Ch-2半導(dǎo)體材料性能1.ppt

1、Chapter 2 Properties of Semiconductor Materials,多種常見半導(dǎo)體材料的基本特性和用途 常見材料的基本物理和化學(xué)性質(zhì) 器件對材料的要求（主要材料參數(shù)及測量）,2.1常見的半導(dǎo)體材料及其物理和化學(xué)性質(zhì) 2.1.1 常見的半導(dǎo)體材料 Se， 最早期的半導(dǎo)體之一，硒整流器，硒光電池、光敏硒鼓; (已經(jīng)很少用） Ge, 早期的半導(dǎo)體，射線探測器； （昂貴） Si, 最重要的半導(dǎo)體，除發(fā)光以外的所有半導(dǎo)體器件，（IC，分離器件，敏感器件，MEMS） a-Si（amorphous），太陽能電池，應(yīng)用薄膜 Porous Si，發(fā)光,C（金剛石）, 潛在的高溫、高頻

2、、高壓、大功率器件材料 C60 納米碳管,GaAs，高頻、微波器件、發(fā)光 InP，高頻、微波器件、發(fā)光 GaP，發(fā)光 Ge1-xSix，高頻異質(zhì)結(jié)材料 SiC，高溫、高頻、高壓、大功率器件材料,GaN，藍(lán)光材料和深紫外探測 AlxGa1-xAs， 發(fā)光 HgCdTe、PbSnTe，長波紅外探測 各種超晶格材料，（能帶工程） 磁性、超導(dǎo)、有機(jī)半導(dǎo)體和生物半導(dǎo)體 自旋半導(dǎo)體,2.1.2 Physical Properties Related to the Devices,2.1.3. 與器件工藝有關(guān)的化學(xué)特性 Si: 常溫下： 1)一般不溶于各種酸 2)Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3

3、+H2 3)Si+4HNO3 SiO2+4NO2 +2H2O SiO2+6HF H2SiF6+2H2O 即：Si+4HNO3 +6HF H2SiF6+ 4NO2 + 4H2O 4） 與Cu2+、 Cr2+等金屬離子發(fā)生置換反應(yīng) （拋光工藝）,高溫下： 1） Si+2Cl2=SiCl4 Si+HCl4 SiCl4+SiHCl3+SiH2Cl2+SiH4 2) Si+O2=SiO2 3) Si+H2O=SiO2+H2 GaAs: 1）GaAs = Ga+As 2) 在室溫下一般不與HCl、H2SO4、 HF反應(yīng) 3）與熱HCl、H2SO4反應(yīng) 與濃HNO3反應(yīng) H2SO4+H2O2是常用的GaAs

4、腐蝕液 4) 與鹵素Cl2、Br2或I2（在甲醇等有機(jī)溶劑中） 反應(yīng),1200C,10501150C,10501150C,600C,通常關(guān)心的化學(xué)性質(zhì): 1）熱穩(wěn)定性（thermal stability) 2) 腐蝕液（無機(jī)、有機(jī)） For cleaning and etching! （腐蝕和抗腐蝕工藝中濃度 和緩沖劑的重要性） （腐蝕過程中對晶向和缺陷的選擇性）,2.2 半導(dǎo)體材料的晶體結(jié)構(gòu) 2.2.1. Si、 GaAs、 SiC 的晶體結(jié)構(gòu) Si 金剛石結(jié)構(gòu),GaAs 閃鋅礦zinc-blende，立方硫化鋅,SiC 200余種同質(zhì)多構(gòu)體 -SiC、zinc-blende， or 3C-

5、SiC （Cubic） -SiC 、Wurtzite，纖鋅礦（六角硫化鋅） 密堆積的不同方式（簡單面心） A AB ABA ABC,復(fù)式格子密堆積（雙層密排）（page10） AB？,不同的堆積,3C、（2H）、4H、6H、15R、27R 由k-bilayer 和h-bilayer構(gòu)成的“超晶格” k-位和h-位使晶體中的缺陷結(jié)構(gòu)復(fù)雜化 2.2.2. 晶面、晶向及測定,一些物理、化學(xué)性質(zhì)的各向異性 解理 腐蝕 氧化 生長 擴(kuò)散 表面態(tài) 遷移率,SiC的Si-face 和C-face,x-ray 衍射,激光定向,最佳解理面111 最佳劃片方向110,2.3半導(dǎo)體中的缺陷和雜質(zhì) 施、受主雜質(zhì) Si

6、： O、C雜質(zhì) GaAs：施主S 、Te等（As-site） 受主Zn等（Ga-site） Si As-site和Ga-site SiC： 施主N（C-site）、P （Si-site） 受主B、Al等（Si-site） 雜質(zhì)濃度和電阻率 測量：Hall-effect、四探針法、單探針（擴(kuò)展電阻）法、 IR、熱探針,點(diǎn)缺陷：,線缺陷 （位錯(cuò)）,面缺陷（層錯(cuò)）,體缺陷（原子團(tuán)，旋渦等） 測量：,1）腐蝕坑 顯微測量 2）綴飾 紅外透視 3）透射電子顯微,2.3.3.雜質(zhì) O（10171018cm-3） C （10161017cm-3） Fe （1011cm-3） Au、Pt （10151016c

7、m-3） N,固溶度 替位式固溶體 間隙式固溶體 ？,常用測量方法： DLTS SIMS (Secondary Ion Mass Spectrum) NAA (Neutron Activation Analysis),Fig.2-7. Schematic drawing to show the basic principle of SIMS, which consists of 1. Primary ion source, 2. Primary ion mass analyzer, 3. Electrostatic lens, 4. Sample, 5.Electrostatic lens and analyzer, 6.Secondary ion mass analyzer, 7.