半导体薄膜的应用PPT课件
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光伏技术中的应用 光解水中的应用 电化学照相中的应用 电子及微电子工业中的应用
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目前,通过在n-Si上镀覆Ti、Mo、Cr、W等金属膜,制作出了在1～100 A的电流范围内,起始电压仅0.5 V左右的大功率整流用肖特基二极管。在功 率相同时,肖特基二极管内部消耗的功率只有pn结二极管的一半。另外,在 3～30 GHz微波波段,甚至频率更高的毫米波段、亚毫米波段的无线电通讯, 以及激光、脉冲调制电路等领域,都要使用pn结二极管及肖特基二极管,要 制作在如此高的频率范围下使用的、损耗很小的二极管,应当设法减小寄生 电容及电阻,因此,必须制作接触面积很小的二极管。pn结二极管由于在制 作过程中存在热扩散工艺,无法获得太小的面积,而肖特基二极管在制作时 就没有这一工序,在氧化膜上开出微小接触孔之后,再采用电镀等方法,可制 作出在氧化膜上寄生MOS容量微小的结面积。
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光能(特别是太阳能)可用于进行某些化学反应使光能转换为化学能。在 这方面,人们特别感兴趣的是光解水及光助电解水。因为水是廉价的,而氢是 方便的燃料和工业资源。然而,半导体电极普遍存在着在水溶液中和光照条件 下非常不稳定的问题。为此,已建议在不稳定的半导体表面覆盖金属薄膜这些 薄膜将对光是透明的,并能保护电极不受分解。将贵金属Pt、Ru、Rh、Pd沉积 在半导体GaP、Si、InP、TiO2、CdTe、WSe、GaInPAs的表面上,当厚度约为 10～20 nm时,远小于载流子的平均自由程。这样的电极可以起到稳定半导体 电极的作用,同时透过薄膜到达半导体/金属界面的光强基本上不降低。在研 究工作中还发现,镀覆金属的半导体材料,还有可能对光解析氢具有明显催化 作用。p型GaP表面镀覆极少量(单层数量级)的银、金或铂,可大大降低析氢过 电位。过电位的降低是因为金属吸附氢以后,使其功函数下降。金属膜的组成 和分布是决定催化性能的关键,金属岛状分布的贵金属有较好的催化性能,其 中以W、Pt、Pd为最优。
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光伏技术中的应用 光解水中的应用 电化学照相中的应用 电子及微电子工业中的应用
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传统的照相材料(卤素) 是借助物理显影来成像的。物理显影一般包括 金属在照相底版上的催化沉积,其中显影中心是形成晶体的晶种,为了用廉价 金属代替贵金属银,通常利用金属在半导体上的光电化学沉积,这样就形成了 常用的两种方法，一种是使半导体/电解液界面在“极限电流”的条件下工 作。当光学图象投射电极表面时,光照部分的少子浓度和反应速度都增加。 在p型样品中可加速金属的阴极电沉积,而在n型样品中则加速阳极反应。例 如加速Pb2+的氧化和在表面生成有色泽的PbO2层。作为照相底版常采用 PbSe、PbS、Si和GaP等。另一种方案是利用电解液中半导体电极表面的光 照和无光照部分之间所产生的电势差。由于表面的不均匀光照,而形成的局 部阳极和阴极,同样也能导致金属在表面的不均匀沉积。
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3、超导薄膜器件
举例：钙钛矿系氧化物超导体薄膜及大型 单晶
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半导体薄膜传感器
所谓传感器，是指可接受外界信息（刺激），如 光、热、磁、压力、加速度、温度、环境气氛等， 并能在体系能变换可处理信号的器件。 常用材料：
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半导体薄膜集成光学器件
集成光波导和光学器件 集成光学器件中用来传输光信号的基本元件是光 波导，其基本形式由衬底、光的传输层以及反射 层三层结构组成。
光伏技术中的应用 光解水中的应用 电化学照相中的应用 电子及微电子工业中的应用
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光伏技术中的应用 光解水中的应用 电化学照相中的应用 电子及微电子工业中的应用
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主要特点：栅线埋藏在激光刻槽 内，并用金属包裹
光电转化效率：17% 金属化系统的两个主要作用： 1.形成低阻层，对硅有较高的粘附 作用 2.对电池产生的电流输出提供高电 导率通道
主要器件：光波导相位调制器、强度调制器、开关 网络、模式转换器、滤波器、波分复用器、声光 频谱分析器、模数转换器、数模转换器、倍频器、 多种传感器。
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2019/12/22
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半导体金属薄膜的应用
在半导体材料上特定部位以物理或化学手段 镀以金属膜，以改良其某方面特性
目前认为半导体/金属薄膜的应用主要有以 下几个方面：
阳能电池和太阳能热水器。其分类如下：
光电变换薄膜材料 热电变换薄膜材料 超导薄膜器件
4
