半導(dǎo)體材料與器件-復(fù)習(xí)課件

1、“摩爾定律之父” 戈登摩爾讓集成電路填滿更多的元件二、課程內(nèi)容、安排及其要求 緒論 (6-9學(xué)時(shí))掌握半導(dǎo)體的發(fā)展史、摩爾定律、高K柵極材料、3D晶體管、CPU的發(fā)展史、半導(dǎo)體材料的應(yīng)用等第一章半導(dǎo)體材料的基本性質(zhì) (6學(xué)時(shí)) 掌握半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)；半導(dǎo)體材料的分類、電學(xué)性質(zhì)、光電性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)和熱電性質(zhì)第二章 半導(dǎo)體材料概述 (6學(xué)時(shí))概括介紹半導(dǎo)體材料的發(fā)展歷程第三章半導(dǎo)體材料的制備概述 (6學(xué)時(shí))掌握半導(dǎo)體材料制備的理論基礎(chǔ)及其制備方法第四章雜質(zhì)工程和能帶工程 (3學(xué)時(shí))摻雜效應(yīng)、嬗變摻雜、半導(dǎo)體固溶體緒論 半導(dǎo)體的發(fā)展史 整流電路 晶體管60余年 摩爾定律Intel CPU的發(fā)展史

2、高K金屬柵技術(shù)3D晶體管技術(shù) 22納米技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 半導(dǎo)體材料的應(yīng)用視頻：半導(dǎo)體定義1,21.3 摩爾定律1965 年 4 月 19 日,時(shí)任仙童半導(dǎo)體公司研究開發(fā)實(shí)驗(yàn)室主任的摩爾應(yīng)邀為電子學(xué)雜志 35 周年專刊 寫了一篇觀察評(píng)論報(bào)告,題目是:讓集成電路填滿更多的元件.“摩爾定律” 的最初原型：“最低元件價(jià)格下晶體管數(shù)量每年大約增加一倍.可以確信,短期內(nèi)這一增長(zhǎng)率會(huì)繼續(xù)保持.即便不是有所加快的話.而在更長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)的增長(zhǎng)率應(yīng)是略有波動(dòng),盡管役有充分的理由來證明,這一增長(zhǎng)率至少在未來十年內(nèi)幾乎維持為一個(gè)常數(shù).半導(dǎo)體的發(fā)展年表-續(xù)摩爾定律當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個(gè)月便會(huì)增加

3、一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個(gè)月翻兩倍以上。這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。 1995年,摩爾在經(jīng)濟(jì)學(xué)家雜志上撰文寫道:現(xiàn)在令我感到最為擔(dān)心的是 成本的增加,這是另一條指數(shù)曲線.摩爾第二定律近年來,國(guó)內(nèi) IT 專業(yè)媒體上又出現(xiàn)了新摩爾定律 的提法,則指的是我國(guó) Internet 聯(lián)網(wǎng)主機(jī)數(shù)和上網(wǎng)用戶人數(shù)的遞增速度,大約每半年就翻一番!而且專家們預(yù)言,這一趨勢(shì)在未來若干年內(nèi)仍將保 持下去.新摩爾定律（中國(guó)）半導(dǎo)體的發(fā)展年表-續(xù)“采用高k柵介質(zhì)和金屬柵極材料，是自20世紀(jì)60年代晚期推出多晶硅柵極金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）晶體管以來，晶體管技術(shù)領(lǐng)域里最重

4、大的突破。” 戈登. 摩爾2.高k金屬柵技術(shù)45nm(1m=1000nm, 1nm為10億分之一米)不是指的芯片上每個(gè)晶體管的大小也不是指用于蝕刻芯片形成電路時(shí)采用的激光光源的波長(zhǎng)而是指芯片上晶體管和晶體管之間導(dǎo)線連線的寬度，簡(jiǎn)稱線寬。半導(dǎo)體業(yè)界習(xí)慣上用線寬這個(gè)工藝尺寸來代表硅芯片生產(chǎn)工藝的水平。高k金屬柵技術(shù)續(xù)每一次制作工藝的更新?lián)Q代都給新一輪處理器高速發(fā)展鋪平了大道:線寬越小，晶體管也越小，讓晶體管工作需要的電壓和電流就越低，晶體管開關(guān)的速度也就越快，這樣新工藝的晶體管就可以工作在更高的頻率下，隨之而來的就是芯片性能的提升。高k金屬柵技術(shù)續(xù)當(dāng)工藝每次提升的時(shí)候我們?cè)谧置嫔暇o緊看到的是數(shù)字的

5、提升，給大家的感覺好像是從65nm到45nm同以前從130nm到90nm，以及從90nm到65nm一樣沒有什么特別的。根據(jù)摩爾定律，就是每18個(gè)月，在同樣面積的硅片上把兩倍的晶體管“塞”進(jìn)去，從單個(gè)晶體管的角度來看，為了延續(xù)摩爾定律，我們需要每?jī)赡臧丫w管的尺寸縮小到原來的一半。高k金屬柵技術(shù)續(xù)現(xiàn)在的工藝已經(jīng)將晶體管的組成部分做到了幾個(gè)分子和原子的厚度，組成半導(dǎo)體的材料已經(jīng)達(dá)到了它的物理電氣特性的極限。最早達(dá)到這個(gè)極限的部件是組成晶體管的柵極氧化物柵極介電質(zhì)，現(xiàn)有的工藝都是采用二氧化硅(SiO2)層作為柵極介電質(zhì)。高k金屬柵技術(shù)續(xù)源極(Source)和漏極(Drain)之間的部分叫做溝道(Ch

6、annel)，柵極氧化物上面是柵極(Gate)。晶體管的工作原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是用兩個(gè)狀態(tài)表示二進(jìn)制的“0”和“1”。源極和漏極之間是溝道，當(dāng)沒有對(duì)柵極(G)施加電壓的時(shí)候，溝道中不會(huì)聚集有效的電荷，源極(S)和漏極(D)之間不會(huì)有有效電流產(chǎn)生，晶體管處于關(guān)閉狀態(tài)。關(guān)閉狀態(tài)高k金屬柵技術(shù)續(xù)可以把這種關(guān)閉的狀態(tài)解釋為“0”，當(dāng)對(duì)柵極(G)施加電壓的時(shí)候，溝道中會(huì)聚集有效的電荷，形成一條從源極(S)到漏極(D)導(dǎo)通的通道，晶體管處于開啟狀態(tài)，可以把這種狀態(tài)解釋為“1”。這樣二進(jìn)制的兩個(gè)狀態(tài)就由晶體管的開啟和關(guān)閉狀態(tài)表示出來了。高k金屬柵技術(shù)續(xù)開啟狀態(tài)這里要解釋下。最先漏電嚴(yán)重的要從90nm工藝開始

