《半导体材料相关知识介绍》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半导体材料相关知识介绍（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、半导体材料(semiconduc tor mat erial)导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。半导体材料是一类具有半导体性 能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料，其电阻率在10 (U-3) 10 (U-9)欧姆/ 厘米范围内。半导体材料的电学性质对光、热、电、磁等外界因素的变化十分敏感，在半导 体材料中掺入少量杂质可以控制这类材料的电导率。正是利用半导体材料的这些性质，才制 造出功能多样的半导体器件。 半导体材料是半导体工业的基础，它的发展对半导体技术的 发展有极大的影响。半导体材料按化学成分和内部结构，大致可分为以下几类。1.元素半导 体有锗、硅、硒、硼、碲、锑等。50
2、年代，锗在半导体中占主导地位，但 锗半导体器件的 耐高温和抗辐射性能较差，到60年代后期逐渐被硅材料取代。用硅制造的半导体器件，耐 高温和抗辐射性能较好，特别适宜制作大功率器件。因此，硅已成为应用最多的一种增导体 材料，目前的集成电路大多数是用硅材料制造的。2.化合物半导体由两种或两种以上的元素 化合而成的半导体材料。它的种类很多，重要的有砷化镓、磷化锢、锑化锢、碳化硅、硫化 镉及镓砷硅等。其中砷化镓是制造微波器件和集成电的重要材料。碳化硅由于其抗辐射能力 强、耐高温和化学稳定性好，在航天技术领域有着广泛的应用。3.无定形半导体材料 用作 半导体的玻璃是一种非晶体无定形半导体材料，分为氧化物玻
3、璃和非氧化物玻璃两种。这类 材料具有良好的开关和记忆特性和很强的抗辐射能力，主要用来制造阈值开关、记忆开关和 固体显示器件。4.有机增导体材料已知的有机半导体材料有几十种，包括萘、蒽、聚丙烯腈、 酞菁和一些芳香族化合物等，目前尚未得到应用 。特性和参数 半导体材料的导电性对某些微量杂质极敏感。纯度很高的半导体材料称为 本征半导体，常温下其电阻率很高，是电的不良导体。在高纯半导体材料中掺入适当杂质后， 由于杂质原子提供导电载流子，使材料的电阻率大为降低。这种掺杂半导体常称为杂质半导 体。杂质半导体靠导带电子导电的称N型半导体，靠价带空穴导电的称P型半导体。不同类 型半导体间接触(构成PN结)或半
4、导体与金属接触时，因电子(或空穴)浓度差而产生扩 散，在接触处形成位垒，因而这类接触具有单向导电性。利用PN结的单向导电性，可以制 成具有不同功能的半导体器件，如二极管、三极管、晶闸管等。此外，半导体材料的导电性 对外界条件（如热、光、电、磁等因素）的变化非常敏感，据此可以制造各种敏感元件，用 于信息转换。半导体材料的特性参数有禁带宽度、电阻率、载流子迁移率、非平衡载流子寿命和位 错密度。禁带宽度由半导体的电子态、原子组态决定，反映组成这种材料的原子中价电子从 束缚状态激发到自由状态所需的能量。电阻率、载流子迁移率反映材料的导电能力。非平衡 载流子寿命反映半导体材料在外界作用（如光或电场）下内
5、部载流子由非平衡状态向平衡状 态过渡的弛豫特性。位错是晶体中最常见的一类缺陷。位错密度用来衡量半导体单晶材料晶 格完整性的程度，对于非晶态半导体材料，则没有这一参数。半导体材料的特性参数不仅能 反映半导体材料与其他非半导体材料之间的差别 ，更重要的是能反映各种半导体材料之间 甚至同一种材料在不同情况下，其特性的量值差别。种类 常用的半导体材料分为元素半导体和化合物半导体。元素半导体是由单一元素制 成的半导体材料。主要有硅、锗、硒等，以硅、锗应用最广。化合物半导体分为二元系、三 元系、多元系和有机化合物半导体。二元系化合物半导体有III-V族（如砷化镓、磷化镓、 磷化铟等）、ll-w族（如硫化镉
6、、硒化镉、碲化锌、硫化锌等）、W-W族（如硫化铅、 硒化铅等）、w-w族（如碳化硅）化合物。三元系和多元系化合物半导体主要为三元和多 元固溶体，如镓铝砷固溶体、镓锗砷磷固溶体等。有机化合物半导体有萘、蒽、聚丙烯腈等， 还处于研究阶段。此外，还有非晶态和液态半导体材料，这类半导体与晶态半导体的最大区 别是不具有严格周期性排列的晶体结构。制备 不同的半导体器件对半导体材料有不同的形态要求，包括单晶的切片、磨片、抛 光片、薄膜等。半导体材料的不同形态要求对应不同的加工工艺。常用的半导体材料制备工 艺有提纯、单晶的制备和薄膜外延生长。所有的半导体材料都需要对原料进行提纯，要求的纯度在6 个“9”以上
7、，最高达11 个“9”以上。提纯的方法分两大类，一类是不改变材料的化学组成进行提纯，称为物理提 纯；另一类是把元素先变成化合物进行提纯，再将提纯后的化合物还原成元素，称为化学提 纯。物理提纯的方法有真空蒸发、区域精制、拉晶提纯等，使用最多的是区域精制。化学提 纯的主要方法有电解、络合、萃取、精馏等，使用最多的是精馏。由于每一种方法都有一定 的局限性，因此常使用几种提纯方法相结合的工艺流程以获得合格的材料。绝大多数半导体器件是在单晶片或以单晶片为衬底的外延片上作出的。成批量的半导 体单晶都是用熔体生长法制成的。直拉法应用最广，80的硅单晶、大部分锗单晶和锑化铟 单晶是用此法生产的，其中硅单晶的最
8、大直径已达 300 毫米。在熔体中通入磁场的直拉法 称为磁控拉晶法，用此法已生产出高均匀性硅单晶。在坩埚熔体表面加入液体覆盖剂称液封 直拉法，用此法拉制砷化镓、磷化镓、磷化铟等分解压较大的单晶。悬浮区熔法的熔体不与 容器接触，用此法生长高纯硅单晶。水平区熔法用以生产锗单晶。水平定向结晶法主要用于 制备砷化镓单晶，而垂直定向结晶法用于制备碲化镉、砷化镓。用各种方法生产的体单晶再 经过晶体定向、滚磨、作参考面、切片、磨片、倒角、抛光、腐蚀、清洗、检测、封装等全 部或部分工序以提供相应的晶片。在单晶衬底上生长单晶薄膜称为外延。外延的方法有气相、液相、固相、分子束外延 等。工业生产使用的主要是化学气相外延，其次是液相外延。金属有机化合物气相外延和分 子束外延则用于制备量子阱及超晶格等微结构。非晶、微晶、多晶薄膜多在玻璃、陶瓷、金 属等衬底上用不同类型的化学气相沉积、磁控溅射等方法制成。
