半导体材料发展现状与趋势
半导体材料发展现状与趋势
硅
在集成电路用硅片中，8英寸的硅片占主 流，约40～50％，6英寸的硅片占30％。 当硅片的直径从8英寸到12英寸时，每片 硅片的芯片数增加2.5倍，成本约降低30 ％，因此，国际大公司都在发展12英寸硅 片，2006年产量将达到13.4亿平方英寸， 将占总产量的20%左右。现代微电子工业 对硅片关键参数的要求如表3所示。
通讯基站（功放器件）、永远性内存、电子开关、导弹
二、半导体材料发展现状
半导体材料发展现状与趋势
1、半导体硅材料
从目前电子工业的发展来看，尽管有各 种新型的半导体材料不断出现，半导体硅 材料以丰富的资源、优质的特性、日臻完 善的工艺以及广泛的用途等综合优势而成 为了当代电子工业中应用最多的半导体材 料。
半导体材料发展现状与趋势
硅
硅是集成电路产业的基础，半导体材料中 98％是硅。半导体器件的95%以上是用硅 材料制作的，90%以上的大规模集成电路 (LSI)、超大规模集成电路(VLSI)、甚大规 模集成电路(ULSI)都是制作在高纯优质的 硅抛光片和外延片上的。硅片被称作集成 电路的核心材料，硅材料产业的发展和集 成电路的发展紧密相关。
半导体材料发展现状与趋势
砷化镓材料的电子迁移率是硅的6倍多， 其器件具有硅器件所不具有的高频、高速 和光电性能，并可在同一芯片同时处理光 电信号，被公认是新一代的通信用材料。 随着高速信息产业的蓬勃发展，砷化镓成 为继硅之后发展最快、应用最广、产量最 大的半导体材料。同时，其在军事电子系 统中的应用日益广泛，并占据不可取代的 重要地位。
施主 （P、As、Sb）
受主 （B、Al）
碳 体金属总量（Fe、Cu、Ni、Cr、Zn）
max 150ppta min 500Ωcm max 50ppta min 500Ωcm max 100ppba max 500pptw
硅
在集成电路用硅片中，8英寸的硅片占主 流，约40～50％，6英寸的硅片占30％。 当硅片的直径从8英寸到12英寸时，每片 硅片的芯片数增加2.5倍，成本约降低30 ％，因此，国际大公司都在发展12英寸硅 片，2006年产量将达到13.4亿平方英寸， 将占总产量的20%左右。现代微电子工业 对硅片关键参数的要求如表3所示。
通讯基站（功放器件）、永远性内存、电子开关、导弹
二、半导体材料发展现状
半导体材料发展现状与趋势
1、半导体硅材料
从目前电子工业的发展来看，尽管有各 种新型的半导体材料不断出现，半导体硅 材料以丰富的资源、优质的特性、日臻完 善的工艺以及广泛的用途等综合优势而成 为了当代电子工业中应用最多的半导体材 料。
半导体材料发展现状与趋势
硅
硅是集成电路产业的基础，半导体材料中 98％是硅。半导体器件的95%以上是用硅 材料制作的，90%以上的大规模集成电路 (LSI)、超大规模集成电路(VLSI)、甚大规 模集成电路(ULSI)都是制作在高纯优质的 硅抛光片和外延片上的。硅片被称作集成 电路的核心材料，硅材料产业的发展和集 成电路的发展紧密相关。
半导体材料发展现状与趋势
砷化镓材料的电子迁移率是硅的6倍多， 其器件具有硅器件所不具有的高频、高速 和光电性能，并可在同一芯片同时处理光 电信号，被公认是新一代的通信用材料。 随着高速信息产业的蓬勃发展，砷化镓成 为继硅之后发展最快、应用最广、产量最 大的半导体材料。同时，其在军事电子系 统中的应用日益广泛，并占据不可取代的 重要地位。
施主 （P、As、Sb）
受主 （B、Al）
碳 体金属总量（Fe、Cu、Ni、Cr、Zn）
max 150ppta min 500Ωcm max 50ppta min 500Ωcm max 100ppba max 500pptw
《半导体材料》PPT课件 (2)
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三、元素半导体材料
