第六章半导体材料ppt课件

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半导体材料导论描述课件

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半导体材料在集成电路、微电 子器件、光电子器件等领域发 挥着关键作用,推动着科技的 进步与发展。
半导体材料在能源转换和存储 、传感器、生物医疗等领域也 具有广泛应用,为人类生活带 来便利。
半导体材料的发展趋势与前景
随着科技的不断发展,新型半导体材 料不断涌现,如二维材料、氧化物半 导体等,具有更优异的性能和更广泛 的应用前景。
硅基半导体是指以硅为基底制造 的半导体材料。自20世纪50年 代以来,硅基半导体一直是半导
体产业的主流技术。
目前,硅基半导体在集成电路、 微电子、光电子、通信等领域得 到了广泛应用,是现代信息技术
的基石之一。
随着技术的不断进步,硅基半导 体的性能不断提高,制造成本不 断降低,使得其应用领域不断拓
展。
半导体材料导论描述 课件
目录
• 半导体材料简介 • 半导体材料的物理性质 • 半导体材料的制备与加工 • 半导体材料的发展趋势与挑战 • 案例分析:硅基半导体的应用与发展 • 总结与展望
CHAPTER 01
半导体材料简介
半导体的定义与特性
总结词
半导体的导电能力介于金属和绝缘体之间,其导电能力随温度、光照和杂质等因 素发生变化。
硅基半导体的优势与局限性
硅基半导体的优势在于其成熟度高、 可靠性好、稳定性高、制造成本低等 。
然而,硅基半导体的局限性也很明显 ,如硅材料的带隙较窄、光电性能较 差等,限制了其在某些领域的应用。
硅基半导体的未来发展方向
1
随着科技的不断发展,硅基半导体将继续在高性 能计算、物联网、人工智能等领域发挥重要作用 。
详细描述
半导体是指那些在一定条件下能够导电的材料,其导电能力随温度、光照和杂质 等因素发生变化。在常温下,纯净的半导体通常表现为绝缘体,但当温度升高或 受到光照等外部因素影响时,其导电性能会显著增强。

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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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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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

半导体材料导论(6)PPT课件

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2.1.1 存在两种载流子的证明
H I
H I

++

d x
负电荷 d
○ 正电荷
x
(a)负电荷载流子
(b)正电荷载流子
图2.1 霍尔效应原理
早在1879年霍尔(E.H.Hall)就发现:将一块矩形样品在一个方向通过电流, 在与电流的垂直方向加上磁场(H),那么在样品的第三个方向就可以出现电 动势,称霍尔电动势,此效应称霍尔效应。
电导率s的单位为S/cm(S为西门子)。
我们先看看室温下半导体和金属导电的差别原因: (2-1)式中的迁移率的差别:而半导体材料的迁移率一般都高于金属, 例如金属 铜的室温电子迁移率为30 cm2/V.s,而硅为1500(cm2/V.s),锑化铟则为 78000cm2/V.s。
3
载流子浓度:金属的电导率比半导体要高出几个数量级的原因从(2-1)式看,只 能是载流子浓度的差别。
5
H I
H I

++
d x
负电荷 d
○ 正电荷
x
(a)负电荷载流子
(b)正电荷载流子

图2.1 霍尔效应原理
从这个电位差的正反,就可以知道载流子是带正电或负电。其原理是洛仑茨力作用 的结果,也就是当电流通过磁场时,不管载流子是正还是负,只要电流方向一定,那 么它的作用力的方向也就相同,这就使得载流子的分配偏在同一方向,如图2.1所示。 显然,载流子的电荷不同,它的霍尔电动势也不相同。可见,霍尔电动势的方向取 决于载流子带的电荷是正还是负。 用此法测量金属时,证明绝大多数的金属都是靠带负电荷的载流子--电子进行导电 的。
在金属中,价电子全部解离参加导电,例如导电性能好的金属铜的载流子浓度 为8.5×1022/cm3,而半导体材料的载流子浓度则在106~1020/cm3范围内,与金属相 差可达十几个数量级。于是,金属的电导率一般要高于半导体材料是显而易见的了。 而绝缘体因其载流子浓度接近于零,所以不导电。 既然金属中的价电子全部参加导电,因此无法再增加载流子,也无法束缚住载流 子,所以金属的导电率难以在大范围内进行调节,掺入杂质和升温会在一定程度上 能降低迁移率,使电导率降低一些。 而半导体的载流子浓度可通过升温、掺入杂质、幅照予以大幅度地增体的价电子只局部解离,而绝缘体又不解 离?这些将在能带结构等章节中加以说明。

