常用的半導體材料分為元素半導體和化合物半導體。元素半導體是由單一元素制成的半導體材料。主要有硅、鍺、硒等,以硅、鍺應用最廣。化合物半導體分為二元系、三元系、多元系和有機化合物半導體。二元系化合物半導體有Ⅲ-Ⅴ族(如砷化鎵、磷化鎵、磷化銦等)、Ⅱ-Ⅵ族(如硫化鎘、硒化鎘、碲化鋅、硫化鋅等)、Ⅳ-Ⅵ族(如硫化鉛、硒化鉛等)、Ⅳ-Ⅳ族(如碳化硅)化合物。三元系和多元系化合物半導體主要為三元和多元固溶體,如鎵鋁砷固溶體、鎵鍺砷磷固溶體等。有機化合物半導體有萘、蒽、聚丙烯腈等,還處于研究階段。
此外,還有非晶態和液態半導體材料,這類半導體與晶態半導體的最大區別是不具有嚴格周期性排列的晶體結構。制備不同的半導體器件對半導體材料有不同的形態要求,包括單晶的切片、磨片、拋光片、薄膜等。半導體材料的不同形態要求對應不同的加工工藝。常用的半導體材料制備工藝有提純、單晶的制備和薄膜外延生長。
半導體材料可按化學組成來分,再將結構與性能比較特殊的非晶態與液態半導體單獨列為一類。按照這樣分類方法可將半導體材料分為元素半導體、無機化合物半導體、有機化合物半導體和非晶態與液態半導體。 元素半導體:在元素周期表的ⅢA族至ⅦA族分布著11種具有半導性的元素,下表的黑框中即這11種元素半導體,其中C表示金剛石。C、P、Se具有絕緣體與半導體兩種形態;B、Si、Ge、Te具有半導性;Sn、As、Sb具有半導體與金屬兩種形態。P的熔點與沸點太低,Ⅰ的蒸汽壓太高、容易分解,所以它們的實用價值不大。As、Sb、Sn的穩定態是金屬,半導體是不穩定的形態。B、C、Te也因制備工藝上的困難和性能方面的局限性而尚未被利用。因此這11種元素半導體中只有Ge、Si、Se 3種元素已得到利用。Ge、Si仍是所有半導體材料中應用最廣的兩種材料。
半導體材料
半導體材料
無機化合物半導體:分二元系、三元系、四元系等。 二元系包括:①Ⅳ-Ⅳ族:SiC和Ge-Si合金都具有閃鋅礦的結構。②Ⅲ-Ⅴ族:由周期表中Ⅲ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構,它們在應用方面僅次于Ge、Si,有很大的發展前途。③Ⅱ-Ⅵ族:Ⅱ族元素Zn、Cd、Hg和Ⅵ族元素S、Se、Te形成的化合物,是一些重要的光電材料。ZnS、CdTe、HgTe具有閃鋅礦結構。④Ⅰ-Ⅶ族:Ⅰ族元素Cu、Ag、Au和 Ⅶ族元素Cl、Br、I形成的化合物,其中CuBr、CuI具有閃鋅礦結構。⑤Ⅴ-Ⅵ族:Ⅴ族元素As、Sb、Bi和Ⅵ族元素 S、Se、Te形成的化合物具有 半導體材料
半導體材料
的形式,如Bi2Te3、Bi2Se3、Bi2S3、As2Te3等是重要的溫差電材料。⑥第四周期中的B族和過渡族元素Cu、 Zn、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni的氧化物,為主要的熱敏電阻材料。⑦某些稀土族元素 Sc、Y、Sm、Eu、Yb、Tm與Ⅴ族元素N、As或Ⅵ族元素S、Se、Te形成的化合物。 除這些二元系化合物外還有它們與元素或它們之間的固溶體半導體,例如Si-AlP、Ge-GaAs、InAs-InSb、AlSb-GaSb、InAs-InP、GaAs-GaP等。研究這些固溶體可以在改善單一材料的某些性能或開辟新的應用范圍方面起很大作用。
元素半導體最要是:Si,Ge
還有化合物半導體
最要是Si,信息社會是建立在硅片,wafer上的。
導電性能介于導體與絕緣體之間材料,我們稱之為半導體。
在電子器件中,常用的半導體材料有:元素半導體,如硅(Si)、鍺(Ge)等;化合物半導體,如砷化鎵(GaAs)等;以及摻雜或制成其它化合物半導體材料,如硼(B)、磷(P)、錮(In)和銻(Sb)等。其中硅是最常用的一種半導體材料。
半導體有以下特點:
1.半導體的導電能力介于導體與絕緣體之間
2.半導體受外界光和熱的刺激時,其導電能力將會有顯著變化。
3.在純凈半導體中,加入微量的雜質,其導電能力會急劇增強。
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。用硅制造的半導體器件,耐高溫和抗輻射性能較好,特別適宜制作大功率器件。因此,硅已成為應用最多的一種增導體材料,目前的集成電路大多數是用硅材料制造的。2.化合物半導體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,重要的有砷化鎵、磷化銦、銻化銦、碳化硅、硫化鎘及鎵砷硅等。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、耐高溫和化學穩定性好,在航天技術領域有著廣泛的應用。3.無定形半導體材料 用作半導體的玻璃是一種非晶體無定形半導體材料,分為氧化物玻璃和非氧化物玻璃兩種。這類材料具有良好的開關和記憶特性和很強的抗輻射能力,主要用來制造閾值開關、記憶開關和固體顯示器件。4.有機增導體材料已知的有機半導體材料有幾十種,包括萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等,目前尚未得到應用 。