• 元素半导体大约有十几种处于族ⅢA-ⅦA族的 金属与非金属的交界处，如Ge，Si，Se，Te等。 但是其中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，
• 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持性，
• 绝大多数半导体器件都是用硅材料制作的。
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直拉法
制备杂质含量低、结晶 完美的单晶材料 特点：质量高、速度快
高于熔点
固液界面处结晶
等于熔点
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低于熔点
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区熔法
• 由直拉法生长的单晶，由于坩锅与材料反应和 电阻加热炉气氛的污染，杂质含量较大，生长 高阻单晶困难。
• 工业上将区域提纯与晶体生长结合起来，可制 取高纯单晶，这就是区熔法。
• (3)(IB)2-ⅡB-IVA-(ⅥA)4组成的多元化合 物半导体．如Cu2CdSnTe4等。
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3、砷化镓
1）砷化镓性质
• 砷化镓的晶体结构是闪锌矿型，每个原子和周围 最近邻的四个其它原子发生键合。
• 砷化镓的化学键和能带结构与硅、锗不同，其禁 带宽度比硅、锗都大。
• 砷化镓具有双能谷导带，在外电场下电子在能谷 中跃迁．迁移率变化，电子转移后电流随电场增 大而减小，产生“负阻效应”。
gan是优良的光电子材料可以实现从红外到紫外全可见光范围的光发射和红黄蓝三原色具备的全光固体显示可用来制备蓝波段的激光器ld大功率器件和高温器件紫外光可用于大气层外空间的探测短波长可使激光打印光盘存储更细微化高密度化gan基材料将会带来it行业存储技术的革命
半导体材料
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1
半导体材料的应用及发展趋势
由周期表中Ⅲ族元素Al、Ga、In和V族元素P、As、Sb组成， 典型的代表为GaAs。它们都具有闪锌矿结构,它们在应用 方面仅次于Ge、Si,有很大的发展前途。③Ⅱ-Ⅵ族:Ⅱ族元 素Zn、
Cd、Hg和Ⅵ族元素S、Se、Te形成的化合物，是一些重要 的光电材料。ZnS、CdTe、HgTe具有闪锌矿结构。④Ⅰ-Ⅶ 族：Ⅰ族元素Cu、Ag、Au和 Ⅶ族元素Cl、Br、I形成的化 合
连续改写销售收入和出货量的记录。晶圆制造材料和封
装材料均获得了增长，预计今年这两部分市场收入分别 为268亿美元和199亿美元。日本继续保持在半导体材料 市场中的领先地位，消耗量占总市场的
22%。2004年台湾地区超过了北美地区成为第二大半导体 材料市场名 第五。ROW包括新加坡、马来西亚、泰国等东南亚国家 和地区。许多
合部分在2007年获得36%的增长。与晶圆制造材料相似， 半导体封装材料在未来三年增速也将放缓，2009年和 2010年增幅均为5%，分别达到209亿美元和220亿美元。 除去金价因素，且碾
压衬底不计入统计，实际增长率为2%至3%。四、半导体 材料战略地位20世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发 明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命;20 世纪70年代初石英光导纤维材料
sSe4、Ag3AsTe4、Cu3SbS4、Ag3SbSe4等。此外，还有它 的结构基本为闪锌矿的四元系(例如Cu2FeSnS4)和更复杂 的无机化合物。3、有机化合物半导体：已知的有机半
