半导体材料【PPT课件】

第八章 半导体材料 赵飞 主要内容 导体材料的发展历程 导体材料分类 和锗半导体材料 合物半导体材料 砷化镓、碲镉汞、半导体陶瓷 半导体材料的发展 与器件紧密相关 。可以说， 电子工业的发展 和 半导体器件 对材料的需求是促进半导体材料研究和开拓的强大动力 ;而材料质量的提高和新型半导体材料的出现，又优化了半导体器件性能，产生新的器件，两者相互影响，相互促进。 1941年 用 多晶硅 材料制成检波器，是半导体材料应用的开始； 1950年 用 切克劳斯基法 成功地拉出了 锗单晶 ，并用它制成了世界第一个具有放大性能的锗晶体 三极管 (点接触三极管 )； 1951年 用四氯化硅锌还原法制出了 多晶硅 ; 1952年 用 直拉法 成功地拉出世界上第一根 硅单晶 ;同年制出了 硅结型晶体管 ，从而大大推进了半导体材料的广泛应用和半导体器件的飞速发展。 60年代初 ,出现了 硅单晶薄层外延技术 ，特别是 硅平面工艺和平面晶体管 的出现，以及相继出现的 硅集成电路 ，对半导体材料质量提出了更高的要求，促使硅材料在提纯、拉晶、区熔等 单晶制备 方法方面进一步改进和提高，开始向 高纯度、高完整性、高均匀性和大直径方向 发展。 与锗、硅材料发展并行， 化合物半导体材料 的研制也早在 50年代初就开始了。 1952年人们发现 一种与锗、硅性质类似的半导体材料，其中 砷化镓 ( 具有许多优良的半导体性质。 其他化合物半导体材料如 三元和多元化合物等也先后制备成功。 70年代以来，电子技术以前所未有的速度突飞猛进，尤其是微电子技术 的兴起，使人类从工业社会进入信息社会。 微电子技术 是电子器件与设备微型化的技术，一般是指 半导体技术和集成电路技术 。它集中反映出现代电子技术的发展特点，从而出现了 大规模集成电路和超大规模集成电路 。 这样就促使对半导体材料提出了愈来愈高的要求，使 半导体材料的主攻目标更明显地朝着 高纯度、高均匀性、高完整性、大尺寸方向 发展。 此外，利用多种 化学气相沉积 技术，可制造一系列 薄膜晶体 ，其中 分子束外延技术 可以人为地 改变晶体结构 ，异质结、超晶格、量子阱的出现，改变了人们设计电子器件的思想，半导体材料的发展，有着光明的前景。 导体材料分类 （ 1）元素半导体 元素半导体大约有十几种 处于 属与非金属的交界 处，如 ) ,）等。 （ 2）化合物半导体 二元化合物半导体 (1) 合物半导体。 即 , ）组成的 9种 (2) 合物半导体 ，即d,S, 2种 A (B/a/l ) A( O/S/e ) N/P/i) (d/ 导体材料分类 （ 2）化合物半导体 (3) 合物半导体， 如 (4) 合物半导体 ， 如 种 。 (5) 合物半导体 ， 如 A (B/a/l ) A( O/S/e ) N/P/i) (d/ A(C/e/b ) 多元化合物半导体 (1) 组成的多元化合物半导体 ， 如 (2) 如 (3) ( B)2 4组成的多元化合物半导体 ，如 A (B/a/l ) A( O/S/e ) N/P/i) (d/ A(C/e/b) B ( g/ 导体材料分类 （ 3）固溶体半导体 固溶体是由二个或多个晶格结构类似的元素化合物相互溶合而成。 又有 二元 系和 三元 系之分，如 i(铋 ) )固溶体。 由三种组元互溶的固溶体有 : ( A)-( A)组成的三元化合物固溶体，如 砷磷 (溶体 ( A)-( A)组成的，如 续固溶体碲镉汞 (。 导体材料分类 和锗半导体材料 1、硅和锗性质 物理性质： 硅和锗都是具有 灰色金属光泽 的固体，硬而脆。两者相比，锗的金属性更显著。锗的室温本征电阻率约为 硅的约为 2.3 x 在切割时易碎裂。 化学稳定性： 硅和锗在常温下化学性质是稳定的，但升高温度时，很容易同氧、氯等多种物质发生化学反应，所以 在自然界没有游离状态的硅和锗存在 。 酸稳定性： 锗不溶于盐酸或稀硫酸，但能溶于热的浓硫酸、浓硝酸、王水及 硅不溶于盐酸、硫酸、硝酸及王水，易被 而半导体工业中常用此混合酸作为硅的腐蚀液。 