7、算起。在同樣的電壓下晶體管的數(shù)量越多電流的傳導(dǎo)就越困難，只有加大電壓才能解決，但是加大電壓也勢(shì)必會(huì)造成漏電。這就是為什么90nm的工藝功耗不降反升了。 高k金屬柵技術(shù)續(xù)90nm的工藝功耗不降反升了？技術(shù)革新的驅(qū)動(dòng)力：隨著CPU制造工藝不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的氧化硅柵介質(zhì)不斷變薄，晶體管漏電量逐步增加，隨之引起的功耗浪費(fèi)和發(fā)熱問題開始成為阻礙CPU技術(shù)發(fā)展的瓶頸。高k金屬柵技術(shù)續(xù)高K一種材料應(yīng)具有良好的絕緣屬性，同時(shí)在柵極和晶體硅襯底的通道之間(源極和漏極之間)產(chǎn)生很好的場(chǎng)效應(yīng)。K其實(shí)是電子學(xué)的工程術(shù)語(yǔ)，K源于希臘文Kappa，用于衡量一種材料存儲(chǔ)電荷(正電荷或者負(fù)電子)的能力。類比于吸水的不同材料，海

8、綿可以吸附和存儲(chǔ)大量的水，木頭可以存儲(chǔ)一些水分，所以海綿比木頭的“K值”更高。具有高K的材料可以比其他材料更好地存儲(chǔ)電荷。高k金屬柵技術(shù)續(xù)什么是材料的高介電常數(shù)?假定材料1的K值為1，材料2的K值為2。給定相同的電壓V+，如果材料的厚度相同，K=2的材料存儲(chǔ)電荷的能力是K=1的材料存儲(chǔ)電荷能力的兩倍。如果K=2材料的厚度為K=1材料的兩倍，那么存儲(chǔ)電荷的能力就相同了。擁有更高的K值的材料可以和目前的二氧化硅做得一樣厚，也可以更厚些同時(shí)保持著更理想的屬性。高k金屬柵技術(shù)續(xù)高K材料可以大幅減少漏電?經(jīng)歷了無數(shù)次失敗的痛苦，研究人員最終找到了一種基于金屬鉿(Hafnium)的氧化物，這種材料具有高K

9、的潛質(zhì)。不過這種材料作為新的柵極介電質(zhì)和原來的柵極的多晶硅并不兼容。又經(jīng)過了多次的試驗(yàn)和篩選，最后采用金屬代替多晶硅作為柵極材料的辦法來解決問題。高K材料的研究“高-K 柵極介電質(zhì)+金屬柵極”？高k金屬柵技術(shù)續(xù)高k金屬柵技術(shù)續(xù)就是目前標(biāo)準(zhǔn)晶體管結(jié)構(gòu)，這種晶體管的材料在過去將近四十年沒有太大的變化：在晶體硅襯底的柵極是多晶硅，柵極介電質(zhì)是二氧化硅。而新的“高-K 柵極介電質(zhì)+金屬柵極”晶體管(介電質(zhì)也稱為介質(zhì))確定了新的材料，又歷經(jīng)了重重艱辛，終于讓45nm的制程達(dá)到了量產(chǎn)。高k金屬柵技術(shù)續(xù)二氧化硅柵極介電質(zhì)+多晶硅高-K 柵極介電質(zhì)+金屬柵極高K金屬柵極的技術(shù)地位：高k柵介質(zhì)和金屬柵極技術(shù)的出

10、現(xiàn)和應(yīng)用是Intel強(qiáng)大技術(shù)實(shí)力厚積薄發(fā)的結(jié)果，它的全面應(yīng)用將對(duì)CPU的發(fā)展前景產(chǎn)生不可估量的影響，業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為這一技術(shù)足以保證“摩爾定律”在今后十年內(nèi)繼續(xù)有效。高k金屬柵技術(shù)續(xù)不僅如此，這一技術(shù)的出現(xiàn)也契合了當(dāng)今綠色環(huán)保、注重健康的時(shí)代潮流：新型介質(zhì)完全符合無鉛化的要求，同時(shí)它在CPU節(jié)能降耗方面的意義重大，這其中還蘊(yùn)涵著整機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行噪聲降低、維護(hù)成本降低等一系列積極因素?？偟膩碚f，它算得上是Intel追求科技人性化過程中的必然結(jié)果。 綠色環(huán)保、注重健康影響力：高K柵介質(zhì)和金屬柵極技術(shù)也將成為Intel的競(jìng)爭(zhēng)者面前的一座技術(shù)壁壘，不管誰(shuí)是下一個(gè)“跨欄者”，它都還有很艱辛漫長(zhǎng)的道路要走。高

11、k金屬柵技術(shù)續(xù)視頻-高K金屬柵極技術(shù)“到32納米或者22納米的時(shí)候，不用高k是走不下去的，非用不可。英特爾是先架了一座橋，通向32、22納米的時(shí)候更方便了，其他人也在架橋，不是說不架橋就可以跳過去了，這是一個(gè)工業(yè)趨勢(shì)誰(shuí)也躲不開?！备遦金屬柵技術(shù)續(xù)高k金屬柵技術(shù)的發(fā)展歷程不過，使用高K電介質(zhì)材料來替代二氧化硅要面對(duì)許多技術(shù)問題：芯片的穩(wěn)定性：高K介質(zhì)器件的門限電壓可能迅速竄升到500毫伏甚至更高，芯片在運(yùn)行過程中受熱升溫后，晶體管的門限電壓也將以不可預(yù)測(cè)的幅度來回?cái)[動(dòng)，這些問題很可能影響芯片的穩(wěn)定性。高k金屬柵技術(shù)續(xù)Intel已經(jīng)報(bào)道32nm high-K工藝，即：用于高K材料的等價(jià)氧化物(電介