导体有几十种，熟知的有萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一 些芳香族化合物等，它们作为半导体尚未得到应用。4、 非晶态与液态半导体：这类半导体与晶态半导体的最大 区别是不具有严格周期性排列的晶体结构。
料日本保持最大半导体材料市场的地位。然而台湾、 ROW、韩国也开始崛起成为重要的市场，材料市场的崛 起体现了器件制造业在这些地区的发展。晶圆制造材料 市场和封装材料市场双双获得增长，未来增长
半导体材料应用技术及发展前景_PPT课件
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匀胶前产 生的颗粒
显影后 产生的 颗粒
薄膜生长 前或生长 过程中产 生的颗粒
颗粒影响示意图
（四）金属离子
P型半导体：在本征半导体中掺入少量 的三价元素杂质，多数载流子是空穴，少 数载流子是电子
N型半导体：在本征半导体中掺入少量 的五价元素杂质，多数载流子是电子，少 数载流子是空穴
金属：自由电子
12
正常
线条轮廓 不理想
曝光不 充分
（3）硅片 平整度/局部平整度/弯曲度/翘曲度：影响曝光均匀性．
（4）光刻板：线条精度
UV Light
Lens Pellicles
Reticle Lens
光刻曝光技术
13
2、蚀刻线条的影响
（1）湿法蚀刻 化学品的纯度 配比的精度：如
BOE/PAE/PAD 表面张力
在生产流程中，生产过程、硅片运输、储存和转运等过程中所产生的 静电电压却远远超过其击穿电压阈值，这就可能造成器件的击穿或失效， 降低电路的可靠性和圆片成品率。
17
静电的来源：摩擦
主要产生于： （１）人员的动作：鞋与地板、衣服间的摩擦、操作动作产生的摩擦等；
（２）硅片与夹具、硅片与片舟、片舟与片盒，器具与工作台、设备手臂 移动硅片等。
(3)氧含量 (4)碳含量
在制造过程中易引起晶体缺陷，从而影响器件的电流、 电压等特性，芯片的可靠性降低．
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（二）线条的影响
1、光刻线条的影响因素： （1）光刻胶：
分辨率：图形的分辨能力 DOF特性：光刻机焦距的容忍度 水份：产生表面缺陷，如：气泡 固体含量：显影效果 粘度：胶厚度及均匀性
（2）显影液： 成分的稳定
原题目：半导体材料应用技术及发展前景
半导体材料总结ppt课件
(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ຫໍສະໝຸດ 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
ppt课件.
1
1
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
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GaAs电学性质
电子迁移率高达 8000cm2 VS
GaAs中电子有效质量为自由电子的1/15， 是硅电子的1/3
用GaAs制备的晶体管开关速度比硅的快 3~4倍
高频器件，军事上应用
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本征载流子浓度
T 3 0 0 K n i 1 .3 1 0 6/c m 3
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
ppt课件.
2
2
ppt课件.
3
3
按功能和应用
光电半导体
热电半导体
微波半导体 气敏半导体 微电子半导体
ppt课件.
6
6
（1）半导体材料结构
晶体： 有规则对称的几何外形； 物理性质(力、热、电、光…)各向异性； 有确定的熔点； 微观上，分子、原子或离子呈有规则的周期性 排列，形成空间点阵(晶格)。
简单立方晶格
面心立方晶格
Au、Ag、Cu、Al…
ppt课件.
