同质结异质结半导体材料的制备和表征课件

同质结异质结半导体材料的

制备和表征同质结异质结半导体材料的

制备和表征报告内容背景介绍制备方法表征方法报告内容背景介绍半导体基本概念＋＋＋＋＋VBCB－－－－－P型N型半导体基本概念＋＋＋＋＋VBCB－－－－－P型N型PN结N------------

++++++++++++P空间电荷区内建电场空穴扩散力电子扩散力PN结N---+++P空间电荷区内建电场空穴PN结N------------

++++++++++++P_+ρ(C/cm3)+eNd-eNaxpxpxnxnNaxp=NdxnPN结N---+++P_+ρ(C/cm3)+同质结与异质结同质结：由禁带宽度相同、导电类型不同或虽导电类型相同但掺杂浓度不同的单晶材料组成的晶体界面称为同质结。如：n-GaAs/p-GaAsn-GaAs/N-GaAs异质结：

由禁带宽度不同的两种单晶材料一起构成的晶体界面称为异质结。同型异质结：n-GaAs/N-Alx

Ga1

-

xAs异型异质结:n-GaAs/P-Alx

Ga1

-

xAs同质结与异质结同质结：同质结:同一单晶xpxnExEfEcEv同质结:同一单晶xpxnExEfEcEv异质结：不同单晶xpxnExEfEcEvEcEvPN异质结：不同单晶xpxnExEfEcEvEcEvPN表征方法电流－电压法（I-V）电容－电压法（C-V）扩散反射吸收

法（DRS）表面光伏法（SPV）电容－电压法（C-V）表面光伏法（SPV）表征方法电流－电压法（I-V）C=；C-V法：1/C2~V2(Vd-Va).(ε1Na+ε2Nd)qε1ε2NdNa1/C2=_+ρ(C/cm3)+eNd-eNaxpxnVaVa+dVC：电容Vd:内建电势Va:外加电压ε:介电常数N：搀杂浓度+dQ-dQdQdVaC=；C-V法：1/C2~SPV:SurfacePhotoVoltage表面光电压技术:基于固体表面的光生伏特效应而发展的一种被测物理量随着光子能量变化的光谱检测技术。检测信息

样品表层的性质（一般为几十nm）。检测内容：

半导体类型表面态能级位置表面电荷分布情况半导体的能带带隙SPV:SurfacePhotoVoltage表面光电压Ef<Esurfacee:体相表面E内建：体相表面能带：向下弯曲SPV应用：半导体类型检测N型P型Ef>Esurfacee:体相表面E内建：体相表面能带：向上弯曲Ef<EsurfaceSPV应用：半导体类型SPV应用：半导体类型检测光照时：ΔV=V2-V1<0光照＋正电压：ΔV=V3-V1>0光照＋负电压：ΔV=V4-V1<0V：表面电势P型N型光照时：ΔV=V2-V1<0光照＋正电压：ΔV=V3-V1<0光照＋负电压：ΔV=V4-V1>0V：表面电势SPV应用：半导体类型检测光照时：Δ制备方法电化学沉积（ED）液相外延法（LPE）金属有机化学气相沉积法（MOCVD）分子束外延（MBE）制备方法电化学沉积（ED）电化学沉积电沉积是一种电化学过程,也是一种氧化还原过程。从理论上说,只要阴极电位负于金属的还原电位,金属就可在阴极表面沉积影响多元组分共沉积的主要因素有:(1)电解液中单个离子的放电电位(2)放电电位差异引起的电极极化(3)电解液中离子的相对浓度(4)氢在阴极表面的析出电位(5)阴极表面的导电性电化学沉积电沉积是一种电化学过程,也是一种氧化还原过程。电化学共沉积φ放电=φ°+RT/nFlna+ΔφφA°+RT/nFlna+Δφ≈φB°+RT/nFlna+Δφφ°:标准电极电位;a:离子活度Δφ:超电压;R:气体常数F:法拉弟常数;n:得失电子数目T:绝对温度电化学共沉积φ放电=φ°+RT/nFlna+ED法制备GaAs薄膜φAs=0.254-0.0394pH+0.0197

lgaAsO++ΔφAsφGa=

-0.529+0.0197

lgaGa3++ΔφGaφAs≠φGa提高电流密度,加强阴极极化作用。采用不同的离子浓度：较高的Ga3+

浓度和较低的AsO+

浓度。ED法制备GaAs薄膜φAs=0.254-0.0394p同质结异质结半导体材料的

制备和表征同质结异质结半导体材料的

制备和表征报告内容背景介绍制备方法表征方法报告内容背景介绍半导体基本概念＋＋＋＋＋VBCB－－－－－P型N型半导体基本概念＋＋＋＋＋VBCB－－－－－P型N型PN结N------------