12、質(zhì))的厚度從45納米工藝時(shí)的1納米縮小至0.9納米，柵極長(zhǎng)度縮小到30納米，處理器的同比封裝尺寸將是45納米產(chǎn)品的70%，并采用第4代應(yīng)變硅，電子在晶體管中的流通更順暢，阻力更小，耗電更低。然而并未公布相應(yīng)氧化物高K材料的具體成分，其中很多研究?jī)?nèi)容需要我們?nèi)ヌ剿?。?guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)高k金屬柵技術(shù)續(xù)過去的研究結(jié)果已經(jīng)表明金屬氧化物是取代二氧化硅在柵介質(zhì)中的候選材料體系。在這些金屬氧化物高K材料中，TiO2、ZrO2和HfO2的綜合性能表現(xiàn)得更加優(yōu)越，更易替代二氧化硅在MOSFET 柵介質(zhì)中的應(yīng)用。高k金屬柵技術(shù)續(xù)高K材料鐵電材料金屬氧化物氮化物/public/art/artinfo/id/

13、800108393. 英特爾發(fā)布3D晶體管技術(shù) 助推22納米明年量產(chǎn)英特爾稱之為3D晶體管，但從技術(shù)上講，這是三門晶體管。傳統(tǒng)的二維門由較薄的三維硅鰭所取代，硅鰭由硅基垂直伸出3D晶體管技術(shù) 續(xù)基于3D晶體管處理器優(yōu)點(diǎn)：適用于小芯片速度更快、能效更高 尺寸的手持設(shè)備反復(fù)開關(guān)消耗的能源較低 提供了一種管理晶體管密度的方式3D晶體管技術(shù) 續(xù)傳統(tǒng)2-D平面柵極被超級(jí)纖薄的、從硅基體垂直豎起的3-D硅鰭狀物所代替。電流控制是通過在鰭狀物三面的每一面安裝一個(gè)柵極而實(shí)現(xiàn)的（兩側(cè)和頂部各有一個(gè)柵極），而不是像2-D平面晶體管那樣，只在頂部有一個(gè)柵極。3D三柵極晶體管技術(shù)?3D晶體管技術(shù) 續(xù)與之前的32納米平

14、面晶體管相比，22納米3-D三柵極晶體管的優(yōu)點(diǎn)：低電壓下可將性能提高37%電量消耗將減少50%造價(jià)僅提高2%3%3D晶體管技術(shù) 續(xù)何謂硅鰭？門包裹著硅鰭。硅鰭的三面都由門包裹控制，頂部包裹一個(gè)門，側(cè)面各包裹一個(gè)門，共包裹三個(gè)門。2D二維晶體管只有頂部一個(gè)門包裹控制。3D晶體管技術(shù) 續(xù)英特爾對(duì)此解釋簡(jiǎn)單明了：“控制門增加，晶體管處于開狀態(tài)時(shí)，通過的電流會(huì)盡可能多；處于關(guān)狀態(tài)時(shí)，電流會(huì)盡快轉(zhuǎn)為零，能耗降至最低。晶體管在兩種狀態(tài)之間迅速切換能夠顯著提高性能?！?D晶體管技術(shù) 續(xù)Intel 3-D三柵極晶體管模型3D晶體管技術(shù) 續(xù)英特爾的22納米制程還將基于其第三代HKMG，并將采用銅互連、低k、應(yīng)變

15、硅等技術(shù)。另外與32納米類似，22納米制程仍將繼續(xù)使用193納米沉浸式光刻技術(shù)。英特爾沒有披露關(guān)于低k互連技術(shù)的任何細(xì)節(jié)。英特爾堅(jiān)稱，它不會(huì)采用絕緣硅(SOI)技術(shù)。據(jù)英特爾，SOI晶圓將導(dǎo)致總體工藝成本上升10%左右。世界上第一款 -22納米微處理器3D晶體管技術(shù) 續(xù)3D晶體管技術(shù) 續(xù)應(yīng)變硅/list/list.aspx?id=1442普通硅技術(shù)應(yīng)變硅技術(shù)應(yīng)變硅的技術(shù)原理：將在MOS管的柵極下溝道處得硅原子的間距加大，減少電子通行所受到的阻礙，也就是相當(dāng)于減少了電阻，當(dāng)MOS管打開的時(shí)候電流就會(huì)更順利地沿著拉伸方向在源極和漏極之間流動(dòng)，這樣一來半導(dǎo)體器件發(fā)熱量和能耗就會(huì)降低，而運(yùn)行速度則得以

16、提升。而實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的關(guān)鍵是能否找到一種成本相對(duì)較低，可大規(guī)模應(yīng)用的方法來加大硅原子間距。3D晶體管技術(shù) 續(xù)根據(jù)自然規(guī)律，在添加了相似元素的原子后，晶體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生線性擴(kuò)張。據(jù)此，研究人員開發(fā)了改進(jìn)型半導(dǎo)體材料硅鍺。由圖可知，硅鍺的晶體矩陣與純硅的相比，原子間距有了明顯的擴(kuò)張。這段擴(kuò)張出來的空間就是電子流動(dòng)的空間。3D晶體管技術(shù) 續(xù) 3D晶體管技術(shù) 續(xù)通道一般是用硅制成的，而如果使用應(yīng)變硅代替普通的硅來制造晶體管通道的話，格子里的原子將被分散在較遠(yuǎn)的距離、可以將原子拉長(zhǎng)，那么電子在通過稀疏的原子格時(shí)遇到的阻抗就大大下降。Intel宣稱利用這種技術(shù)只需將Si原子拉長(zhǎng)1，就可以提高1020的電流速度，

17、而成本只增加了2。在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，測(cè)試結(jié)果顯示電子在應(yīng)變硅材料中的流動(dòng)速度要比其在非應(yīng)變硅中快70%。而制成芯片后其運(yùn)行速度也要較非應(yīng)變硅制成的芯片快35%。3D晶體管技術(shù) 續(xù)/list/list.aspx?id=14423D晶體管技術(shù) 續(xù)絕緣硅（SOI）技術(shù)絕緣硅的出現(xiàn)主要是解決芯片的功耗問題。該技術(shù)利用一層SiO2絕緣薄膜，將各個(gè)晶體管與最底下的硅圓片分開，而常規(guī)的CMOS芯片中，晶體管直接與圓片接觸。SOI的二氧化硅層能有效地使電子從一個(gè)晶體管門電路流到另一個(gè)晶體管門電路，不會(huì)讓多余的電子滲漏到圓片上，由于不會(huì)因電子滲漏而浪費(fèi)電能，因此功耗更小。3D晶體管技術(shù) 續(xù)IBM宣稱：同類SOI芯片