硅比锗易与碱起反应。 硅与金属作用能生成多种硅化物 ，这些硅化物具有 导电性良好 、耐高温、抗电迁移等特性，可以用于制备 大规模和超大规模集成电路内部的引线、电阻 等。 锗和硅都具有 金刚石结构 ，化学键为 共价键 。 锗的室温电子迁移率为 3800为 1800 锗的禁带宽度为 的禁带宽度为 杂质 对锗、硅电学性质的影响与杂质能级在禁带中的位置密切相关。 在锗、硅中的杂质可分为两类 : 一类是 它们在锗、硅中只有一个能级，且电离能小，一个杂质原子只起一个受主或施主作用， 材料呈 另一类是除 A A (B/a/l ) N/P/i) 2. 硅和锗晶体的制备 生长锗、硅单晶的方法很多，目前 锗 主要用 直拉法 ， 硅 除了直拉法之外还用 悬浮区熔法 。 直拉法： 又称 ( ，简称 是生长元素和 法是 在盛有熔硅或锗的坩埚内，引入籽晶作为非均匀晶核，然后控制温度场，将籽晶旋转并缓慢向上提拉，晶体便在籽晶下按籽晶的方向长大。 缺点： 由直拉法生长的单晶，由于坩埚与材料反应和电阻加热炉气氛的污染， 杂质含量较大 ， 生长高纯单晶困难。 区熔法： 工业上将区域提纯与晶体生长结合起来，可制取高纯单晶，这就是 区熔法。 在高纯石墨舟前端放上籽晶，后面放上原料锭。建立熔区，将原料锭与籽晶一端熔合后，移动熔区，单晶便在舟内生长。 硅和锗半导体材料 3、硅和锗的主要用途 目前科学家们已经发现的半导体材料种类很多，并且正在不断开拓他们的应用领域，但在目前的 电子工业中使用的半导体材料主要还是 硅 ，它是制造大规模集成电路 最关键的材料。 小容量整流器 取代真空管和硒整流器，用于收音机、电视机、通讯设备及各种电子仪表的直流供电装置。 可控硅是大容量整流器 ，具有工作效率高、工作温度高、反向电压高等优点。 晶体二极管 既能检波又能整流。 晶体三极管 具有对信号起放大和开关作用，在各种无线电装置中作为 放大器和振荡器 。晶体管较真空管具有体积小、重量轻、寿命长、坚固耐振、耐冲击、启动快、效率高、可靠性好等优点。 将成千上万个分立的 晶体管、电阻、电容等元件 、采用掩蔽、光刻、扩散等工艺，把它们 “雕刻”在 一个或几个尺寸很小的 晶片 上集结成完整的电路，为各种计测仪器、通信遥控、遥测等设备的可靠性、稳定性和超小型化开辟了广阔前景。 集成电路 的出现是半导体技术发展中的一个飞跃。 利用超纯硅对 10%一特性，制作 红外聚焦透镜 ，用以对红外辐射目标进行夜视跟踪、照相等。 和锗半导体材料 晶体二极管 为一个由 其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于 两边载流子浓度差引起的 扩散电流 和自建电场引起的 漂移电流 相等而处于 电平衡状态 二极管的主要特性是 单向导电性 ，也就是在 正向电压 的作用下，导通 电阻 很小 ；而在 反向电压 作用下导通 电阻极大 或无穷大。 正因为二极管具有上述特性，无绳电话机中常把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、调频调制和静噪等电路中。 晶体三极管 ，是半导体基本元器件之一，具有 电流放大作用 ，是电子电路的核心元件。 三极管是 在 一块半导体基片上制作两个相距很近的 个 间部分是 基区 ，两侧部分是 发射区 和 集电区 ，排列方式有 极管的电路符号有两种：有一个箭头的电极是发射极，箭头朝外的是 箭头朝内的是 际上箭头所指的方向是电流的方向。从三个区引出相应的电极，分别为 基极 c。 三极管具有三个电极。二极管是由一个 三极管由两个 用的一个电极成为三极管的 基极（用字母 其他的两个电极成为 集电极（用字母 发射极（用字母 由于不同的组合方式，形成了一种是 三极管，另一种是 三极管。 由两种或两种以上元素 以确定的原子配比 形成的化合物并 具有确定的禁带宽度和能带结构 等 半导体性质 的化合物称为 化合物半导体材料 。 