++++++++++++P空间电荷区内建电场空穴扩散力电子扩散力PN结N---+++P空间电荷区内建电场空穴PN结N------------

++++++++++++P_+ρ(C/cm3)+eNd-eNaxpxpxnxnNaxp=NdxnPN结N---+++P_+ρ(C/cm3)+同质结与异质结同质结：由禁带宽度相同、导电类型不同或虽导电类型相同但掺杂浓度不同的单晶材料组成的晶体界面称为同质结。如：n-GaAs/p-GaAsn-GaAs/N-GaAs异质结：

由禁带宽度不同的两种单晶材料一起构成的晶体界面称为异质结。同型异质结：n-GaAs/N-Alx

Ga1

-

xAs异型异质结:n-GaAs/P-Alx

Ga1

-

xAs同质结与异质结同质结：同质结:同一单晶xpxnExEfEcEv同质结:同一单晶xpxnExEfEcEv异质结：不同单晶xpxnExEfEcEvEcEvPN异质结：不同单晶xpxnExEfEcEvEcEvPN表征方法电流－电压法（I-V）电容－电压法（C-V）扩散反射吸收

法（DRS）表面光伏法（SPV）电容－电压法（C-V）表面光伏法（SPV）表征方法电流－电压法（I-V）C=；C-V法：1/C2~V2(Vd-Va).(ε1Na+ε2Nd)qε1ε2NdNa1/C2=_+ρ(C/cm3)+eNd-eNaxpxnVaVa+dVC：电容Vd:内建电势Va:外加电压ε:介电常数N：搀杂浓度+dQ-dQdQdVaC=；C-V法：1/C2~SPV:SurfacePhotoVoltage表面光电压技术:基于固体表面的光生伏特效应而发展的一种被测物理量随着光子能量变化的光谱检测技术。检测信息

样品表层的性质（一般为几十nm）。检测内容：

半导体类型表面态能级位置表面电荷分布情况半导体的能带带隙SPV:SurfacePhotoVoltage表面光电压Ef<Esurfacee:体相表面E内建：体相表面能带：向下弯曲SPV应用：半导体类型检测N型P型Ef>Esurfacee:体相表面E内建：体相表面能带：向上弯曲Ef<EsurfaceSPV应用：半导体类型SPV应用：半导体类型检测光照时：ΔV=V2-V1<0光照＋正电压：ΔV=V3-V1>0光照＋负电压：ΔV=V4-V1<0V：表面电势P型N型光照时：ΔV=V2-V1<0光照＋正电压：ΔV=V3-V1<0光照＋负电压：ΔV=V4-V1>0V：表面电势SPV应用：半导体类型检测光照时：Δ制备方法电化学沉积（ED）液相外延法（LPE）金属有机化学气相沉积法（MOCVD）分子束外延（MBE）制备方法电化学沉积（ED）电化学沉积电沉积是一种电化学过程,也是一种氧化还原过程。从理论上说,只要阴极电位负于金属的还原电位,金属就可在阴极表面沉积影响多元组分共沉积的主要因素有:(1)电解液中单个离子的放电电位(2)放电电位差异引起的电极极化(3)电解液中离子的相对浓度(4)氢在阴极表面的析出电位(5)阴极表面的导电性电化学沉积电沉积是一种电化学过程,也是一种氧化还原过程。电化学共沉积φ放电=φ°+RT/nFlna+ΔφφA°+RT/nFlna+Δφ≈φB°+RT/nFlna+Δφφ°:标准电极电位;a:离子活度Δφ:超电压;R:气体常数F:法拉弟常数;n:得失电子数目T:绝对温度电化学共沉积φ放电=φ°+R