化合物半导体材料与器件基础ppt课件.ppt
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1、Dai Xian-ying,化合物半导体器件Compound Semiconductor Devices微电子学院戴显英2013.8,Dai Xian-ying,第二章 化合物半导体材料 与器件基础,半导体材料的分类化合物半导体材料的基本特性,Dai Xian-ying,2.1 半导体材料的分类,2.1 半导体的分类,绝缘体(1018-1010cm),半导体(108-10-3cm),金属(10-4-10-8cm),绝缘体(禁带宽度Eg大),半导体(禁带宽度Eg小),金属(导带与价带重叠),Dai Xian-ying,2.1 半导体材料的分类,2.1 半导体的分类,2.1.1 半导体的特征,室温
2、下的电导率在103-10-8S/cm(或电阻率10-3108cm)电导率呈正温度特性(金属呈负温度特性)两种载流子参与导电(金属只有一种),Dai Xian-ying,2.1 半导体材料的分类,2.1 半导体的分类,2.1.2 半导体的特性,温度升高使半导体导电能力增强,电阻率下降 如室温附近的纯硅(Si),温度每增加8,电阻率相应地降低50%左右微量杂质含量可以显著改变半导体的导电能力 以纯硅中每100万个硅原子掺进一个族杂质(比如磷)为例,这时 硅的纯度仍高达99.9999%,但电阻率在室温下却由大约214,000cm降至0.2cm以下适当波长的光照可以改变半导体的导电能力 如在绝缘衬底上
3、制备的硫化镉(CdS)薄膜,无光照时的暗电阻为几十M,当受光照后电阻值可以下降为几十K此外,半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而改变,Dai Xian-ying,2.1 半导体材料的分类,按照材料的化学成分和结构特性可将半导体分为:1)元素半导体 2)化合物半导体 3)合金(固溶体),2.1.3 元素半导体,C(金刚石),Si, Ge, Sn,晶格结构:金刚石能带结构:间接带隙,Sn: 0.08 eVGe: 0.67 eVSi: 1.12 eV C: 5.50 eV,Dai Xian-ying,2.1 半导体材料的分类,2.1.4 化合物半导体,-族:由A的B、Al、Ga、In与A的N、P
4、、As、Sb形成, 如GaAs、InP、GaN、BN、AlN、GaP、InSb等15种。-族:由B的Zn、Cd、Hg与A族的O、S、Se、Te形成, 如ZnO、ZnS、CdS、CdTe、HgS、HgSe、HgTe等,-族:SiC,Dai Xian-ying,2.1 半导体材料的分类,二元化合物半导体特点:1)大部分是直接能带隙 (对光电器件很重要);2)有很宽的禁带宽度Eg范围,但只在离散的点上;3)可以块状生长(单晶),并被切成薄片(晶圆片)。,2.1.4 化合物半导体,我们还需要更多!,重要的二元化合物半导体:1)GaAs:第二代半导体2)GaN与SiC:第三代半导体(宽禁带半导体),Da
5、i Xian-ying,2.1 半导体材料的分类,2.1.5 合金半导体,二元合金半导体:Si1-xGex三元合金半导体:AlxGa1-xAs、AlxGa1-xN、 InxGa1-xAs、In1-xAlxAs等四元合金半导体:InYGa1-YAsXP1-X and AlYGa1-YAsXSb1-X,合金半导体:不是化合物;由二元化合物和一种或两种普通 元素组成三元或四元合金(固溶体)半导体。,特点:1)组分可调; 2)禁带宽度随组分连续可调; 3)晶格常数随组分连续可调。,Dai Xian-ying,2.1 半导体材料的分类,2.1.5 合金半导体,三元合金的禁带宽度与晶格常数关系,三元合金变
6、化趋势:晶格常数:与组分呈线性关系禁带宽度:与组分呈二次方关系有效质量:与合金组分成二次方和单调关系,三元合金半导体:由二元化合物和一种元素组成,Dai Xian-ying,2.1 半导体材料的分类,2.1.5 合金半导体,三元或四元合金半导体的基片(衬底): 二元化合物半导体,如 GaAs、InP,异质结构: 晶格常数要与衬底相同,且禁带宽度Eg不同。,三元合金半导体: 与二元不匹配;但一个例外,AlGaAs与GaAs晶格匹配。,四元合金半导体: 容易与二元衬底匹配,Dai Xian-ying,2.1 半导体材料的分类,2.1.5 合金半导体,四元合金半导体: 1)两种元素是同族元素,如Al
7、yGa1-yAsxSb1-x 、 InyGa1-yAsxP1-x 等2)三种元素是同族元素,如InyGa1-yAlxAs1-x等,InGaAsP and AlGaAsSb,四元合金半导体禁带宽度与晶格常数,合金举例:如图所示1)AlGaAs:AlAs+GaAs2)InPAs:InAs+InP3)AlGaAsSb:AlGaSb+ AlGaAs4)InGaAsP:GaAsP+GaInP,Dai Xian-ying,2.1 半导体材料的分类,2.1.5 合金半导体,四元:GayIn1-yAsxSb1-x:,Dai Xian-ying,2.1 半导体材料的分类,2.1.5 合金半导体,四元:InGaA
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