《半导体材料》课件

《半导体材料》课件

N型半导体
通过向半导体中掺入五价杂质,可以形成具有负 电荷的N型半导体。
PN结
PN结是由P型和N型半导体材料结合而成的结构, 具有重要的电子器件应用。
二极管
二极管是一种基本的半导体器件。它具有只允许 单向电流通过的特性。
4. 高级半导体器件
M Oபைடு நூலகம்FET
MOSFET是一种基于半导体材料 的重要集成电路组件,广泛应用 于电子设备中。
光电二极管
光电二极管是一种半导体器件, 可以将光能转换为电能,广泛用 于通信和光电领域。
激光二极管
激光二极管是利用半导体材料产 生激光的器件,应用于激光打印 机、激光通信等领域。
5. 应用领域
计算机芯片
半导体材料是计算机 芯片制造的基础,推 动了电子产品的快速 发展。
通信设备
半导体器件在无线通 信、移动通信等领域 中发挥着重要的作用。
光电子器件
光电子器件利用半导 体材料的特性,实现 光信号的检测和处理。
新能源领域
半导体材料在太阳能 电池、燃料电池等新 能源领域有着广泛的 应用。
6. 总结
半导体材料具有独特的电性能和广泛的应用。通过了解半导体的基本概念和器件原理,我们可以更好地理解现 代电子技术的发展和应用。期待未来半导体材料的更多突破和创新!
2. 基本概念
1 价带和导带
半导体中的价带和导带决定了电子的能量状态和传导性质。
2 禁带宽度
禁带宽度是指价带和导带之间的能量间隔,影响了半导体的导电性。
3 掺杂
通过掺杂杂质,可以改变半导体的导电性能,使其成为P型或N型半导体。
3. 掺杂与半导体器件
P型半导体
通过向半导体中掺入三价杂质,可以形成具有正 电荷的P型半导体。

半导体材料的基本特性 ppt课件

半导体材料的基本特性  ppt课件

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芯片可靠性
芯片可靠性致力于趋于芯片寿命的功能的能力,通过严格 的诸如无颗粒空气净化间的使用以及控制化学试剂的纯度 来控制玷污
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降低芯片价格
由于特征尺寸的减小使得硅片上集成的晶体管增多降低了 成本。 半导体产品市场大幅度增长引入了制造的规模经济
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微电子技术发展展望
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提高芯片的性能
关键尺寸 芯片上的最小物理尺寸 芯片上器件尺寸的相应缩小是按比例进行的,仅减小一个 尺寸是不可接受的。
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每块芯片上的元件数 减小一块芯片的关键尺寸使得可 以在硅片上制造更多的元件 ,由于芯片数增加性能也得 到提高。
摩尔定律
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功耗 真空管耗费很大功率,而半导体器件确实耗用很 小的功率,随着器件的微型化,功耗相应减小,尽管晶体 管数以惊人的速度增为什么有如此的发展速度
第一:集成电路业属于非资源耗尽型的环保类产业,原始材 料是地壳中的二氧化硅。
第二:集成电路的设计与制造技术中高新技术含量和技术赋 加值极高 ,产出效益好。
第三:集成电路的设计与制造业是充满技术驱动的效益驱动 的高活性产业
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半导体的趋势
★ 提高芯片性能 ★ 提高芯片的可靠性 ★ 降低芯片的成本
★衬底必须是纯净的 ★单晶硅片 ★晶体的基本形态
单晶 多晶 非晶 ★综合指标要求 导电类型 N型或P型
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集成电路的制造步骤
★硅片制造 ★硅片制备 ★硅片测试/拣选 ★装配与封装 ★终测
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★硅片制备 在这一阶段,将硅从沙中提炼并纯化,经过特 殊工艺生产适当直径的硅锭,然后将硅锭切割。

