单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,2.1,常见的半导体材料及其物理和化学性质,2.1.1,常见的半导体材料,Se,，,最早期的半导体之一，硒整流器，硒光电池、光敏硒鼓,;,(,已经很少用）,Ge,早期的半导体，,射线探测器；,（昂贵）,Si,最重要的半导体，除发光以外的所有半导体器件，（,IC,，分离器件，敏感器件，,MEMS,）,a-Si,（,amorphous,），,太阳能电池,，,应用薄膜,Porous Si,，发光,2.1常见的半导体材料及其物理和化学性质,1,C,（金刚石）,潜在的高温、高频、高压、大功率器件材料,C,60,纳米碳管,C（金刚石）,潜在的高温、高频、高压、大功率器件材料,2,GaAs,，高频、微波器件、发光,InP,，高频、微波器件、发光,GaP,，发光,Ge,1-x,Si,x,，高频异质结材料,SiC,，高温、高频、高压、大功率器件材料,GaAs，高频、微波器件、发光,3,GaN,，蓝光材料和深紫外探测,Al,x,Ga,1-x,As,，发光,HgCdTe,、,PbSnTe,，长波红外探测,各种超晶格材料，,（能带工程）,磁性、超导、有机半导体和生物半导体,自旋半导体,GaN，蓝光材料和深紫外探测,4,半导体材料性能课件,5,2.1.2,Physical Properties Related to the Devices,2.1.2 Physical Properties Rel,6,2.1.3.,与器件工艺有关的化学特性,Si:,常温下,：,1)一般不溶于各种酸,2),Si+2NaOH+H,2,O=Na,2,SiO,3,+H,2,3)Si+4HNO,3,SiO,2,+4NO,2,+2H,2,O,SiO,2,+6HF H,2,SiF,6,+2H,2,O,即：,Si+,4HNO,3,+6HF,H,2,SiF,6,+4NO,2,+4H,2,O,4,）与,Cu,2+,、,Cr,2+,等金属离子发生置换反应,（抛光工艺）,2.1.3.与器件工艺有关的化学特性,7,高温下,：,1,）,Si+2Cl,2,=SiCl,4,Si+HCl,4,SiCl,4,+SiHCl,3,+SiH,2,Cl,2,+SiH,4,2)Si+O,2,=SiO,2,3)Si+H,2,O=SiO,2,+H,2,GaAs:,1,）,GaAs=Ga+As,2),在室温下一般不与,HCl,、,H,2,SO,4,、,HF,反应,3,）与热,HCl,、,H,2,SO,4,反应,与浓,HNO,3,反应,H,2,SO,4,+H,2,O,2,是常用的,GaAs,腐蚀液,4),与卤素,Cl,2,、,Br,2,或,I,2,（在甲醇等有机溶剂中）,反应,1200C,10501150C,10501150C,600C,高温下：1200C10501150C10501150,8,通常关心的化学性质,:,1,）热稳定性（,thermal stability),2),腐蚀液,（无机、有机）,For,cleaning,and,etching,!,（,腐蚀和抗腐蚀工艺中,浓度,和,缓冲剂,的重要性,）,（腐蚀过程中对,晶向,和,缺陷,的,选择性,）,半导体材料性能课件,9,2.2,半导体材料的晶体结构,2.2.1.Si,、,GaAs,、,SiC,的晶体结构,Si,金刚石结构,2.2 半导体材料的晶体结构,10,半导体材料性能课件,11,半导体材料性能课件,12,半导体材料性能课件,13,GaAs,闪锌矿,zinc-blende,，立方硫化锌,GaAs,14,SiC,200,余种同质多构体,-SiC,、,zinc-blende,，,or 3C-SiC,（,Cubic,）,-SiC,、,Wurtzite,，,纤,锌矿（六角硫化锌）,密堆积的不同方式（简单面心）,A AB ABA ABC,SiC,15,复式格子密堆积（双层密排）（,page10,）,AB,？,Side View,Top View,k-bilayer,h-bilayer,复式格子密堆积（双层密排）（page10）Side View,16,不同的堆积,不同的堆积,17,3C,、（,2H,）、,4H,、,6H,、,15R,、,27R,由,k-bilayer,和,h-bilayer,构成的“超晶格”,k-,位和,h-,位使晶体中的缺陷结构复杂化,2.2.2.,晶面、晶向及测定,3C、（2H）、4H、6H、15R、27R,18,一些物理、化学性质的各向异性,解理,腐蚀,氧化,生长,扩散,表面态,迁移率,一些物理、化学性质的各向异性,19,SiC,的,Si-face,和,C-face,SiC的Si-face 和C-face,20,x-ray,衍射,x-ray 衍射,21,激光定向,激光定向,22,半导体材料性能课件,23,半导体材料性能课件,24,最佳解理面,111,最佳划片方向,110,最佳解理面111,25,2.3,半导体中的缺陷和杂质,施、受主杂质,Si,：,O,、,C,杂质,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,）,杂质浓度和电阻率,测量：,Hall-effect,、四探针法、单探针（扩展电阻）法、,IR,、热探针,2.3半导体中的缺陷和杂质,26,半导体材料性能课件,27,半导体材料性能课件,28,点缺陷：,点缺陷：,29,线缺陷,（位错）,线缺陷,30,面缺陷（层错）,面缺陷（层错）,31,体缺陷（原子团，旋涡等）,测量：,1,）腐蚀坑,显微测量,2,）缀饰,红外透视,3,）透射电子显微,体缺陷（原子团，旋涡等）1）腐蚀坑,32,半导体材料性能课件,33,半导体材料性能课件,34,半导体材料性能课件,35,2.3.3.,杂质,O,（,10,17,10,18,cm,-3,）,C,（,10,16,10,17,cm,-3,）,Fe,（,10,11,cm,-3,）,Au,、,Pt,（,10,15,10,16,cm,-3,）,N,2.3.3.杂质,36,固溶度,替位式固溶体,间隙式固溶体,？,固溶度,37,常用测量方法：,DLTS,SIMS(Secondary Ion Mass Spectrum),NAA(Neutron Activation Analysis),常用测量方法：,38,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.Ion detector.,Depth(z),Concentration,of Mass M,Mass(M),I,S,(Second Ion Current),1,2,3,4,5,6,7,Primary Ions,Secondary Ions,Computer,灵敏度,10,16,cm,-3,!,Depth(z)Concentration Mass(M,39,放射性同位素,热中子？,放射性同位素热中子？,40,2.12.3,小结,常见半导体材料及参数与器件的关系,常见半导体材料的结构，晶向与器件的关系,施、受主，缺陷，杂质及测量,熟悉名词和物理机制,2.12.3小结,41,