光子照射至半导体上使价带电子得能量到导带，产生电子空穴对，在PN结内电场 作用下产生光生电动势
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2、热电变换薄膜材料
热电现象半导体材料比金属明显。热电发电材料 中，依其工作温区分为：低温区（500K，Bi2Te3， ZnSb）、中温区（500-900K，PbTe）、高温区 （900K以上，CrSi2、FeSi2、CoSi） 主要物质有硫属化合物系材料、过度金属硅化物 （Fe-Six系材料，硅锗系材料、硼系材料及非晶 态材料等）
成本低廉，仅为硅太阳能电池的 1/5~1/10，寿命可达到15年 转化效率：10%
主要构成部分：镀有透明导电胶的导 电玻璃、多孔纳米TiO2膜、染料光敏化 剂、电解质、铂电极
在作为光阴极的导电膜SnO2上镀Pt
wk.baidu.com15
光伏技术中的应用 光解水中的应用 电化学照相中的应用 电子及微电子工业中的应用
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所用材料分三类： ①以GaAs为基础形成的光电子材料，包括AlGaAs、
InP、GaInAsP等，他们是制作光电子器件常用的 材料 ②以LiNbO3钙钛矿结构为代表的具有特殊电光性质 的单晶材料；波导形成方法：外扩散、内扩散、 离子注入、质子交换等
③包括各种多晶和非晶态物质，如氧化物、玻璃、 聚合物等
物联网发展状况及核心技 半导体薄术膜的应用
吕婷、任海龙
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半导体薄膜的应用
主要应用领域：工业、能源、信息科学 近几年发展趋势：
微电子
传统电子工业
太阳能利用 半导体多相催化
光磁记录
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能量变换半导体薄膜和器件 半导体薄膜传感器 半导体薄膜集成光学器件
3
能量变换半导体薄膜和器件
定义：一次能量经过各种现象、效应、作用、反 应等变为二次能量的形式。机械、热、电、磁、 光、放射线、化学、太阳能。利用最普遍的是太
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集成光学器件材料 集成光路用材料的要求：1、具有某些功能，或者 不仅能产生光、接收光、传输光、和控制光，而 且还能制作各种回路。前者可以做成单功能或某 些功能的集成光路，后者可以在同一基板上做成 多功能的光电集成回路；2、材料要具有一定的折 射率，光波导的折射率比基板的折射率高大约103~10-1；3、材料做成薄膜光波导后，在使用波长 范围内的传输损耗必须小于1dB/cm；4、便于制 作波导及器件，所制成的元件在外界各种工作环 境下性能稳定。
光伏技术中的应用 光解水中的应用 电化学照相中的应用 电子及微电子工业中的应用
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目前,通过在n-Si上镀覆Ti、Mo、Cr、W等金属膜,制作出了在1～100 A的电流范围内,起始电压仅0.5 V左右的大功率整流用肖特基二极管。在功 率相同时,肖特基二极管内部消耗的功率只有pn结二极管的一半。另外,在 3～30 GHz微波波段,甚至频率更高的毫米波段、亚毫米波段的无线电通讯, 以及激光、脉冲调制电路等领域,都要使用pn结二极管及肖特基二极管,要 制作在如此高的频率范围下使用的、损耗很小的二极管,应当设法减小寄生 电容及电阻,因此,必须制作接触面积很小的二极管。pn结二极管由于在制 作过程中存在热扩散工艺,无法获得太小的面积,而肖特基二极管在制作时 就没有这一工序,在氧化膜上开出微小接触孔之后,再采用电镀等方法,可制 作出在氧化膜上寄生MOS容量微小的结面积。
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光能(特别是太阳能)可用于进行某些化学反应使光能转换为化学能。在 这方面,人们特别感兴趣的是光解水及光助电解水。因为水是廉价的,而氢是 方便的燃料和工业资源。然而,半导体电极普遍存在着在水溶液中和光照条件 下非常不稳定的问题。为此,已建议在不稳定的半导体表面覆盖金属薄膜这些 薄膜将对光是透明的,并能保护电极不受分解。将贵金属Pt、Ru、Rh、Pd沉积 在半导体GaP、Si、InP、TiO2、CdTe、WSe、GaInPAs的表面上,当厚度约为 10～20 nm时,远小于载流子的平均自由程。这样的电极可以起到稳定半导体 电极的作用,同时透过薄膜到达半导体/金属界面的光强基本上不降低。在研 究工作中还发现,镀覆金属的半导体材料,还有可能对光解析氢具有明显催化 作用。p型GaP表面镀覆极少量(单层数量级)的银、金或铂,可大大降低析氢过 电位。过电位的降低是因为金属吸附氢以后,使其功函数下降。金属膜的组成 和分布是决定催化性能的关键,金属岛状分布的贵金属有较好的催化性能,其 中以W、Pt、Pd为最优。
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光伏技术中的应用 光解水中的应用 电化学照相中的应用 电子及微电子工业中的应用