半导体材料 ppt课件

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1.2.3 固溶半导体
由两个或两个以上的元素构成的具有足够的含量的固体溶液,如果具有半导体性质, 就称为固溶半导体,简称固溶体或混晶。 因为不可能作出绝对纯的物质,材料经提纯后总要残留一定数量的杂质,而且半导 体材料还要有意地掺入一定的杂质,在这些情况下,杂质与本体材料也形成固溶体, 但因这些杂质的含量较低,在半导体材料的分类中不属于固溶半导体。 另一方面,固溶半导体又区别于化合物半导体,因后者是靠其价键按一定化学配比 所构成的。固溶体则在其固溶度范围内,其组成元素的含量可连续变化,其半导体及 有关性质也随之变化。 固溶体增加了材料的多样性,为应用提供了更多的选择性。 为了使固溶体具有半导体性质常常使两种半导体互溶,如Si1-xGex(其中x <1);也 可将化合物半导体中的一个元素或两个元素用其同族元素局部取代,如用Al来局部取 代GaAs中的Ga,即Ga1-xAlxAs,或用In局部取代Ga,用P局部取代As形成Ga1xInxAs1-yPy 等等。 固溶半导体可分为二元、三元、四元、多元固溶体;也可分为同族或非同族固溶体 等(见表1.1 )。
表1.1 半导体材料分类及其开发情况 * 此处所列子项只举其中重要者,并未完全列出。
1.2.1 元素半导体 已知有12个元素具有半导体性质,它们在元素周期表中的位置如图1.1所示。 从这里也可以看出半导体材料与物质结构的密切关系。
处于III-A族的只有硼,其熔点高(2300oC),制备单晶困难,而且其载流子迁移率 很低,对它研究的不多,未获实际应用。 IV-A 族中第一个是碳,它的同素异形体之一金刚石具有优良的半导体性质,但制 备单晶困难,是目前研究的重点;石墨是碳的另一个同素异形体,系层状结构,难 以获得单晶,故作为半导体材料未获得应用。 IV-A族的第二个元素是硅,具有优良的半导体性质,是现代最主要的半导体材料。 再往下是锗,它具有良好的半导体的性质,是重要的半导体材料之一。 锡在常温下的同素异形体为b-Sn,属六方晶系,但在13.2oC以下 可变为立方晶 系灰锡(a-Sn)。灰锡具有半导体性质,属立方晶系。在从b-Sn转化为a-Sn 的过 程中,体积增大并变粉末,故难以在实际中应用。

半导体物理课件:第六章 p-n结

半导体物理课件:第六章 p-n结

当存在外间电压时,电压主要降落在这个势垒区,而扩散
区和中性区几乎没有。
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2020/9/30
重庆邮电大学微电子教学部
6.2 p-n结电流电压特性
6.2.1 p-n结电场和电势 泊松方程
何为泊松方程? 其来历? 反映一定区域电势、电场、电荷之关系。
由麦克斯韦方程的微分形式:
D
D r0E
dV 2
6.2.3 理想p-n结的电流电压关系
计算电流密度方法 – 计算势垒区边界处注入的非平衡少子浓度, 以此为边界条件,计算扩散区中非平衡少子 的分布 – 将非平衡载流子的浓度代入扩散方程,算出 扩散密度,再算出少数载流子的电流密度 – 将两种载流子的扩散密度相加,得到理想pn结模型的电流电压方程式
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2020/9/30
重庆邮电大学微电子教学部
引言
6.1 p-n结及其能带图 6.2 p-n结电流电压特性 6.3 p-n结电容 6.4 p-n结击穿 6.5 p-n结隧道效应
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2020/9/30
重庆邮电大学微电子教学部
6.1 p-n结及其能带图
6.1.1 p-n结的形成及杂质分布
p型半导体和n型半导体结合,在 二者的交界面形成的接触结构, 就称为p–n结。
空穴漂移 电子扩散
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电子漂移 空穴扩散
2020/9/30
重庆邮电大学微电子教学部
6.2.2 非平衡p-n结的能带图
反向偏压V
(p负,n正,V<0)
外加电场n→p 内建场n→p →外加电场加强了内建 场的强度,势垒升高
→n区的EF低于p区的EF
p区电子被不断的抽走 ——少子的抽取
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2020/9/30

