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—1022 Ω.cm
半导体10-6—1012 Ω.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/l
4）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？

谢谢啊