18、與CMOS芯片的對(duì)比顯示，SOI芯片速度快20%30%，而能耗為CMOS芯片能耗的一半或者三分之一。3D晶體管技術(shù) 續(xù)3D晶體管技術(shù) 續(xù)其它的領(lǐng)先國(guó)際大廠如IBM fab 俱樂部，臺(tái)積電等也在開發(fā)多柵晶體管結(jié)構(gòu)。只是按英特爾院士Mark Bohr看法，英特爾至少領(lǐng)先3年，如臺(tái)積電計(jì)劃在14nm時(shí)才準(zhǔn)備采用FinFET結(jié)構(gòu)。3D晶體管結(jié)構(gòu)的偉大意義3D晶體管技術(shù) 續(xù)另外，據(jù)Mark Bohr透露，三柵結(jié)構(gòu)技術(shù)可以縮小到14納米。意味著業(yè)界一直爭(zhēng)論的16納米之后(包括16納米)的技術(shù)如何走？英特爾至少已經(jīng)打開一條生路。因此3D晶體管結(jié)構(gòu)具有劃時(shí)代的革命性意義。3D晶體管結(jié)構(gòu)從制造工藝成本上僅增加2

19、-3因此是十分誘人的。3D晶體管技術(shù) 續(xù)它的22nm制程又稱1270，已進(jìn)入生產(chǎn)。首先會(huì)在奧勒岡州的D10晶圓廠生產(chǎn)，而后再移到亞利桑那州的F32廠，將在2011年下半年開始量產(chǎn)。3D晶體管技術(shù) 續(xù)英特爾的下一代處理器Ivy Bridge將獨(dú)家采用該3D晶體管技術(shù)。也就是說英特爾在生產(chǎn)Ivy Bridge芯片時(shí)將退出2D晶體管制造業(yè)務(wù)、完全轉(zhuǎn)向3D晶體管。2011年底，Ivy Bridge芯片將開始進(jìn)入商業(yè)生產(chǎn)，然而估計(jì)應(yīng)該在2012年時(shí)進(jìn)入批量生產(chǎn)。3D晶體管技術(shù) 續(xù)為此，英特爾公司于近日上調(diào)其2011年的資本支出計(jì)劃由之前的支出90億美元，上調(diào)至102億美元。用來推進(jìn)其22納米芯片制造工藝

20、的研發(fā)，并向其下一個(gè)目標(biāo)14納米芯片進(jìn)發(fā)。3D晶體管技術(shù) 續(xù)半導(dǎo)體的第一個(gè)應(yīng)用就是利用它的整流效應(yīng)作為檢波器，就是點(diǎn)接觸二極管（也俗稱貓胡子檢波器，即將一個(gè)金屬探針接觸在一塊半導(dǎo)體上以檢測(cè)電磁波）。半導(dǎo)體還用來做整流器、光伏電池、紅外探測(cè)器等，半導(dǎo)體的四個(gè)效應(yīng)都用到了。 5、半導(dǎo)體的主要用途1、半導(dǎo)體材料的早期應(yīng)用 半導(dǎo)體的主要用途續(xù)從1907年到1927年，美國(guó)的物理學(xué)家研制成功晶體整流器、硒整流器和氧化亞銅整流器。1931年，蘭治和伯格曼研制成功硒光伏電池。1932年，德國(guó)先后研制成功硫化鉛、硒化鉛和碲化鉛等半導(dǎo)體紅外探測(cè)器，在二戰(zhàn)中用于偵探飛機(jī)和船艦。二戰(zhàn)時(shí)盟軍在半導(dǎo)體方面的研究也取得了

21、很大成效，英國(guó)就利用紅外探測(cè)器多次偵探到了德國(guó)的飛機(jī)。半導(dǎo)體的主要用途續(xù)半導(dǎo)體材料的研制和應(yīng)用的關(guān)聯(lián)回顧半導(dǎo)體材料的發(fā)展歷史，隨著不同時(shí)期新的材料的出現(xiàn)，半導(dǎo)體材料的應(yīng)用先后出現(xiàn)幾次飛躍。第一代半導(dǎo)體材料是Si。Si片的出現(xiàn)使半導(dǎo)體材料在微電子領(lǐng)域中的應(yīng)用獲得突破性的進(jìn)展。Si材料有兩種，即單晶硅和多晶硅。Si材料的提純需在超高真空條件下進(jìn)行。單晶硅片在70年代實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，微電子技術(shù)在此基礎(chǔ)上發(fā)展。一、 第一代半導(dǎo)體材料(元素半導(dǎo)體)半導(dǎo)體的主要用途續(xù)GaAs是具有代表性的第二代半導(dǎo)體材料。這種材料稱為化合物半導(dǎo)體材料。類似的化合物半導(dǎo)體材料還有：GaAlAs、GaAsP、InGaAs、GaP

22、、InGaAsP等。第二代半導(dǎo)體材料以群體效應(yīng)出現(xiàn)，使半導(dǎo)體材料的應(yīng)用進(jìn)入光電子領(lǐng)域。二、 第二代半導(dǎo)體材料(化合物半導(dǎo)體)半導(dǎo)體的主要用途續(xù)SiC、GaN、ZnO是90年代新研制成功的第三代半導(dǎo)體材料。這類材料的價(jià)格低于前兩代，而且有更優(yōu)異的性能。例如，它們的熱導(dǎo)率是Si的3倍多，擊穿場(chǎng)強(qiáng)是Si的10倍，飽和電子遷移率是Si的2.5倍，鍵合能也很高。這些特點(diǎn)使它們特別適用于高頻大功率、抗輻射、抗腐蝕的電子器件。三、第三代半導(dǎo)體材料(化合物半導(dǎo)體)SiC材料現(xiàn)已用于高頻大功率器。這類器件已在軍事雷達(dá)、衛(wèi)星通訊以及高清晰度電視圖像的發(fā)送和傳播中獲得應(yīng)用。半導(dǎo)體的主要用途續(xù)思考題(緒論)簡(jiǎn)述半導(dǎo)體