砷化镓 （ 为半导体家族的一个新秀，已迅速成长为仅次于硅的重要的半导体电子材料。砷化镓在当代光电子产业中发挥着重要的作用。 砷化镓材料的特殊结构使其具备诱人的优良特性。用砷化镓制成的 晶体管的开关速度比硅晶体管快 1 4倍， 用这样的晶体管可以制造出速度更快、功能更强的计算机。 以砷化镓为代表的 - 族半导体的最大特点是其 光电特性 ，即在 光照或外加电场的情况下，电子激发释放出光能 。它的光发射效率比其他半导体材料高，用它不仅可以制作 发光二极管 、光探测器，而且还能制备半导体激光器，广泛应用于光通信、光计算机和空间技术，开发前景令人鼓舞。 合物半导体材料 砷化镓性质 砷化镓的晶体结构是 闪锌矿型 ，每个原子和周围最近邻的 四个 其它原子发生键合。 砷化镓的化学键和能带结构与硅、锗不同，其 禁带宽度比硅、锗都大 。 砷化镓具有 双能谷导带 ，在外电场下电子在能谷中跃迁，迁移率变化，电子转移后电流随电场增大而减小，产生“负阻效应”。 砷化镓的 介电常数和电子有效质量均小，电子迁移率高 ，是一种特性比较全面兼有多方面优点的材料。 砷化镓材料的制备 砷化镓材料的制备主要有 从熔体中生长体单晶和外延生长薄层单晶 等方法。 砷化镓单晶的制备 主要采用两种方法。 一种 是在石英管密封系统中装有砷源，通过调节砷源温度来控制系统中的砷压。这种方法包括 水平舟区熔法、定向结晶法、温度梯度法、磁拉法和浮区熔炼法 等。 另一种 是将熔体用某种液体覆盖，并在压力大于砷化镓离解压的气氛中合成拉晶，称为 液体封闭直拉法 。 目前国内外在工业生产中主要采用 水平区熔法和液封直拉法 制备砷化镓体单晶。 化合物半导体材料 砷化镓膜材料主要通过 外延技术 制备。主要外延方法有 气相外延、液相外延和气束外延 。 砷化镓外延工艺具有 生长温度低、原料能得到有效提纯、杂质污染少、可控掺杂 等特点，可以得到任意厚度、完整性好和均匀性好的外延片。 合物半导体材料 晶体外延生长技术 ：在适当的衬底 (一般是 单晶 片 )上，在合 适的条件下沿衬底的 结晶 轴方向 生长 一层晶格 结构 完整 的 单晶薄层 的方法。 由于 外延 薄膜 技术 在 半导体器件 、 集成光学 、 红外技术 和 激光技术等方面的广泛应用，晶 体 外延生长 技术 发展 很快。 根据 衬底材料与外延层在结构和性质上的区别 ，外 延生长可分为 同质外延和 异质外延 。 同质外延是衬底材料与 外延层为同一种材料， 异质外延 则是不同的材料。 晶体 外延 生长的工艺 种类 很多，常用的有 气相外延 法、 分子束 外 延法和 液相外延 法。 气相外延法 利用 化学气相沉积 方法在单晶衬底上 生长单晶薄膜的方法。 液相外延法 在生长过程中，首先将 溶质 溶解在溶 剂中形成均匀的溶液 ，然后将溶液缓慢地冷却以达到饱 和点，此时在 浸入 溶液的衬底上即有固相析出并形成薄 膜。 分子束外延 法对普通的 真空 沉积技术进行改进和 提高而形成的一种薄膜制备技术。其生长过程如下 :在 超真空条件下 ，构成外延层的组分同时 从不同的原料源 直接 蒸发 沉积到衬底表面上形成薄膜。 与液相外延和气 相外延生长 相比 ，分子束外延所用温度低得多，这在生 长一些具有特殊性能的外延层时尤其有利。 砷化镓的主要用途 由砷化镓制备的 发光二极管 具有发光效率高、低电压、小电流、低功耗、 高速响应和高亮度 等特性，易与晶体管和集成电路相匹配，用作固体显示器、讯号显示、文字数字显示等器件。 砷化镓 隧道二极管 具有高迁移率和短寿命等特性，用于计算机开关 时，速度快、时间短。 砷化镓是制备 场效应晶体管 最合适的材料，振荡频率目前已达 数百千兆赫 以上，主要用于微波及毫米波放大、振荡、调制和高速逻辑电路等方面。 合物半导体材料 发光二极管 简称为 半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能 。 