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传统的照相材料(卤素) 是借助物理显影来成像的。物理显影一般包括 金属在照相底版上的催化沉积,其中显影中心是形成晶体的晶种,为了用廉价 金属代替贵金属银,通常利用金属在半导体上的光电化学沉积,这样就形成了 常用的两种方法，一种是使半导体/电解液界面在“极限电流”的条件下工 作。当光学图象投射电极表面时,光照部分的少子浓度和反应速度都增加。 在p型样品中可加速金属的阴极电沉积,而在n型样品中则加速阳极反应。例 如加速Pb2+的氧化和在表面生成有色泽的PbO2层。作为照相底版常采用 PbSe、PbS、Si和GaP等。另一种方案是利用电解液中半导体电极表面的光 照和无光照部分之间所产生的电势差。由于表面的不均匀光照,而形成的局 部阳极和阴极,同样也能导致金属在表面的不均匀沉积。
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3、超导薄膜器件
举例：钙钛矿系氧化物超导体薄膜及大型 单晶
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半导体薄膜传感器
所谓传感器，是指可接受外界信息（刺激），如 光、热、磁、压力、加速度、温度、环境气氛等， 并能在体系能变换可处理信号的器件。 常用材料：
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半导体薄膜集成光学器件
集成光波导和光学器件 集成光学器件中用来传输光信号的基本元件是光 波导，其基本形式由衬底、光的传输层以及反射 层三层结构组成。
光伏技术中的应用 光解水中的应用 电化学照相中的应用 电子及微电子工业中的应用
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光伏技术中的应用 光解水中的应用 电化学照相中的应用 电子及微电子工业中的应用
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主要特点：栅线埋藏在激光刻槽 内，并用金属包裹
光电转化效率：17% 金属化系统的两个主要作用： 1.形成低阻层，对硅有较高的粘附 作用 2.对电池产生的电流输出提供高电 导率通道
主要器件：光波导相位调制器、强度调制器、开关 网络、模式转换器、滤波器、波分复用器、声光 频谱分析器、模数转换器、数模转换器、倍频器、 多种传感器。
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半导体金属薄膜的应用
在半导体材料上特定部位以物理或化学手段 镀以金属膜，以改良其某方面特性
目前认为半导体/金属薄膜的应用主要有以 下几个方面：
阳能电池和太阳能热水器。其分类如下：
光电变换薄膜材料 热电变换薄膜材料 超导薄膜器件
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光子照射至半导体上使价带电子得能量到导带，产生电子空穴对，在PN结内电场 作用下产生光生电动势
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2、热电变换薄膜材料
热电现象半导体材料比金属明显。热电发电材料 中，依其工作温区分为：低温区（500K，Bi2Te3， ZnSb）、中温区（500-900K，PbTe）、高温区 （900K以上，CrSi2、FeSi2、CoSi） 主要物质有硫属化合物系材料、过度金属硅化物 （Fe-Six系材料，硅锗系材料、硼系材料及非晶 态材料等）
成本低廉，仅为硅太阳能电池的 1/5~1/10，寿命可达到15年 转化效率：10%
主要构成部分：镀有透明导电胶的导 电玻璃、多孔纳米TiO2膜、染料光敏化 剂、电解质、铂电极
在作为光阴极的导电膜SnO2上镀Pt
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光伏技术中的应用 光解水中的应用 电化学照相中的应用 电子及微电子工业中的应用
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所用材料分三类： ①以GaAs为基础形成的光电子材料，包括AlGaAs、
InP、GaInAsP等，他们是制作光电子器件常用的 材料 ②以LiNbO3钙钛矿结构为代表的具有特殊电光性质 的单晶材料；波导形成方法：外扩散、内扩散、 离子注入、质子交换等
③包括各种多晶和非晶态物质，如氧化物、玻璃、 聚合物等
物联网发展状况及核心技 半导体薄术膜的应用
吕婷、任海龙
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半导体薄膜的应用
主要应用领域：工业、能源、信息科学 近几年发展趋势：
微电子
传统电子工业
太阳能利用 半导体多相催化
光磁记录
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能量变换半导体薄膜和器件 半导体薄膜传感器 半导体薄膜集成光学器件
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能量变换半导体薄膜和器件
定义：一次能量经过各种现象、效应、作用、反 应等变为二次能量的形式。机械、热、电、磁、 光、放射线、化学、太阳能。利用最普遍的是太
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集成光学器件材料 集成光路用材料的要求：1、具有某些功能，或者 不仅能产生光、接收光、传输光、和控制光，而 且还能制作各种回路。前者可以做成单功能或某 些功能的集成光路，后者可以在同一基板上做成 多功能的光电集成回路；2、材料要具有一定的折 射率，光波导的折射率比基板的折射率高大约103~10-1；3、材料做成薄膜光波导后，在使用波长 范围内的传输损耗必须小于1dB/cm；4、便于制 作波导及器件，所制成的元件在外界各种工作环 境下性能稳定。