23、整流作用、霍爾效應(yīng)、摩爾定律？什么叫高K金屬柵極技術(shù)？簡(jiǎn)述其優(yōu)點(diǎn)。3D晶體管的物理模型？簡(jiǎn)述其優(yōu)點(diǎn)。簡(jiǎn)述22納米制程技術(shù)面臨的15大挑戰(zhàn)？選擇其中3個(gè)挑戰(zhàn)進(jìn)行闡述。簡(jiǎn)述半導(dǎo)體材料的應(yīng)用，舉出3種以上的應(yīng)用。半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)主講人：吳家剛EMAIL: msewujg 四川大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.3 半導(dǎo)體材料的特點(diǎn)及分類1.5 二極管1.6 三極管1.7 場(chǎng)效應(yīng)管第一章1.2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性1.4 半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)1.1 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)1.1 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)一、晶體的基本知識(shí)晶體準(zhǔn)晶體非晶體固體單晶體多晶體準(zhǔn)晶體具有與晶體相似的長(zhǎng)程有序的原子排列；但

24、是準(zhǔn)晶體不具備晶體的平移對(duì)稱性。晶體的基本特點(diǎn)：具有一定的外形和固定的熔點(diǎn)；組成晶體的原子(或離子)在較大的范圍內(nèi)(至少是微米量級(jí))是按一定的方式有規(guī)則的排列而成長(zhǎng)程有序。（如Si，Ge，GaAs）第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)現(xiàn)在不得不說準(zhǔn)晶。準(zhǔn)晶體的發(fā)現(xiàn)，是20世紀(jì)80年代晶體學(xué)研究中的一次突破。這是我們做電鏡的人的功勞。1984年底，D. Shechtman等人宣布，他們?cè)诩崩淠痰腁lMn合金中發(fā)現(xiàn)了具有五重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱但并無無平移周期性的合金相，在晶體學(xué)及相關(guān)的學(xué)術(shù)界引起了很大的震動(dòng)。不久，這種無平移同期性但有位置序的晶體就被稱為準(zhǔn)晶。（2011年若貝爾化學(xué)獎(jiǎng)）第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)四、閃鋅

25、礦結(jié)構(gòu)(GaAs)具有類似于金剛石結(jié)構(gòu)的硫化鋅(ZnS)晶體結(jié)構(gòu)，或稱為閃鋅礦結(jié)構(gòu)。GaAs晶體中每個(gè)Ga原子和As原子共有一對(duì)價(jià)電子，形成四個(gè)共價(jià)鍵，組成共價(jià)四面體。第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)閃鋅礦結(jié)構(gòu)和金剛石結(jié)構(gòu)的不同之處在于套構(gòu)成晶胞的兩個(gè)面心立方分別是由兩種不同原子組成的。GaAs的閃鋅礦結(jié)構(gòu)第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)硫化鋅(ZnS)導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體(Conductor)與絕緣體(Insulator)之間電阻率介于金屬和絕緣體之間并有負(fù)的電阻溫度系數(shù)1.2 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性半導(dǎo)體 (定性)第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)(T)= 。+T溫度系數(shù) T 溫度 電阻率半導(dǎo)體：溫度系數(shù)為負(fù)半導(dǎo)體的電阻率(電

26、導(dǎo)率)基本上隨溫度的升高而降低(增加)金屬：溫度系數(shù)為正金屬的電阻率(電導(dǎo)率)隨溫度的升高而增加 (降低)金屬和半導(dǎo)體的區(qū)別第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí) 金屬的導(dǎo)電能力：由費(fèi)米能級(jí)附近的電子移動(dòng)能力決定的。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力：由價(jià)帶頂附近的空穴和導(dǎo)帶底的電子的共同移動(dòng)能力決定的。第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí) 金屬導(dǎo)電是只有電子一種載體 半導(dǎo)體導(dǎo)電存在電子與空穴兩種載體。 第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)接近絕對(duì)零度(1K)的極低低溫下：金屬電阻率普遍會(huì)下降，有許多金屬會(huì)成為電阻率無窮小的超導(dǎo)體半導(dǎo)體的電阻率會(huì)在極度增大而達(dá)到絕緣體的水平第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)電阻率易變且變化范圍很寬的材料。電阻率的結(jié)構(gòu)和組分

27、敏感性在形成晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體中，人為地?fù)饺胩囟ǖ碾s質(zhì)元素，導(dǎo)電性能具有可控性。在光照和熱輻射條件下，其導(dǎo)電性有明顯的變化。1.3半導(dǎo)體材料的特點(diǎn)及分類第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體材料是一類具有半導(dǎo)體性能、可用來制作半導(dǎo)體器件和集成電路的電子材料。-材料:常見硅、鍺-硅、鍺晶體的每個(gè)原子均是靠共價(jià)鍵緊密結(jié)合在一起。 半導(dǎo)體材料的定義第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)較完整、 純凈的半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度上升而指數(shù)式下降 (電導(dǎo)率指數(shù)式上升) 。 “外界刺激”(光照、 摻雜等)很容易改變其電阻率。半導(dǎo)體材料中有兩種載流子-電子和空穴。 半導(dǎo)體材料的基本特性第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)有少量固體材料， 如As

28、，Sb，Bi，其電阻率比一般金屬高出1001000倍， 但卻不具備本征半導(dǎo)體材料的某些基本特性 (例如， 其電學(xué)性質(zhì)，對(duì)光、 熱輻射的高度敏感性等)，而將它們稱為半金屬。半金屬定義第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)電阻率比一般金屬高出1001000倍， 但卻不具備本征半導(dǎo)體材料的某些基本特性的物質(zhì)稱為半金屬。導(dǎo)帶與價(jià)帶之間有一小部分重疊。不需要熱激發(fā)，價(jià)帶頂部的電子會(huì)流入能量較低的導(dǎo)帶底部。在絕對(duì)零度時(shí)，導(dǎo)帶中就已有一定的電子濃度，價(jià)帶中也有相等的空穴濃度。這是半金屬與半導(dǎo)體的根本區(qū)別。但因重疊較小，它和典型的金屬也有所區(qū)別。 半金屬的特點(diǎn)第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)N 型導(dǎo)電 以電子為主要載流子，它是多數(shù)

