Ch-2半导体材料性能课件

Chapter2PropertiesofSemiconductorMaterials多种常见半导体材料的基本特性和用途常见材料的基本物理和化学性质器件对材料的要求（主要材料参数及测量）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PorousSi，发光C（金刚石）,潜在的高温、高频、高压、大功率器件材料C60纳米碳管GaN，蓝光材料和深紫外探测AlxGa1-xAs，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2.1.2 PhysicalPropertiesRelatedto theDevices高温下：1）Si+2Cl2=====SiCl4Si+HCl4SiCl4+SiHCl3+SiH2Cl2+…+SiH42)Si+O2========SiO23)Si+H2O========SiO2+H2GaAs:1）GaAs====Ga+As2)在室温下一般不与HCl、H2SO4、HF反应3）与热HCl、H2SO4反应与浓HNO3反应

H2SO4+H2O2是常用的GaAs腐蚀液4)与卤素Cl2、Br2或I2（在甲醇等有机溶剂中）反应1200°C1050~1150°C1050~1150°C600°C通常关心的化学性质:1）热稳定性（thermalstability)2)腐蚀液（无机、有机）Forcleaningandetching!（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）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GaAs闪锌矿zinc-blende，立方硫化锌复式格子密堆积（双层密排）（page10）AB？？？SideViewTopViewk-bilayerh-bilayer不同的堆积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SiC的Si-face和C-facex-ray衍射激光定向最佳解理面{111}最佳划片方向〈110〉

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）SiAs-site和Ga-siteSiC：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、热探针点缺陷：线缺陷（位错）面缺陷（层错）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2.3.3. 杂质O（1017~1018cm-3）C（1016~1017cm-3）Fe（<1011cm-3）Au、Pt（1015~1016cm-3）N固溶度替位式固溶体间隙式固溶体？常用测量方法：DLTSSIMS(SecondaryIonMassSpectrum)NAA(NeutronActivationAnalysis)Fig.2-7.SchematicdrawingtoshowthebasicprincipleofSIMS,whichconsistsof1.Primaryionsource,2.Primaryionmassanalyzer,3.Electrostaticlens,4.Sample,5.Electrostaticlensandanalyzer,6.Secondaryionmassanalyzer,7.Iondetector.Depth(z)ConcentrationofMassMMass(M)IS(SecondIonCurrent)1234567PrimaryIonsSecondaryI