由镓（ 砷（ 磷（ P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光， 因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。 磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。 隧道二极管 隧道效应是 1958年日本 江崎玲於奈 在研究 重掺杂锗 发现的，故隧道二极管又称 江崎二极管 。这一发现揭示了 固体中电子隧道效应 的物理原理，江崎为此而获得诺贝尔奖金物理学奖。 隧道二极管通常是 在重掺杂 半导体片上用快速合金工艺形成高掺杂的 制成的；其掺杂浓度必须 使 型区的导带和 150埃左右）， 使 电子能够直接从 型层 。这样的结又称隧道结。 场效应晶体管 场效应晶体管（ 简称场效应管 也称为单极型晶体管 压控制型半导体器件 . 特点 :具有输入电阻高（ 108 109）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点 ,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者 . 作用 : 场效应管可应用于 放大 因此耦合电容可以容量较小 ,不必使用电解电容器 . 场效应管可以用作 电子开关 . 场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换 场效应管可以用作可变电阻 碲镉汞 是由碲、镉和汞三元素构成的一种化合物材料。 它们分属于 该材料的物理性质随组分 金属性变到半导体 ，即随着 禁带宽度从 随意改变材料的能隙宽度 。 碲镉汞材料 用途： 可制成高速响应器件，满足高频调制、外差探测和光通迅要求。 另外， 09，适于制作 金属 半导体( 金属 半导体 (构型的器件。 化镓等材料之后的 第三代应用最广泛的电子材料。 碲镉汞材料 磷化铟 (由 P）化合而成的一种 - 晶体呈深灰色 ,分子量 具有闪锌矿型晶体结构，温下禁带宽度 接跃迁型能带结构， 主要用来制造 微波振荡器、发光和激光器件 。 子迁移率高、禁带宽度大 、能带结构是直接跃迁和呈现负阻效应等硅、锗材料不具备的特性；同时 , 适合制造高速高频器件。 磷化铟材料 半导体陶瓷 半导体陶瓷是指导电性能介于 导电陶瓷 和 绝缘介质陶瓷之间的一类材料，其 电阻率介于 10 一般是由一种或数种金属氧化物，采用陶瓷制备工艺制成的多晶半导体材料。 这种半导体的特性与通常单晶 (如硅、锗 )半导体相比有很大差别，因而研究方法及理论也不尽相同。 主要有以下几点 : (1) 半导体陶瓷的 化学性质比较复杂 ，易产生化学 计量比的偏移 ，在晶格中形成固有点 缺陷 ，这种点缺陷浓度不仅与温度及环境氧分压有关，而且与外来 杂质 浓度紧密相连 ; (2) 构成半导体陶瓷的氧化物分子多数是 离子键 ，这类材料中载流子的迁移机理 较锗、硅等半导体更为 复杂 ; (3) 半导体陶瓷材料是 多晶材料 ，存在 晶界 是其重要特征。由于晶界的化学、物理特性十分复杂，许多物理效应都是晶界引起。 化合物半导体与单晶半导体比较： 1、 是指一类具有 正温度系数 的半导体陶瓷材料。 典型的 化钒等材料及以氧化镍为基的多元半导体陶瓷材料等。 以 具代表性，也是当前研究得 最成熟，实用范围最宽 的 瓷是一种典型的铁电材料， 常温电阻率 大于 1012 ，相对介电系数高于 104。 1955年，海曼等人发现在纯净的 入微量的稀土元素，其常温电阻率可下降到 10 104 。 与此同时， 若温度超过材料的居里温度，则电阻率在几十度的温度范围内能增大 3即产生 增大 )， 的缩写。 图 8若温度继续升高，电阻率又逐渐降低。 格为典型的 钙钛矿结构 ，钡离子处在 离子处在 纯净的 入微量稀土元素 作为施主杂质可使材料半导化。 施主杂质取代方式大致有三种， 一是 即与 径相近，化合价高于 2价的元素取代 ; 二是 即与 径相当，化合价高于 4价的元素取代 三是双位取代 ，即加入多种离子，同时取代 。