29、載流子， 簡(jiǎn)稱為多子， 而空穴則是少數(shù)載流子-少子P 型導(dǎo)電 以空穴為多子， 電子則是少子本征導(dǎo)電 電子、 空穴數(shù)量相等，都參與導(dǎo)電三種導(dǎo)電類型第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)論：本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能與溫度有關(guān)。半導(dǎo)體材料性能對(duì)溫度的敏感性，可制作熱敏和光敏器件，又造成半導(dǎo)體器件溫度穩(wěn)定性差的原因。第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)注意： (1) 本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少, 其導(dǎo)電性能很差； (2) 溫度愈高， 載流子的數(shù)目愈多, 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也就愈好。所以，溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性能影響很大。第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí) 1. 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與 有關(guān) a. 摻雜濃度 b.溫度 2. 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子

30、的數(shù)量與 有關(guān) a. 摻雜濃度 b.溫度 3. 當(dāng)溫度升高時(shí)，少子的數(shù)量 a. 減少 b. 不變 c. 增多 4. 在外加電壓的作用下，P 型半導(dǎo)體中的電流主要是 ，N 型半導(dǎo)體中的電流主要是 。 a. 電子電流 b.空穴電流PN結(jié)的形成 多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成耗盡層（空間電荷區(qū)）空穴濃度： P區(qū)N區(qū)；自由電子：P區(qū)濃度低擴(kuò)散，擴(kuò)散到對(duì)方復(fù)合，交界區(qū)僅剩正負(fù)離子形成耗盡層/阻擋層/空間電荷區(qū)/內(nèi)電場(chǎng)EIN。第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)總結(jié)：PN結(jié)：由濃度差引起的多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，它使阻擋層變寬；由內(nèi)電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的少子漂移運(yùn)動(dòng)，它使阻擋層變窄。當(dāng)兩者強(qiáng)度相當(dāng)時(shí)，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。 少子漂移運(yùn)動(dòng): 內(nèi)電場(chǎng)的存在，

31、阻止了多子的擴(kuò)散，P區(qū)的少子電子，N區(qū)少子空穴， 內(nèi)電場(chǎng)作用下向?qū)Ψ揭苿?dòng)漂移。第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí) PN結(jié)具有單向?qū)щ娦裕寒?dāng)正向偏置時(shí)，有較大的正向電流，電阻很小，成導(dǎo)通狀態(tài)；反向偏置時(shí)電流很?。◣缀鯙?），電阻很大，成截止?fàn)顟B(tài)。總結(jié)：第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)擊穿特性的特點(diǎn)是，雖然反向電流劇增，但二極管的端電壓卻變化很小，這一特點(diǎn)成為制作穩(wěn)壓二極管的依據(jù)。第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.3 半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)Eg 6 eVEg絕緣體半導(dǎo)體價(jià)帶導(dǎo)帶導(dǎo)體第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)直接帶隙和間接帶隙直接帶隙 間接帶隙第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)直接帶隙半導(dǎo)體材料導(dǎo)帶最小值(導(dǎo)帶底)和滿帶最大值在k空間中同一

32、位置。電子要躍遷到導(dǎo)帶上產(chǎn)生導(dǎo)電的電子和空穴(形成半滿能帶)只需要吸收能量。第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)間接帶隙半導(dǎo)體材料:導(dǎo)帶最小值（導(dǎo)帶底）和滿帶最大值在k空間中不同位置。形成半滿能帶不只需要吸收能量，還要改變動(dòng)量。第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)直接帶隙和間接帶隙半導(dǎo)體的對(duì)比分析價(jià)帶的極大值和導(dǎo)帶的極小值都位于k空間的原點(diǎn)上價(jià)帶的電子躍遷到導(dǎo)帶時(shí)，只要求能量的改變，而電子的準(zhǔn)動(dòng)量不發(fā)生變化，稱為直接躍遷直接躍遷對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體材料稱為直接禁帶半導(dǎo)體例子：GaAs，GaN，ZnO價(jià)帶的極大值和導(dǎo)帶的極小值不位于k空間的原點(diǎn)上價(jià)帶的電子躍遷到導(dǎo)帶時(shí)，不僅要求電子的能量要改變，電子的準(zhǔn)動(dòng)量也要改變，稱為間接躍

33、遷間接躍遷對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體材料稱為間接禁帶半導(dǎo)體例子：Si，Ge第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)直接躍遷和間接躍遷考慮到光子的動(dòng)量較小，可以忽略;因而電子吸收或放出一個(gè)光子，發(fā)生躍遷時(shí)電子的動(dòng)量基本不變;單純的光躍遷過程是直接躍遷，效率高;間接躍遷為了能量守恒，必須有聲子參加，因而發(fā)生間接躍遷的概率要小得多第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)GaN是直接帶隙的材料，其光躍遷幾率比間接帶隙的高一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，寬帶隙的GaN基半導(dǎo)體在短波長(zhǎng)發(fā)光二極管、激光器和紫外探測(cè)器，以及高溫微電子器件方面顯示出廣闊的應(yīng)用前景；對(duì)環(huán)保，其還是很適合于環(huán)保的材料體系。陰極引線陽(yáng)極引線二氧化硅保護(hù)層P型硅N型硅( c ) 平面型金屬觸絲

34、陽(yáng)極引線N型鍺片陰極引線外殼( a ) 點(diǎn)接觸型鋁合金小球N型硅陽(yáng)極引線PN結(jié)金銻合金底座陰極引線( b ) 面接觸型半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào) 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖陰極陽(yáng)極( d ) 符號(hào)D1.4 半導(dǎo)體二極管 第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管又叫齊納二極管;此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件.在這臨界擊穿點(diǎn)上,反向電阻降低到一個(gè)很少的數(shù)值,在這個(gè)低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定,穩(wěn)壓二極管是根據(jù)第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)發(fā)光二極管第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)LED定義：LED顯示屏（LED panel）：LED就是light emitting diode ，發(fā)

35、光二極管的英文縮寫，簡(jiǎn)稱LED?！半娔苻D(zhuǎn)化成光能”101LED？原理：半導(dǎo)體晶片由三部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子，中間通常是1至5個(gè)周期的量子阱。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子和空穴就會(huì)被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。 量子阱指由2種不同的半導(dǎo)體材料相間排列形成的、具有明顯量子限制效應(yīng)的電子或空穴的勢(shì)阱。第二章 半導(dǎo)體材料概述主講人：吳家剛TEL:MAIL: msewujg 四川