体心立方晶格 Li、Na、K、Fe…
六角密排晶格 Be，Mg，Zn，Cd…
1.半导体材料的发展趋势
2.半导体材料的分类ຫໍສະໝຸດ 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
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1
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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
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GaAs电学性质
电子迁移率高达 8000cm2 VS
GaAs中电子有效质量为自由电子的1/15， 是硅电子的1/3
用GaAs制备的晶体管开关速度比硅的快 3~4倍
高频器件，军事上应用
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本征载流子浓度
T 3 0 0 K n i 1 .3 1 0 6/c m 3
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
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按功能和应用
光电半导体
热电半导体
微波半导体 气敏半导体 微电子半导体
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（1）半导体材料结构
晶体： 有规则对称的几何外形； 物理性质(力、热、电、光…)各向异性； 有确定的熔点； 微观上，分子、原子或离子呈有规则的周期性 排列，形成空间点阵(晶格)。
简单立方晶格
面心立方晶格
Au、Ag、Cu、Al…
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体心立方晶格 Li、Na、K、Fe…
六角密排晶格 Be，Mg，Zn，Cd…
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延，其次是液相外延。金属有机化合物气相外延和分子 束外延则用于制备量子阱及超晶格等微结构。非晶、微 晶、多晶薄膜多在玻璃、陶瓷、金属等衬底上用不同类 型的化学气相沉积、磁控溅射等方法制成。三
、半导体材料发展现状相对于半导体设备市场，半导体 材料市场长期处于配角的位置，但随着芯片出货量增长， 材料市场将保持持续增长，并开始摆脱浮华的设备市场 所带来的阴影。按销售收入计算，半导体材
、Sn的稳定态是金属，半导体是不稳定的形态。B、C、 Te也因制备工艺上的困难和性能方面的局限性而尚未被 利用。因此这11种元素半导体中只有Ge、Si、Se 3种元素 已得到利用。Ge、Si
仍是所有半导体材料中应用最广的两种材料。（半导体 材料）2、无机化合物半导体：分二元系、三元系、四元 系等。 二元系包括：①Ⅳ-Ⅳ族:SiC和Ge-Si合金都具有闪 锌矿的结构。②Ⅲ-Ⅴ族:
Tm与Ⅴ族元素N、As或Ⅵ族元素S、Se、Te形成的化合物。 除这些二元系化合物外还有它们与元素或它们之间的固 溶体半导体，例如Si-AlP、Ge-GaAs、InAs-InSb、AlSb
-GaSb、InAs-InP、GaAs-GaP等。研究这些固溶体可以在改 善单一材料的某些性能或开辟新的应用范围方面起很大 作用。（半导体材料元素结构图）半导体材料三元系包 括：族:这是由一
由周期表中Ⅲ族元素Al、Ga、In和V族元素P、As、Sb组成， 典型的代表为GaAs。它们都具有闪锌矿结构,它们在应用 方面仅次于Ge、Si,有很大的发展前途。③Ⅱ-Ⅵ族:Ⅱ族元 素Zn、
Cd、Hg和Ⅵ族元素S、Se、Te形成的化合物，是一些重要 的光电材料。ZnS、CdTe、HgTe具有闪锌矿结构。④Ⅰ-Ⅶ 族：Ⅰ族元素Cu、Ag、Au和 Ⅶ族元素Cl、Br、I形成的化 合
有机化合物半导体和非晶态与液态半导体。1、元素半导 体：在元素周期表的ⅢA族至ⅦA族分布着11种具有半导 性半导体材料的元素，下表的黑框中即这11种元素半导 体,其中C表示金刚石。C、P、S