无论采用哪种取代方式，杂质的总引入量一般都应控制在 0.5% 半导体陶瓷 不掺杂 可获得常温电阻率很低的半导体陶瓷材料，但这种半导体陶瓷不具有 即使施主掺杂 只有在氧化气氛中烧结或在高于 900 的氧化气氛中热处理，样品才呈现 在还原气氛中烧成，则没有 半导体陶瓷 实验表明， 温过程 中形成。高温烧成的样品，直接淬火至室温，不呈现 降温速率越慢， 把单晶半导体粉碎后烧成陶瓷，则呈现很大的 而证明 量 明显提高 但引人 只能提高室温电阻率，而不能提高件 半导体陶瓷 其应用十分广泛。目前主要用于 温度自控，过电流和过热保护、彩电消磁、马达启动、液面深度探测 等方面。 半导体陶瓷 2、 负温度系数 ( 热敏半导体陶瓷是研究最早、生产最成熟、应用最广泛的半导体陶瓷之一。 这类热敏半导体陶瓷材料大都是用 锰、钴、镍、铁等过渡金属氧化物 按一定比例混合，采用陶瓷工艺制备而成，温度系数通常在 6%左右。 按使用温区可分为 低温 (300 )、 中温 (300 600 )及 高温 (大于 600 )三种类型。 半导体陶瓷 晶石结构 ，其通式为 中 实际上尖晶石结构的单位晶胞中共有 8个 16个 2个氧离子。由于氧离子的半径较大，故由 氧离子密堆积而成，金属离子则位于氧离子的间隙中。 氧离子间隙有两种 : 一是 正四面体间隙 , 于此间隙中 ; 另一个是 正八面体间隙，由 据； 这种正常结构状态称为 正尖晶石 结构，即 23+ 半导体陶瓷 通式 离子晶体 中的一个大类。 离子 ，如 ； 。 结构中 立方紧密堆积，其中 面体 空隙中， 面体 空隙中，即 子为 4配位，而 6配位。 当全部 离子占据，而 、 为 反尖晶石 结构，结构式可表示为 : 。 当只有部分 离子占据时，称为 半反尖晶石 结构。 只有全反尖晶石结构及半反尖晶石结构的氧化物才是半导体。 时引入使其在高温下形成 半反或全反尖晶石结构 的半导体材料。 半导体陶瓷 常温 热敏半导瓷材料主要有 含锰二元系氧化物 半导体陶瓷系、 含锰三元系 热敏半导体陶瓷材料主要有 高温热敏材料主要有 半导体陶瓷 高温热敏材料与常温热敏材料不同，由于其工作温度很高，材料本身有可能发生不可逆的化学变化引起老化。 高温热敏材料宜选择接近化学计量比，离解能大的氧化物制备 。 路的温度补偿、控温和测温传感器的制作 ，在汽车发动机排气和工业上高温设备的 温度检测 及家用电器、防止公害污染的温度检测等方面应用。 半导体陶瓷 3、 负温度系数临界电阻 利用材料 从半导体相转变到金属状态时电阻的急剧变化 而制成，故称为 急变温度热敏电阻 。主要是以 这类材料常掺杂稀土氧化物 来改善其性能。 半导体陶瓷 800 900温度热处理，然后再粉碎、形成小颗粒，最后在 1000 左右的温度下，在适当还原气氛中进行烧结，冷却时采用急冷工艺制成具有四价 子的 所制成的 3之间存在着急变临界温度，该 急变温度的变化精度在 1 ,温度系数变化在 102 响应速度为 10 s,室温下的电阻值在 1 半导体陶瓷 这种热敏电阻的特性是其 电流 温度 有一定依赖关系， 在急变温度附近，电压峰值有很大的变化， 因而具有 温度开关特性 。用 灾报警、温度报警 方面有很大用途，在固定温度控制和测温方面也有许多优点，其可靠性高，反应时间快。 半导体陶瓷 4、压敏半导体陶瓷 压敏半导体陶瓷是指 材料所具有的 电阻值，在一定电流范围内具有非线性可变特性的陶瓷 ， 用这类陶瓷制成的元器件又称 非线性电阻器 ，它 在某一临界电压下电阻值非常高，几乎无电流流过，当超过临界电压时，电阻急剧变低，随着电压的少许增加，电流会迅速增大 ， 其特性曲线如图 8有这种特殊非线性特性的材料 包括硅、锗等单晶半导体 及等半导体陶瓷，其中以 特性最佳。 半导体陶瓷 然的红锌矿 原料制出的 六方晶系纤锌 结构的氧化物，其化学键型处于离子键与共价键的中间键型状态。