36、大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院化學(xué)組成元素半導(dǎo)體 無機(jī)化合物半導(dǎo)體有機(jī)化合物半導(dǎo)體非晶態(tài)與液態(tài)半導(dǎo)體半導(dǎo)體材料精細(xì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體磁性及超導(dǎo)半導(dǎo)體元素周期表的A族至A族分布著11種具有半導(dǎo)性的元素，如C、P、Se、B、Si、Ge、Te、Sn、As、Sb、I。一、元素半導(dǎo)體 第二章 半導(dǎo)體材料概述二元系包括：-族:SiC和Ge-Si合金都具有閃鋅礦的結(jié)構(gòu)。-族:由周期表中族元素Al、Ga、In和V族元素P、As、Sb組成，典型的代表為GaAs。它們都具有閃鋅礦結(jié)構(gòu),它們?cè)趹?yīng)用方面僅次于Ge、Si,有很大的發(fā)展前途。 無機(jī)化合物半導(dǎo)體分二元系、三元系、四元系等。 二、無機(jī)化合物半導(dǎo)體第二章 半導(dǎo)體材料概述科學(xué)家

37、研制成功高性能氮化鎵晶體管Faster, smaller and more economical gallium nitride transistorsFor the first time, researchers from CNRS France and ETH Zurich have succeeded in producing high-performance high-electron-mobility transistors (HEMTs) made of gallium nitride (GaN) on a silicon(110) wafer. 據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)9月22日（北

38、京時(shí)間）報(bào)道，法國(guó)和瑞士科學(xué)家首次使用氮化鎵在(100)-硅(晶體取向?yàn)?00)基座上，成功制造出了性能優(yōu)異的高電子遷徙率晶體管(HEMTs)。此前，氮化鎵只能用于(111)-硅上，而目前廣泛使用的由硅制成的互補(bǔ)性金屬氧化半導(dǎo)體(CMOS)芯片一般在(100)-硅或(110)-硅晶圓上制成。這表明，新晶體管能同由(110)-硅制成的CMOS芯片兼容，科學(xué)家可據(jù)此研制出兼具CMOS芯片的計(jì)算能力和氮化鎵晶體管大功率容量的混合電子元件，以獲得更小更快、能耗更低的電子設(shè)備。相關(guān)論文發(fā)表于應(yīng)用物理學(xué)快報(bào)（Applied Physics Express）。晶體管主要由硅制成，用在高電壓電路中，其作用是計(jì)

39、算以及增強(qiáng)電子射頻信號(hào)。瑞士蘇黎世聯(lián)邦高等工學(xué)院（ETH）的科倫坡博羅內(nèi)斯說：“硅是上帝賜予工程師們的禮物。硅不僅是做基座，也是做半導(dǎo)體和芯片的基本材料?！钡壘w管的優(yōu)勢(shì)：然而，硅也有缺陷。當(dāng)溫度超過200攝氏度后，硅基設(shè)備開始出故障。氮化鎵晶體管能應(yīng)對(duì)1000攝氏度以上的高溫；其能應(yīng)對(duì)的電場(chǎng)強(qiáng)度也是硅的50多倍，這使科學(xué)家們可用氮化鎵制造出更快的電子線路。博羅內(nèi)斯說：“這一點(diǎn)對(duì)于通訊來說尤為重要，因?yàn)楣こ處焸兡芙璐烁旄行У靥幚硇畔??！钡壍娜秉c(diǎn)：但科學(xué)家們一直認(rèn)為氮化鎵技術(shù)太過昂貴，不能取代硅技術(shù)。不過，最近工程師們開始利用氮化鎵在構(gòu)建動(dòng)力電子設(shè)備方面的優(yōu)勢(shì)，希冀研發(fā)出更快、更耐熱

40、、能效更高的晶體管。解決的技術(shù)難題：因?yàn)榈壓凸柽@兩種材料的屬性不同，很難將兩者結(jié)合在一個(gè)晶圓上，并且在加熱過程中可能也會(huì)產(chǎn)生裂痕。不過，在最新研究中，博羅內(nèi)斯和法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心的科學(xué)家成功地將氮化鎵種植在（100）-硅晶圓上，制造出了新的氮化鎵晶體管，也解決了高溫可能產(chǎn)生裂痕的問題。降低成本的可能性一：便宜的襯底(100)-硅基座的成本為每平方厘米50美分，比常用的藍(lán)寶石或碳化硅基座更便宜（碳化硅基座的成本為每平方厘米5美元至20美元），大大降低了氮化鎵技術(shù)的成本。科學(xué)家們也可以使用硅制造出直徑為30厘米的大晶圓，用藍(lán)寶石或碳化硅則無法做到這些。降低成本的可能性二：耗能低、節(jié)能另外，氮

41、化鎵具有良好的耐熱性能，因此由其制成的動(dòng)力電子設(shè)備幾乎不需要冷卻。博羅內(nèi)斯表示，如果移動(dòng)通訊基站配備氮化鎵晶體管，運(yùn)營(yíng)商將不再需要高能耗的冷卻系統(tǒng)。照明能耗約占全球能耗的20%，用氮化鎵制成的一個(gè)5瓦的燈泡與傳統(tǒng)60瓦的白熾燈一樣明亮，因此，氮化鎵有助于為照明領(lǐng)域節(jié)省大量能源?；瘜W(xué)組成元素半導(dǎo)體 無機(jī)化合物半導(dǎo)體有機(jī)化合物半導(dǎo)體非晶態(tài)與液態(tài)半導(dǎo)體半導(dǎo)體材料精細(xì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體磁性及超導(dǎo)半導(dǎo)體三、有機(jī)化合物半導(dǎo)體 第二章 半導(dǎo)體材料概述有機(jī)太陽(yáng)能電池:由有機(jī)材料構(gòu)成核心部分的太陽(yáng)能電池。如今量產(chǎn)的太陽(yáng)能電池里：95以上是硅基的；不到5也是由其它無機(jī)材料制成的。導(dǎo)電能力介于金屬和絕緣體之間有機(jī)物。 有機(jī)

