半导体材料PPT

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◆ 三元系包括：族:这是由一个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Cu3AsSe4、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。
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（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: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、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。
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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，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。
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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、有机化合物半导体和非 晶态与液态半导体
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（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 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、Se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、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。
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（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。
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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。 ◆ 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，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。
定义
◆ 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。
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◆ 凡具有上述两种特征的材料都 可归入半导体材料的范围。反 映半导体内在基本性质的却是 各种外界因素如光、热、磁、 电等作用于半导体而引起的物 理效应和现象，这些可统称为 半导体材料的半导体性质。构 成固态电子器件的基体材料绝 大多数是半导体，正是这些半 导体材料的各种半导体性质赋 予各种不同类型半导体器件以 不同的功能和特性。半导体的 基本化学特征在于原子间存在 饱和的共价键。
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◆ 作为共价键特征的典型是在晶格结构上表现为四面体结构, 所以典型的半导体材料具有金刚石或闪锌矿(ZnS)的结构。 由于地球的矿藏多半是化合物，所以最早得到利用的半导 体材料都是化合物,例如方铅矿(PbS)很早就用于无线电检 波，氧化亚铜(Cu2O)用作固体整流器，闪锌矿(ZnS)是熟 知的固体发光材料，碳化硅(SiC)的整流检波作用也较早 被利用。硒(Se)是最早发现并被利用的元素半导体，曾是 固体整流器和光电池的重要材料。元素半导体锗（Ge）放 大作用的发现开辟了半导体历史新的一页，从此电子设备 开始实现晶体管化。中国的半导体研究和生产是从1957年 首次制备出高纯度(99.999999%～99.9999999%) 的锗开始 的。采用元素半导体硅（Si）以后，不仅使晶体管的类型 和品种增加、性能提高，而且迎来了大规模和超大规模集 成电路的时代。以砷化镓(GaAs)为代表的Ⅲ－Ⅴ族化合物 的发现促进了微波器件和光电器件的迅速发展。