半導體材料(semiconductormaterial)是導電能力介于導體與絕緣體之間的物質(zhì)。半導體材料是一類具有半導體性能、可用來制作半導體器件和集成電的電子材料,其電導率在10(U-3)~10(U-9)歐姆/厘米范圍內(nèi)。半導體材料是一類具有半導體性能、可用來制作半導體器件和集成電的電子材料,其電導率在10(U-3)~10(U-9)歐姆/厘米范圍內(nèi)。正是利用半導體材料的這些性質(zhì),才制造出功能多樣的半導體器件。半導體材料是半導體工業(yè)的基礎(chǔ),它的發(fā)展對半導體技術(shù)的發(fā)展有極大的影響。
半導體材料分類
半導體材料按化學成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu),大致可分為以下幾類。
1、化合物半導體由兩種或兩種以上的元素化合而成的半導體材料。它的種類很多,重要的有砷化鎵、磷化錮、銻化錮、碳化硅、硫化鎘及鎵砷硅等。其中砷化鎵是制造微波器件和集成電的重要材料。碳化硅由于其抗輻射能力強、耐高溫和化學穩(wěn)定性好,在航天技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。3.無定形半導體材料 用作半導體的玻璃是一種非晶體無定形半導體材料,分為氧化物玻璃和非氧化物玻璃兩種。這類材料具有良好的開關(guān)和記憶特性和很強的抗輻射能力,主要用來制造閾值開關(guān)、記憶開關(guān)和固體顯示器件。
2、元素半導體有鍺、硅、硒、硼、碲、銻等。50年代,鍺在半導體中占主導地位,但 鍺半導體器件的耐高溫和抗輻射性能較差,到60年代后期逐漸被硅材料取代。用硅制造的半導體器件,耐高溫和抗輻射性能較好,特別適宜制作大功率器件。因此,硅已成為應(yīng)用最多的一種增導體材料,目前的集成電路大多數(shù)是用硅材料制造的。
3、有機增導體材料已知的有機半導體材料有幾十種,包括萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等,目前尚未得到應(yīng)用 。
半導體材料的特性參數(shù)對于材料應(yīng)用甚為重要。因為不同的特性決定不同的用途。
半導體材料特性
半導體材料的導電性對某些微量雜質(zhì)極敏感。純度很高的半導體材料稱為本征半導體,常溫下其電阻率很高,是電的不良導體。在高純半導體材料中摻入適當雜質(zhì)后,由于雜質(zhì)原子提供導電載流子,使材料的電阻率大為降低。這種摻雜半導體常稱為雜質(zhì)半導體。雜質(zhì)半導體靠導帶電子導電的稱N型半導體,靠價帶空穴導電的稱P型半導體。不同類型半導體間接觸(構(gòu)成PN結(jié))或半導體與金屬接觸時,因電子(或空穴)濃度差而產(chǎn)生擴散,在接觸處形成位壘,因而這類接觸具有單向?qū)щ娦浴?/span>
利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕梢灾瞥删哂胁煌δ艿陌雽w器件,如二極管、三極管、晶閘管等。此外,半導體材料的導電性對外界條件(如熱、光、電、磁等因素)的變化非常敏感,據(jù)此可以制造各種敏感元件,用于信息轉(zhuǎn)換。半導體材料的特性參數(shù)有禁帶寬度、電阻率、載流子遷移率、非平衡載流子壽命和位錯密度。禁帶寬度由半導體的電子態(tài)、原子組態(tài)決定,反映組成這種材料的原子中價電子從束縛狀態(tài)激發(fā)到自由狀態(tài)所需的能量。電阻率、載流子遷移率反映材料的導電能力。