《半导体材料》课件

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解决策略
解决可靠性问题需要从材料的设计、制备、封装、测试等各个环节入手,加强质量控制和可靠性评估。
半导体材料的环境影响与可持续发展
环境影响
半导体材料的生产和使用过程中会对环境产生一定的影响,如能源消耗、废弃物处理等。
可持续发展
为了实现可持续发展,需要发展环保型的半导体材料和生产技术,降低能源消耗和废弃物排放,同时 加强废弃物的回收和再利用。
《半导体材料》ppt 课件
目录
CONTENTS
• 半导体材料简介 • 半导体材料的物理性质 • 常见半导体材料 • 半导体材料的制备与加工 • 半导体材料的发展趋势与挑战
01
半导体材料简介
半导体的定义与特性
总结词
半导体的导电能力介于导体和绝缘体 之间,其电阻率受温度、光照、电场 等因材料的制备技术
制备技术
为了获得高性能的半导体材料,需要 发展先进的制备技术。这包括化学气 相沉积、分子束外延、离子注入等。
技术挑战
制备技术面临的挑战是如何实现大规 模生产,同时保持材料的性能和均匀 性。
半导体材料的可靠性问题
可靠性问题
随着半导体材料的广泛应用,其可靠性问题越来越突出。这包括材料的稳定性、寿命、可靠性等方面的问题。
VS
电阻率
电阻率是衡量材料导电能力的物理量。半 导体的电阻率可以通过掺杂等方式进行调 控,从而实现对其导电性能的优化。
光吸收与发光特性
光吸收
半导体具有吸收光子的能力,当光子能量大于其能带间隙时,电子从价带跃迁至导带, 产生光电流。
发光特性
某些半导体在受到激发后可以发出特定波长的光,这一特性使得半导体在发光器件、激 光器等领域具有广泛应用。
离子束刻蚀
利用离子束对材料进行刻蚀,实现纳米级加工。

半导体材料总结ppt课件

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

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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…

半导体材料第6讲外延课件

半导体材料第6讲外延课件
,无腐蚀性气体,可得到杂质分布陡峭的外延 层, • 缺点:1、要求生长系统具有良好的气密性, 否则会因漏气而产生大量的外延缺陷。 • 2生、成S粉iH末4在状高硅温使和外高延浓无度法下进易行发。生气相分解而
半导体材料第6讲外延课件
衬底要求
• 在硅外延中使用的硅衬底是经过切、磨、抛等工艺仔 细加工而成的,外延生长前又经过严格的清洗、烘干 ,但表面上仍残存有损伤、污染物及氧化物等。
• (1)表面应平整,光亮,没有亮点,麻坑,雾渍和 滑移线等表面缺陷。
• (2)晶体完整性好,位错和层错密度低。对于硅外 延来说,位错密度应低于1000个/cm2,层错密度应 低于10个/cm2,同时经铬酸腐蚀液腐蚀后表面仍然 光亮。
• (3)外延层的本底杂质浓度要低,补偿少。要求原 料纯度高,系统密封性好,环境清洁,操作严格,避 免外来杂质掺入外延层。
5.2.4硅外延生长的基本原理和影响因素
• 采用不同的硅源其外延生长原理大致相同, 以研究得较充分的siCl4为源的水平系统外延生 长为例,生长时要考虑下列影响因素。
• 1.SiCl4浓度对生长速率的影响 • 2.温度对生长速率的影响 • 3.气流速度对生长速率的影响 • 4.衬底晶向的影响 • 详见课本107-109
接形成PN结,不存在用扩散法在单晶基片上制作PN 结时的补偿的问题。 • (3)与掩膜技术结合,在指定的区域进行选择外延生长 ,为集成电路和结构特殊的器件的制作创造了条件。 • (4)可以在外延生长过程中根据需要改变掺杂的种类及 浓度,浓度的变化可以是陡变的,也可以是缓变的。
半导体材料第6讲外延课件
半导体材料第6讲外延课件
• 解决办法: • 在电阻率极低的衬底上生长一层高电阻率
外延层,器件制做在外延层上,这样高电阻率 的外延层保证管子有高的击穿电压,而低电阻 率的衬底又降低了基片的电阻,降低了饱和压 降,从而解决了二者的矛盾。