42、半導(dǎo)體可分為：有機(jī)物、聚合物、給體-受體絡(luò)合物第二章 半導(dǎo)體材料概述有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)目前有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)的綜合性能已經(jīng)達(dá)到商用非晶硅水平，其鮮明的低生產(chǎn)成本和高功能優(yōu)點(diǎn)已顯示出巨大的市場(chǎng)潛力和產(chǎn)業(yè)化價(jià)值。有機(jī)薄膜晶體管將很快成為新一代平板顯示的核心技術(shù)。有機(jī)薄膜晶體管(OTFT，organic thin film transistor)的基本結(jié)構(gòu)和功能與傳統(tǒng)的薄膜晶體管(TFT)基本相同，不同的是它采用了有機(jī)半導(dǎo)體作為工作物質(zhì)。OTFT優(yōu)點(diǎn)：與現(xiàn)有的非晶硅或多晶硅TFT相比，OTFT具有以下特點(diǎn)：加工溫度低，一般在180以下，不僅能耗顯著降低，而且適用于柔性基板；（制作溫度

43、低）工藝過程大大簡(jiǎn)化，成本大幅度降低，氣相沉積和印刷打印兩種方法都適合大面積加工；（成本低）材料來源廣泛，發(fā)展?jié)摿Υ?，同時(shí)環(huán)境友好。急需解決的關(guān)鍵問題包括：研制高載流子遷移率的有機(jī)半導(dǎo)體材料；改善有機(jī)半導(dǎo)體薄膜特性來提高載流子遷移率；提高有機(jī)薄膜晶體管的穩(wěn)定性、頻率特性、開關(guān)特性p型和n型有機(jī)半導(dǎo)體材料對(duì)于OTFT的發(fā)展同等重要，因?yàn)橛蓀型和n型OTFT共同構(gòu)筑的有機(jī)互補(bǔ)電路具有功耗低、操作速度快、噪音容限大等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于各種有機(jī)數(shù)字電路，是實(shí)現(xiàn)有機(jī)電子器件應(yīng)用的基礎(chǔ)。第二章 半導(dǎo)體材料概述目前n型有機(jī)半導(dǎo)體材料的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于p型有機(jī)半導(dǎo)體材料。n型有機(jī)半導(dǎo)體材料的優(yōu)點(diǎn)：高電子遷移率；空

44、氣穩(wěn)定；可溶液加工性質(zhì)；該類型材料的短缺大大限制了OTFT相關(guān)的柔性電子器件及有機(jī)電路的發(fā)展。第二章 半導(dǎo)體材料概述不同于以往在缺電子的芳核上直接引入拉電子基團(tuán)（如氰基、氟原子）來設(shè)計(jì)n-型有機(jī)半導(dǎo)體材料的方法。第二章 半導(dǎo)體材料概述有機(jī)半導(dǎo)體材料是制造有機(jī)太陽(yáng)能電池的基礎(chǔ)。有機(jī)半導(dǎo)體分子結(jié)構(gòu)的主要特征具有一個(gè)較長(zhǎng)的離域共軛結(jié)構(gòu)，它們可以是小分子，也可以是高分子。第二章 半導(dǎo)體材料概述共軛效應(yīng) (conjugated effect) ，又稱離域效應(yīng)，是指由于共軛鍵的形成而引起分子性質(zhì)的改變的效應(yīng)。電致發(fā)光(Electroluminescent)，又可稱電場(chǎng)發(fā)光，簡(jiǎn)稱EL，是通過加在兩電極的電壓

45、產(chǎn)生電場(chǎng)，被電場(chǎng)激發(fā)的電子碰擊發(fā)光中心，而引致電子解級(jí)的躍進(jìn)、變化、復(fù)合導(dǎo)致發(fā)光的一種物理現(xiàn)象。如前所述，當(dāng)有機(jī)半導(dǎo)體材料吸收光子，其pi軌道上的電子就會(huì)躍遷到pi*反鍵軌道上。仍然與無機(jī)半導(dǎo)體不同的是，被激發(fā)后的電子仍舊與所在分子緊密結(jié)合，并不能像無機(jī)半導(dǎo)體內(nèi)的激發(fā)電子一樣自由運(yùn)動(dòng)。此時(shí)被激發(fā)的分子中含有一個(gè)能量較高的電子，這就可以理解為一對(duì)正負(fù)電荷以庫(kù)侖力結(jié)合在一起。這樣的分子稱為“激子（Exciton）”。第二章 半導(dǎo)體材料概述激子的存在亦是有機(jī)半導(dǎo)體的重要特征，也是有機(jī)太陽(yáng)有電池與無機(jī)太陽(yáng)能電池的最顯著區(qū)別，因此也有人將有機(jī)太陽(yáng)能電池稱為“激子型太陽(yáng)能電池（Excitonic sola

46、r cells）”。 第二章 半導(dǎo)體材料概述有機(jī)太陽(yáng)能電池技術(shù)簡(jiǎn)介 （2）有機(jī)太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)鄧青云和他的有機(jī)太陽(yáng)能電池第二章 半導(dǎo)體材料概述化學(xué)組成元素半導(dǎo)體 無機(jī)化合物半導(dǎo)體有機(jī)化合物半導(dǎo)體非晶態(tài)與液態(tài)半導(dǎo)體半導(dǎo)體材料精細(xì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體磁性及超導(dǎo)半導(dǎo)體非晶態(tài)與液態(tài)半導(dǎo)體 相對(duì)于晶態(tài)半導(dǎo)體的最大區(qū)別是不具有嚴(yán)格周期性排列的晶體結(jié)構(gòu)。四、非晶態(tài)與液態(tài)半導(dǎo)體 第二章 半導(dǎo)體材料概述光致衰退效應(yīng)，light-induced degradation也稱S-W效應(yīng)。a-Si:H薄膜經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)光照射或電流通過,在其內(nèi)部將產(chǎn)生缺陷而使薄膜的使用性能下降,稱為Steabler-Wronski效應(yīng)。光致衰減區(qū)域?qū)-W效應(yīng)的起因，至今仍有不少爭(zhēng)議,造成衰退的微觀機(jī)制也尚無定論，成為迄今國(guó)內(nèi)外非晶硅材料研究的熱門課題。總的看法認(rèn)為，S-W效應(yīng)起因于光照導(dǎo)致在帶隙中產(chǎn)生了新的懸掛鍵缺陷態(tài)(深能級(jí))，這種缺陷態(tài)會(huì)影響a-Si: