1 緒論半導體材料

1、半導體材料微電子學院吳振宇E-mail: 教學計劃緒論 （1）第一章 硅和鍺的物理化學性質(zhì)（1）第二章 區(qū)熔提純（2）第三章 晶體生長（2）第四章 硅的氣相外延生長（2）第五章 同質(zhì)外延生長（3）第六章 異質(zhì)外延生長（3）第七章 半導體材料分析技術(shù)(1)考核期末考試60%+平時成績40%開卷平時成績:四次作業(yè)考試:10題簡答題第一章 緒論半導體材料及其分類半導體材料的發(fā)展和現(xiàn)狀半導體材料的應(yīng)用半導體材料及其分類半導體材料：是指電阻率在107cm103cm，介于金屬和絕緣體之間的材料。具有以下性質(zhì)：一般半導體材料的電阻率隨溫度的升高而迅速增大；雜質(zhì)對半導體性質(zhì)有著決定性的作用；光照可以引起半導體

2、電學性質(zhì)的變化。半導體材料是制作晶體管、集成電路、電力電子器件、光電子器件的重要基礎(chǔ)材料；支撐通信、計算機、信息家電與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；半導體材料科學是半導體科學發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。半導體材料及其分類按照不同角度進行半導體材料的分類。按照化學組分：元素半導體、化合物半導體、固溶體半導體元素半導體有鍺、硅、硒、硼、碲、銻等。50年代，鍺在半導體中占主導地位，但鍺半導體器件的耐高溫和抗輻射性能較差，到60年代后期逐漸被硅材料取代。目前的集成電路大多數(shù)是用硅材料制造的?；衔锇雽w由兩種或兩種以上的元素化合而成的半導體材料。它的種類很多，可能有4,000多種，目前已研制出1,000多種。重要

3、的有砷化鎵、磷化銦、銻化銦、碳化硅、硫化鎘等。其中砷化鎵是制造微波器件和集成電的重要材料。碳化硅由于其抗輻射能力強、耐高溫和化學穩(wěn)定性好，在航天技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。-:GaAs -:SiC -: PbS -:AsSe3固溶體是由二個或多個晶格結(jié)構(gòu)類似的元素、化合物溶合而成。如Ge-Si固溶體、Hg1-xCdxTe固溶體等。半導體材料及其分類晶態(tài)：結(jié)晶形和無定形半導體無定形半導體材料(主要有硫系玻璃和四面體鍵非晶態(tài)半導體)具有本征半導體的性質(zhì)，一般不能通過摻雜改變導電類型或大幅改變電導率，具有良好的開關(guān)和記憶特性和很強的抗輻射能力，主要用來制造閾值開關(guān)、記憶開關(guān)和固體顯示器件。組成：一元、二

4、元、三元、多元 GaAl1-xAsx, GaAs1-xPx有機半導體：已知有幾十種，包括萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等，目前尚未得到應(yīng)用。 應(yīng)用方式：體材料和薄膜材料半導體材料的發(fā)展和現(xiàn)狀硅(Si)元素， 瑞典化學家，貝采尼烏斯， 1823年發(fā)現(xiàn)。鍺(Ge)元素，德國化學家，Winker，1886年首次從硫銀礦中發(fā)現(xiàn)。1947年用偏析法提純的鍺晶錠，研制出第一只晶體管.1950年蒂爾（G. Teal）用喬赫拉斯基（直拉法）首先拉制出鍺單晶。1952年蒲凡（W. Pfann）發(fā)明了區(qū)熔提煉法，使鍺能提純到本征純度.1952年H. Welker發(fā)現(xiàn)-化合物半導體。1968年，S.R.奧

5、弗申斯基，用硫系非晶態(tài)半導體薄膜成功制作開關(guān)器件;1975年，W.E.斯皮爾等，非晶硅中實現(xiàn)摻雜效應(yīng);安德森和莫脫，建立非晶態(tài)半導體的電子理論(1977年諾貝爾物理學獎)。1972年生長出超晶格材料（1972年，Esaki, Tsu等，MBE 法制作GaAsAlGaAs超晶格）。 注：半導體超晶格結(jié)構(gòu)一般由兩種具有不同禁帶寬度和電子親和力的半導體材料周期性交替生長而構(gòu)成。超晶格結(jié)構(gòu)的量子阱中存在量子化的能級, 產(chǎn)生量子阱中子帶間的紅外光躍遷以及量子限制Stark 效應(yīng)和低閾值量子阱激光等現(xiàn)象，因此超晶格材料制作成的半導體器件在光學性質(zhì)方面具有獨特之處。半導體材料的發(fā)展和現(xiàn)狀（Shockley、

6、Bardeen和Brattain)1956年諾貝爾物理學獎）第一只晶體管半導體材料的發(fā)展和現(xiàn)狀(1959, Robert Noyce,Fairchild）(1958 , Jack Kilby,TI )( 2000 年諾貝爾物理學獎）第一塊集成電路半導體材料的發(fā)展和現(xiàn)狀在半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，一般分為三代：第一代：Si、Ge第二代：GaAs、InP、GaP、InAs、AlAs及其合金等第三代：寬禁帶的GaN、SiC、ZnSe和金剛石等半導體硅材料：單晶硅和多晶硅多晶硅：主要生產(chǎn)方法：改良西門子法世界年產(chǎn)量：18，00025，000 t我國年需求量：2005年約: 1,000 t (ICs) ; 1

7、,400 t ( Solar Cells )我國年產(chǎn)量：2005年不足 300 t (峨嵋半導體材料廠、洛陽單晶硅廠)單晶硅：主要生產(chǎn)方法：直拉法(CZ)、區(qū)熔法(FZ) 世界年產(chǎn)量：2002年10，000 t(主要為812英寸)我國年產(chǎn)量：2002年約460 t (約占全球3 ，大部分為36英寸，主要生產(chǎn)企業(yè)有北京有研硅股、浙大海納等)半導體材料的發(fā)展和現(xiàn)狀GaAs：主要生產(chǎn)方法：液封直拉(LEC)法、水平舟(HB)法、VGF(垂直梯度凝固法)、VB(垂直布里支曼法)、VCZ(蒸氣壓控制直拉法)日本：46英寸為主，占市場80我國：23英寸為主，4英寸產(chǎn)業(yè)初期 (有研硅股、中科鎵英、46所、55所等)GaN：MOCVD, MBE等;2000年， 美國kyma公司用AlN作襯底開發(fā)出4英寸GaN工藝；2001年, Nitronex公司在4英寸硅襯底上成功制造GaN晶體管；2001年，臺灣Powdec公司規(guī)模生產(chǎn)4英寸GaN外延片；中科院半導體所自主開發(fā)2英寸外延片生產(chǎn)設(shè)備，深圳大光集團GaN基藍光LED產(chǎn)業(yè)化。半導體材料的應(yīng)用主要半導體材料的比較教材教材：半導體材料參考材料：K.N.Tu,電子薄膜材料 , 科學出版社，1999薄膜