半导体材料绪论通用课件

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半导体材料的分类
总结词
半导体材料可根据其元素组成、能带结构、载流子类 型等不同特征进行分类。
详细描述
根据元素组成,半导体材料可分为元素半导体和化合 物半导体两大类。元素半导体是由单一元素组成的, 如硅、锗等;化合物半导体则是由两种或两种以上元 素组成的化合物,如砷化镓、磷化铟等。根据能带结 构,半导体材料可分为直接跃迁型和间接跃迁型半导 体。根据载流子类型,半导体材料可分为n型和p型半 导体,分别指电子导电和空穴导电的半态的化学原料在衬底上沉 积成膜。
具体技术
包括热丝化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、 金属有机物化学气相沉积等。
溶胶-凝胶法
定义
将固体材料溶解在有机溶剂中, 形成溶胶,再通过凝胶化过程形 成凝胶,最后经过热处理得到所 需材料。
优点
可制备高纯度、高均匀性的薄膜 材料,适用于制备多种类型的半 导体材料。
半导体材料的应用领域
总结词
半导体材料广泛应用于电子、通信、能源、医疗等领域。
详细描述
在电子领域,半导体材料被用于制造集成电路、微电子 器件等,实现电子产品的微型化、高效化和智能化。在 通信领域,半导体材料被用于制造光电子器件、激光器、 探测器等,实现高速、大容量信息传输和处理。在能源 领域,半导体材料被用于制造太阳能电池、风力发电设 备等,实现可再生能源的转换和利用。在医疗领域,半 导体材料被用于制造医疗设备、生物传感器等,实现疾 病的早期诊断和治疗。
自组装与生物功能化半导体材料
自组装技术
自组装技术是一种利用分子间的相互作 用力,将分子自发地聚集在一起形成有 序结构的技术。在半导体领域,自组装 技术可用于制备具有特定功能的纳米结构。
VS
生物功能化
将生物分子或生物活性物质与半导体材料 结合,实现半导体的生物功能化是当前研 究的热点。这种生物功能化的半导体材料 在生物传感器、生物成像和药物输送等领 域具有广泛的应用前景。
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6.2半导体发光材料 半导体发光材料是发光器件的基础。在半导体的发展历 史上,1990年代之前,作为第一代的半导体材料以硅(包括 锗)材料为主元素半导体占统治地位。但随着信息时代的来 临,以砷化镓(GaAs)为代表的第二代化合物半导体材料 显示了其巨大的优越性。而以氮化物(包括SiC、ZnO等宽 禁带半导体)为第三代半导体材料,由于其优越的发光特征 正成为最重要的半导体材料之一。如果没有这些材料的研究 进展,发光器件也绝不可能会取得今天这样大的发展,今后 器件性能的提高也很大程度取决于材料的进展。
6.36-2 钇铝石榴石晶体单胞的八分之一结构模型


