元素半导体材料.ppt

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1、1,3 元素半导体材料,目前发现的元素半导体材料：Si、Ge、C(金刚石)、Se、-Sn(灰锡)、P(磷)、Te(碲)、B；3.1 硅 1824年，别尔泽留斯（Berzelius J.J.）非晶Si；Si在地壳中的丰度为25.7%，仅次于氧。的化学性质 三种同位素：28Si(92.23%)、29Si(4.67%)、30Si(3.10%)。原子半径：0.1175nm；Si4+半径：0.039nm,2,自然界没有游离的Si元素，均以氧化物（SiO2）或硅酸盐等化合物状态存在。Si在常温下不溶于单一的强酸，易溶于碱。高温下，与H2、卤素、N2、S和熔融金属发生反应，分别生成SiH4、SiCl4、Si

2、3N4、SiS2等和多种金属硅化合物。Si与Ge可以任意比例形成SiGe固溶体而与C则形成共价化合物。,3,3.1.2 晶体结构和能带 金刚石型 a=0.5430710nm,大间距晶面的面间距为0.3135nm，小间距晶面的面间距为0.0784nm。,4,3.1.3 电学性质(1)带隙和本征载流子浓度,5,导带态密度常数Nc价带态密度常数Nv,6,Si的本征载流子浓度：,7,(2)电阻率 Si的本征电阻率,室温时，Si的n=1500cm2/(Vs)，p=450cm2/(Vs)，ni=1.071010cm-3 Si的本征电阻率为2.99105cm,8,掺B浓度为NB时，p型单晶Si电阻率为：,9

3、,掺P浓度为NP时，n型单晶Si电阻率为：,10,光学性质,11,12,3.1.5 Si中的杂质,n型掺杂剂P、As、Sbp型掺杂剂B轻元素杂质O、C、N、H金属杂质Fe、Cu、Ni等,13,14,15,16,3.1.6 Si中的缺陷(1).原生缺陷本征缺陷 空位和自间隙；(2).二次缺陷工艺诱生缺陷(3).外延材料中的缺陷 位错、外延堆垛层错、微缺陷（雾状）、棱锥,半导体单晶中的缺陷,位错：一方面，吸引其周围点缺陷，增加少子寿命 一方面，晶格畸变增大，使载流子复合，少子寿命减小刃位错：悬挂键，受主能级,17,3.1.7 Si的力学和热学性质,容易解理；在100-1000K温度范围，Si的热导

4、率k为：,18,19,20,3.2 锗,1886年，德国科学家温克莱尔（Winkler CA）首先从银硫锗矿（Ag8GeS6）中分离出Ge；Ge在地壳中的丰度仅为1.3410-6。,化学性质 Ge有5个稳定的同位素：Ge70(20.4%)、Ge72(27.4%)、Ge73(7.8%)、Ge74(36.6%)、Ge76(7.8%)。室温时，Ge在空气、水和氧气中稳定，不与盐酸、稀硫酸、浓氢氟酸和浓NaOH溶液发生反应。Ge可溶解在3%H2O2溶液中并形成GeO2沉淀；Ge不与C起反应。,21,物理性质金刚石结构晶格常数0.565790nm密度5.3234g/cm3（比色法）5.324264g/c

5、m3（X射线法）,石墨,金刚石,22,23,24,25,3.3 金刚石,纯净的金刚石化学性质稳定，耐酸、耐腐蚀，高温下也不与浓氢氟酸、硝酸和HClO3发生反应；只在Na2CO3、NaNO3、KNO3的溶体中或与K2Cr2O7和浓硫酸混合液一起煮沸时才可被腐蚀。,26,27,3.4 硒和碲3.4.1 硒硒在地壳中的丰度为510-6%（质量比）；它有六个稳定的同位素：Se74(0.89%)、Se76(9.36%)、Se77(7.63%)、Se78(23.77%)、Se80(49.61%)、Se82(8.74%),28,碲Te在地壳中的丰度为0.0110-6。,29,30,3.5磷、硼和灰锡磷黑磷和红磷具有半导体性质，室温下带隙分别为0.34eV和1.5eV。,31,硼B有两种稳定的同位素：10B(19.9%)、11B(19.9%),32,灰锡灰锡有三种同素异构体：-Sn 灰锡（面心立方结构）Eg=0.0750.094eV-Sn 白锡（体心立方结构）Sn 脆锡（斜方晶系）-Sn可望在远红外辐射探测器方面得到应用。,