第三章 元素半導體材料ppt課件

1、3 元素半導體材料元素半導體材料 目前發(fā)現的元素半導體材料：Si、Ge、C(金剛石)、Se、-Sn(灰錫)、P(磷)、Te(碲)、B；3.1 硅 1824年，別爾澤留斯Berzelius J. J.）非晶Si； Si在地殼中的豐度為25.7%，僅次于氧。3.1.1Si的化學性質 三種同位素：28Si(92.23%)、29Si(4.67%)、30Si(3.10%)。 原子半徑：0.1175nm；Si4+半徑：0.039nm 自然界沒有游離的Si元素，均以氧化物SiO2或硅酸鹽等化合物狀態(tài)存在。Si在常溫下不溶于單一的強酸，易溶于堿。高溫下，與H2、鹵素、N2、S和熔融金屬發(fā)生反應，分別生成SiH

2、4、SiCl4、Si3N4、SiS2等和多種金屬硅化合物。Si與Ge可以任意比例形成SiGe固溶體而與C則形成共價化合物。大間距晶面的面間距為0.3135nm，小間距晶面的面間距為0.0784nm。TEg41073. 2206. 12002503003504004505000.00.20.40.60.81.01.2Eg=1.206-2.73E-4TEg(eV)Temperature(K)82. 11958. 119)300/(1010. 3)300/(1086. 2TNTNVC010020030040050060001x10192x10193x10194x10195x1019Nc(cm-3)T

3、emperature(K)010020030040050060001x10192x10193x10194x10195x1019Nv(cm-3)Temperature(K)導帶態(tài)密度常數Nc價帶態(tài)密度常數Nv21kTEVCigeNNnpn11pnipnenpene室溫時，Si的n=1500cm2/(Vs)， p=450cm2/(Vs)， ni=1.071010cm-3 Si的本征電阻率為2.99105cm0.02.0 x10184.0 x10186.0 x10188.0 x10181.0 x10190.00.20.40.60.81.0(cm)NB(cm-3)摻B濃度為NB時，p型單晶Si電阻率為

4、：737. 01917161058. 2110133. 11035. 1BBBNNN0.02.0 x10184.0 x10186.0 x10188.0 x10181.0 x10190.00.20.40.60.81.0(cm)NP(cm-3)摻P濃度為NP時，n型單晶Si電阻率為：ZPN1010242. 61816lg018376. 019833. 068157. 01057501. 062272. 02108. 20769. 33232PNyyyyyyyzn型摻雜劑型摻雜劑P、As、Sbp型摻雜劑型摻雜劑B輕元素雜質輕元素雜質O、C、N、H金屬雜質金屬雜質Fe、Cu、Ni等等 3.1.6 Si

5、中的缺陷中的缺陷 (1).原生缺陷原生缺陷本征缺陷本征缺陷 空位和自間隙；空位和自間隙； (2).二次缺陷二次缺陷工藝誘生缺陷工藝誘生缺陷 (3).外延材料中的缺陷外延材料中的缺陷 位錯、外延堆垛層錯、微缺陷霧狀）、棱錐位錯、外延堆垛層錯、微缺陷霧狀）、棱錐半導體單晶中的缺陷半導體單晶中的缺陷20040060080010000123k(W/(cm.K)Temperature(K)26310583. 110532. 11598. 01TTk容易解理；在100-1000K溫度范圍，Si的熱導率k為：3.2 鍺鍺1886年，德國科學家溫克萊爾年，德國科學家溫克萊爾Winkler CA）首先從銀硫鍺礦

6、首先從銀硫鍺礦Ag8GeS6中分離出中分離出Ge；Ge在地殼中的豐度僅為在地殼中的豐度僅為1.3410-6。2.2.1化學性質化學性質 Ge有有5個穩(wěn)定的同位素：個穩(wěn)定的同位素： Ge70(20.4%)、 Ge72(27.4%) 、 Ge73(7.8%) 、 Ge74(36.6%) 、 Ge76(7.8%)。 室溫時，室溫時，Ge在空氣、水和氧氣中穩(wěn)定，不與鹽酸、稀在空氣、水和氧氣中穩(wěn)定，不與鹽酸、稀硫酸、濃氫氟酸和濃硫酸、濃氫氟酸和濃NaOH溶液發(fā)生反應。溶液發(fā)生反應。 Ge可溶解在可溶解在3%H2O2溶液中并形成溶液中并形成GeO2沉淀；沉淀； Ge不與不與C起反應。起反應。3.2.2物理

7、性質物理性質金剛石結構金剛石結構晶格常數晶格常數0.565790nm密度密度5.3234g/cm3比色法）比色法） 5.324264g/cm3X射線法）射線法）石墨石墨金剛石金剛石100150200250300050001000015000200002500030000p(cm2/V.S)T(K)100150200250300050001000015000200002500030000p(cm2/V.S)T(K)3.3 金剛石金剛石 純凈的金剛石化學性質穩(wěn)定，耐酸、耐腐蝕，高溫下也不與濃氫氟純凈的金剛石化學性質穩(wěn)定，耐酸、耐腐蝕，高溫下也不與濃氫氟酸、硝酸和酸、硝酸和HClO3發(fā)生反應；只在發(fā)

8、生反應；只在Na2CO3、NaNO3、KNO3的溶體中的溶體中或與或與K2Cr2O7和濃硫酸混合液一起煮沸時才可被腐蝕。和濃硫酸混合液一起煮沸時才可被腐蝕。1002003004005006007000123456Eg(eV)Temperature(K)1028. 8182. 0(1)(29TTEg3.4 硒和碲硒和碲3.4.1 硒硒硒在地殼中的豐度為硒在地殼中的豐度為510-6%（質量比）；（質量比）；它有六個穩(wěn)定的同位素：它有六個穩(wěn)定的同位素： Se74(0.89%) 、 Se76(9.36%) 、 Se77(7.63%) 、 Se78(23.77%) 、 Se80(49.61%) 、 Se82(8.74%) 3.4.2碲碲Te在地殼中的豐度為在地殼中的豐度為0.0110-6。3.5磷、硼和灰錫磷、硼和灰錫3.5.1磷磷黑磷和紅磷具有半導體黑磷和紅磷具有半導體性質，室溫下帶隙分別性質，室溫下帶隙分別為為0.34eV和和1.5eV。3.5.2硼硼B(yǎng)有兩種穩(wěn)定的同位素：有兩種穩(wěn)定的同位素：10B(19.9%)、 11B(19.9%)3.5.3灰錫灰錫灰錫有三