6.3.1.2 YAG:Ce3+发光机理
YAG:Ce3+ 发光机理来自基态4f1和激发态5d1带间允许的电子跃迁。 位于460 nm的最低吸收带来自最低的2F5/2子能级到激发的2D带的 跃迁。发射光谱来自斯托克斯位移了的2D带到2F5/2(520 nm)和 2F7/2(580 nm)子能级的跃迁。在室温下,两组发射线交叠,产生 了一个宽带,能级如图6-3所示。由于460 nm附近的激发峰与蓝光发 光二极管的峰值波长一致,同时这个波长也接近效率最高的二基色体 现短波部分的波长(445 nm),而且其发射光谱与补色相符合 (570~590 nm),从而复合产生白光。
成为半导体发光材料的条件包括: (1)半导体带隙宽度与可见和紫外光子能量相匹配; (2)只有直接带隙半导体才有较高的辐射复合概率; (3)要求有好的晶体完整性、可以用合金方法调节带隙、 有可用的p型和n型材料,以及可以制备能带形状预先设计的 异质结构和量子阱结构。
类型包括砷化镓(GaAs) ;氮化镓(GaN);磷化镓 (GaP) ;氧化锌(ZnO);碳化硅(SiC) 等。
6.1.5 LED产业链构成 LED产业链大致分为原材料(衬底),外延片,芯片,封装 及模块应用五个部分。
衬底作为半导体照明产业技术发展的基石,能用于商品化的 衬底目前只有两种,即蓝宝石和碳化硅衬底;LED外延片和 芯片是LED产业技术的核心。外延片指的是在衬底上生长出 的半导体薄膜,薄膜主要由P型,量子阱,N型三个部分构 成;芯片是LED的核心组件,也就是P-N结,其原理已在前 面讲述,主要功能把电能转化为光能;LED封装是指发光芯 片的封装,要求能够保护灯芯且还要能够透光,其作用是完 成输出电信号、保护灯芯正常工作;LED应用主要包括LED 显示、照明器件、交通信号灯、航标灯光源、警示灯饰、车 灯及通用照明等产业。
6.1 半导体照明
6.1.1 LED的发展概况
二十世纪二十年代。德国科学家O.W.Lossow在研究SiC检波器时, 首先观察到了这种发光现象; 四十年后,研制成功了具有实用价值的发射红光的GaAsP发光二极 管,并被GE公司大量生产用作仪器仪表指示; 二十世纪九十年代初,日本东芝公司与美国HP公司先后研制成功双 异质结与多量子阱结构的橙色与黄色的InGaAlP发光二极管 ; 日本的日亚化学公司(Nichia)与美国的克雷(Cree)公司通过 MOCVD技术分别在蓝宝石与SiC衬底上生长成功了具有器件结构的 GaN基LED外延片,并制造了亮度很高的蓝、绿及紫光 LED器件; 在二十世纪的最后五年内,高亮LED产品的应用市场一直保持着 40%以上的增长率 。
6.1.2 LED的结构及工作原理
图6-1为LED的结构截面图。要使LED发光,有源层的半导体材料必须是 直接带隙材料,越过带隙的电子和空穴能够直接复合发射出光子。为了 使器件有好的光和载流子限制,大多采用双异质结(DH)结构。
图6-1 LED的结构截面图
LED的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片, 在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层,称为P-N结。 其基本的工作机理是一个电光转换过程。当一个正向偏压施 加于PN结两端,由于PN结势垒的降低,P区的正电荷将向 N区扩散,N区的电子也向P区扩散,同时在两个区域形成 非平衡电荷的积累。对于一个真实的PN结型器件,通常P区 的载流子浓度远大于N区,致使N区非平衡空穴的积累远大 于P区的电于积累(对于NP结,情况正好相反)。由于电流 注入产生的少数载流子是不稳定的,对于PN结系统,注入 到价带中的非平衡空穴要与导带中的电子复合,其中多余的




6.3半导体照明发光材料 实现白光 LED 有多种方案,而光转换白光 LED 是当今国 内外的主流方案。白光 LED 的关键材料—高性能光转换 荧光体的研发成为热点,因为它决定白光 LED 光电重要 特性和参数。目前实现半导体照明有3种主要方法: (1)采用蓝色LED激发黄光荧光粉,实现二元混色白光; (2)利用UVLED激发三基色荧光粉,由荧光粉发出的光 合成白光; (3)基于三基色原理,利用红、绿、蓝三基色LED芯片 合成白光。

被广泛用于制作白光 LED 中的荧光体是 YAG:Ce 体系石 榴石黄色发光材料,除此之外,一些为白光 LED 需求新 的硅酸盐、钨钼酸盐、铝酸盐及氮(氧)化物荧光体等被 陆续地研发出来。激活离子主要集中在 Eu2+及Ce3+,而 Mn2+、Mn4+、Eu3+ 等用于白光LED发光材料的红光发射 组分离子也有很多报道。 6.3.1铈掺杂钇铝石榴石
第六章半导体材料

半导体照明是指用全固态发光器件作为光源的照明技 术,即发射白光的发光二极管—白光LED(Light Emitting Diode)。它利用固体半导体芯片作为发光 材料,具有高效、节能、环保、寿命长、易维护、可 靠性高等优点。白光LED的发展,使发光材料的研究 与应用进入一个新的研究阶段。由于激发源是短波紫 外、长波紫外或蓝光发射的半导体,且输出功率高, 因此对发光材料性能会提出特定的要求,而针对这些 特定要求开展白光LED专用发光材料的研究成为新的 研究课题。
能量将以光的形式向外辐射,这就是LED发光的基本原理
6.1.3 LED光源特点 (1)工作寿命长。 (2)耗电低。 (3)响应时间快。 (4)体积小、重量轻、耐冲击。 (5)易于调光、调色、可控性大。 (6)绿色、环保。 6.1.4 照明用LED特性
表6-1 LED性能的光电参数
通用照明领域对白光LED的光电性能的基本要求如下: (1)发光效率:~100 lm/W(IF=350 mA); (2)光通量:~500 lm(=发光效率×正向电压×350 mA); (3)色温:3000~8000 K; (4)显色指数:>80; (5)寿命:1 ~5万小时。
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