半导体材料复习资料

半导体材料复习资料半导体材料概述：从电学性质上讲（主要指电阻率）绝缘体1012—1022Ω.cm半导体10-6—1012Ω.cm良导体≤10-6Ω.cm正温度系数（对电导率而言）负温度系数（对电阻率而言）半导体材料的分类（按化学组成分类）1）无机物半导体：元素半导体（Ge,Si）；化合物半导体：二、六族，三、五族。2）有机物半导体能带理论（区别三者导电性）金属中，由于组成金属的原子中的价电子占据的能带是部分占满的，所以金属是良好的导体。半导体由于禁带宽度比较小，在温度升高或有光照时，价带顶部的电子会得到能量激发到导带中去，这样在导带中就有自由电子，在价带中就相应的缺少电子，等效为带有正电子的空穴，电子和空穴同时参与导电，使得半导体具有一定的导电性能。一般对于绝缘体，禁带宽度较大，在温度升高或有光照时，能够得到能量而跃迁到导带的电子很少，因此绝缘体的导电性能很差。半导体结构类型：金刚石结构（Si/Ge):同种元素的两套面心立方格子沿对角线平移1/4套构而成。闪锌矿（三、五族化合物如GaAs)：两种元素的两套面心立方格子沿对角线平移1/4套构而成纤锌矿对禁带宽度的影响对于元素半导体：同一周期，从左到右，禁带宽度增大同一族，原子序数的增大（从上到下），禁带宽度减小。一、锗、硅的化学制备硅锗的物理化学性质比较高纯硅的制备方法各种方法的具体步骤以及制备过程中材料的提纯高纯锗的制备方法及步骤二、区熔提纯分凝现象，平衡分凝系数，有效分凝系数，正常凝固，平衡分凝系数与杂质集中的关系P20图2－1BPS公式及各个物理量的含义；分析如何提高分凝效果，如何变成对数形式影响区熔提纯的因素区熔的分类，硅和锗各采用什么方法影响区熔的因素：1）熔区长度一次区熔的效果，l越大越好极限分布时，l越小，锭头杂质浓度越低，纯度越高应用：前几次用宽熔区，后几次用窄熔区。2）熔区的移动速度电磁搅拌或高频电磁场的搅动作用，使扩散加速，δ变薄，使keff与Ko接近，分凝的效果也越显著凝固速度f越慢，keff与Ko接近，分凝的效果也越显著3）区熔次数的选择区熔次数的经验公式n=(1-1.5)L/l4）质量输运通过使锭料倾斜一个角度，用重力作用消除质量输运效应锗的水平区熔提纯根据提纯要求确定熔区长度、区熔速度和次数；清洗石墨舟、石英管、锗锭；将舟装入石英管、通氢气或抽真空，排气；熔区的产生：高频感应炉(附加电磁搅拌作用)；区熔若干次硅的悬浮区熔提纯采用悬浮区熔的原因：高温下硅很活泼,易反应，悬浮区熔可使之不与任何材料接触；利用熔硅表面张力大而密度小的特点，可使熔区悬浮质量输运问题的对策：硅的熔体密度小，质量迁移向区熔方向进行。因此将熔区从下向上移动，靠重力作用消除质量迁移1.什么是分凝现象？平衡分凝系数？有效分凝系数？2.写出BPS公式及各个物理量的含义，并讨论影响分凝系数的因素。3.分别写出正常凝固过程、一次区熔过程锭条中杂质浓度Cs公式,并说明各个物理量的含义。4.说明为什么实际区熔时，最初几次要选择大熔区后几次用小熔区的工艺条件。三.晶体生长理论基础1晶体生长的方式2晶体形成的热力学条件3晶体生长的三个阶段4均匀成核，非均匀成核5均匀成核过程中体系自由能随晶胚半径的变化关系分析；图3－2－－P39，各种晶胚的特点6硅锗单晶的生长方法晶体的外形从能量的角度：晶体的平衡形状是总界面能最小的形状。试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量及结构条件。什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？形核为什么需要形核功？均匀形核与非均匀形核形核功有何差别？四、硅锗晶体中的杂质和缺陷1硅锗中杂质的分类2杂质对材料性能的影响3直拉法单晶中纵向电阻率均匀性的控制方法五、硅外延生长名词解释同质外延,异质外延,直接外延,间接外延，正外延，反外延，自掺杂，外掺杂外延不同的分类方法以及每种分类所包括的种类硅气相外延原料硅气相外延分类用SiCL4外延硅的原理以及影响硅外延生长的因素抑制自掺杂的途径？硅的异质外延有哪两种在SOS技术中存在着外延层的生长和腐蚀的矛盾，如何解决？SOI材料的制备方法有哪些？各自是如何实现的？六、三五族化合物半导体什么是直接跃迁型能带,什么是间接跃迁型能带?硅锗属于什么类型,砷化镓属于什么类型?砷化镓单晶的生长方法有哪几种？七、三五族化合物半导体的外延生长MBE生长原理写出下列缩写的中文全称CVD，PVD，VPE，SOS，SOI，MOCVD，MBE，LPE，CBE，ALE，MLE名词解释气相外延液相外延金属有机物气相沉积分子束外延化学束外延蒸发溅射八、三五族多元化合物半导体什么是同质结？异质结？异质结的分类有哪些？什么是超晶格？势阱？势垒？量子阱？