这种结构的基础是 氧离子以六角密堆 的方式排列，而锌离子 (填入于半数由 面体空隙中 ，而 面体空隙则是全空的 ，正负离子的 配位数均为 4. 半导体陶瓷 括电性质，尤其是 电导率主要来源于晶体的缺陷结构 。 锌在 半导体陶瓷 导体微结构材料 半导体异质结 超晶格 量子阱材料 微结构材料 1 异质结 由两种不同半导体材料所组成的结。 2 超晶格 两种或两种以上不同材料的薄层周期性地交替生长。 3 量子阱 当两个同样的异质结背对背接起来。 I. 材料科学家借助于分子束外延 (金属有机化学气相沉积(其他工艺，在 固体物理学家在对超晶格的超周期性和量子限制效应的研究中，发现了 不同寻常的输运性质及光学性质 ; 应用物理学家改变了电子器件的设计思想，使半导体器件设计 由“掺杂工程”走向“能带工程”， 进而制造了许多新型器件，从而将微电子和光电子领域推向一个引人入胜的境界。 半导体微结构材料的意义 1、异质薄层材料 把本征半导体的两侧分别掺入施主型和受主型杂质，或者将一块 者的界面及其相邻的区域就称为 同质结 ： 一般 如 为 同质结 。 异质结： 如把两种不同的半导体材料做成一块单晶，称 异质结 。 两材料 禁带宽度的不同 以及其它 特性的差异 ，使异质结具有一系列同质结所没有的特性，在器件设计上将得到某些同质结不能实现的功能。 外延技术 ： 气相外延、液相外延和气束外延 。 外延工艺具有 生长温度低、原料能得到有效提纯、杂质污染少、可控掺杂 等特点，可以得到任意厚度、完整性好和均匀性好的外延片。 异质薄层材料 异质外延生长 晶体外延生长技术 ：在适当的衬底 (一般是 单晶 片 )上，在合 适的条件下沿衬底的 结晶 轴方向 生长 一层晶格 结构 完整 的 单晶薄层 的方法。 根据 衬底材料与外延层在结构和性质上的区别 ，外 延生长可分为 同质外延和 异质外延 。 同质外延是衬底材料与 外延层为同一种材料， 异质外延 则是不同的材料。 异质薄层材料 异质外延生长 异质外延生长 是指 不相同材料相互之间的外延生长 。 延薄膜 /衬底 ; x,1l, 对含量。 2、超晶格 1970年美国 他们设想如果用两种晶格匹配很好的半导体材料 交替地生长周期性结构 ， 每层材料的厚度在 100则 电子沿生长方向的运动将会产生振荡 ，可用于制造 微波器件 。 半导体量子阱和超晶格的出现标志着人们不仅可以利用自然界中已存在的半导体，而且 可以人工制造新型的半导体材料。 人们对这种新型的半导体材料进行了广泛的研究，发现了许多新的物理现象，并且制成了许多性能 比由体材料制成的器件 更好的器件。 由于量子阱、超晶格是由两种材料组成的，所以可选择不同的材料，设计 具有不同禁带宽度和光学性质 的量子阱、超晶格，制作新型的光电器件，这称为 “能带剪裁工程” 。 超晶格结构 就是 外延层在生长方向上的周期排列 。 在 00 000/ 000 /因 以该结构称为超晶格结构。 称其为超晶格是因为它的 晶格周期并不是取决于材料的晶格常数 (=而是取决于交替子层的重复周期 ， 与电子平均自由程相关的 超晶格周期对于能否产生量子效应是一个重要参量 。 可见，超晶格材料是两种不同组元以几个纳米到几十个纳米的薄层交替生长并保持严格周期性的 多层膜 ，事实上就是特定形式的 层状精细复合材料 。 掺杂超晶格 多维超晶格 超晶格种类 组分超晶格 应变超晶格 组分超晶格 在超晶格结构中，如果 超晶格的重复单元是由不同半导体材料的薄膜堆垛而成，则称为组分超晶格 ，见下图。 在组分超晶格中，由于构成超晶格的材料 具有不同的禁带宽度 ，在异质界面处将 发生能带的不连续 。 掺杂超晶格 掺杂超晶格是 在同一种半导体中，用交替地改变掺杂类型的方法做成的新型人造周期性半导体结构的材料 。见下图 。 在 主原子提供电子，在 主原子束缚电子，这种电子电荷分布的结果，产生系列的 抛物线形势阱 。 掺杂超晶格的优点： 任何 一种半导体材料只要很好控制掺杂类型都可以做成超晶格。 多层结构的完整性非常好