e具有绝缘体与半导体两种形态;B、Si、Ge、Te具有半导 性;Sn、As、Sb具有半导体与金属两种形态。P的熔点与沸 点太低,Ⅰ的蒸汽压太高、容易分解，所以它们的实用价 值不大。As、Sb
料日本ห้องสมุดไป่ตู้持最大半导体材料市场的地位。然而台湾、 ROW、韩国也开始崛起成为重要的市场，材料市场的崛 起体现了器件制造业在这些地区的发展。晶圆制造材料 市场和封装材料市场双双获得增长，未来增长
半导体材料(semiconductor material)是一类具有半导体性 能(导电能力介于导体与绝缘体之间，电阻率约在 1mΩ·cm～1GΩ·cm范围内)、可用来制作半导体器件和集 成电
路的电子材料。一、半导体材料主要种类半导体材料可 按化学组成来分，再将结构与性能比较特殊的非晶态与 液态半导体单独列为一类。按照这样分类方法可将半导 体材料分为元素半导体、无机化合物半导体、
称为物理提纯;另一类是把元素先变成化合物进行提纯， 再将提纯后的化合物还原成元素，称为化学提纯。物理 提纯的方法有真空蒸发、区域精制、拉晶提纯等，使用 最多的是区域精制。化学提纯的主要方法有
电解、络合、萃取、精馏等，使用最多的是精馏。由于 每一种方法都有一定的局限性，因此常使用几种提纯方 法相结合的工艺流程以获得合格的材料。（半导体材料） 绝大多数半导体器件是在单晶片或以单晶片
用此法生长高纯硅单晶。水平区熔法用以生产锗单晶。 水平定向结晶法主要用于制备砷化镓单晶，而垂直定向 结晶法用于制备碲化镉、砷化镓。用各种方法生产的体 单晶再经过晶体定向、滚磨、作参考面、切片
、磨片、倒角、抛光、腐蚀、清洗、检测、封装等全部 或部分工序以提供相应的晶片。在单晶衬底上生长单晶 薄膜称为外延。外延的方法有气相、液相、固相、分子 束外延等。工业生产使用的主要是化学气相外
为衬底的外延片上作出的。成批量的半导体单晶都是用 熔体生长法制成的。直拉法应用最广，80%的硅单晶、大 部分锗单晶和锑化铟单晶是用此法生产的，其中硅单晶 的最大直径已达300毫米。在熔体中通
入磁场的直拉法称为磁控拉晶法，用此法已生产出高均 匀性硅单晶。在坩埚熔体表面加入液体覆盖剂称液封直 拉法，用此法拉制砷化镓、磷化镓、磷化铟等分解压较 大的单晶。悬浮区熔法的熔体不与容器接触，
sSe4、Ag3AsTe4、Cu3SbS4、Ag3SbSe4等。此外，还有它 的结构基本为闪锌矿的四元系(例如Cu2FeSnS4)和更复杂 的无机化合物。3、有机化合物半导体：已知的有机半
导体有几十种，熟知的有萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一 些芳香族化合物等，它们作为半导体尚未得到应用。4、 非晶态与液态半导体：这类半导体与晶态半导体的最大 区别是不具有严格周期性排列的晶体结构。
物，其中CuBr、CuI具有闪锌矿结构。⑤Ⅴ-Ⅵ族：Ⅴ族元 素As、Sb、Bi和Ⅵ族元素 S、Se、Te形成的化合物具有的 形式,如Bi2Te3、Bi2Se3、Bi2S3、As2Te3等是
重要的温差电材料。⑥第四周期中的B族和过渡族元素Cu、 Zn、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni的氧化物,为主要的 热敏电阻材料。⑦某些稀土族元素 Sc、Y、Sm、Eu、Yb、
二、半导体材料实际运用制备不同的半导体器件对半导 体材料有不同的形态要求，包括单晶的切片、磨片、抛 光片、薄膜等。半导体材料的不同形态要求对应不同的 加工工艺。常用的半导体材料制备工艺有提纯
、单晶的制备和薄膜外延生长。半导体材料所有的半导 体材料都需要对原料进行提纯，要求的纯度在6个“9”以 上，最高达11个“9”以上。提纯的方法分两大类，一类 是不改变材料的化学组成进行提纯，
个Ⅱ族和一个Ⅳ族原子去替代Ⅲ-Ⅴ族中两个Ⅲ族原子所 构成的。例如ZnSiP2、ZnGeP2、ZnGeAs2、CdGeAs2、 CdSnSe2等。族：这是由一个Ⅰ族和一个Ⅲ族原子去替代 Ⅱ-Ⅵ
族中两个Ⅱ族原子所构成的, 如 CuGaSe2、AgInTe2、 AgTlTe2、CuInSe2、CuAlS2等。：这是由一个Ⅰ族和一个 Ⅴ族原子去替代族中两个Ⅲ族原子所组成,如Cu3A