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半導(dǎo)體材�
閱讀�33953�(shí)間:2011-09-14 14:48:16

  半導(dǎo)�材料是電�(dǎo)率在10�10歐/厘米之間的材�。在一般情況下,半�(dǎo)體電�(dǎo)率隨溫度的升高而增�,這與金屬�(dǎo)體恰好相反。凡具有上述兩種特征的材料都可歸入半�(dǎo)體材料的范圍。半�(dǎo)體材料是最重要最有影響的功能材料之一,它在微電子�(lǐng)域具有獨(dú)占的地位,同�(shí)又是光電子領(lǐng)域的主要材料�

�(fā)展歷�

  半導(dǎo)體材料從�(fā)�(xiàn)到發(fā)�,從使用到創(chuàng)�,擁有這一段長久的歷史。宰二十世紀(jì)�,就曾出�(xiàn)過點(diǎn)接觸礦石檢波��1930年,氧化亞銅整流器制造成功并得到廣泛�(yīng)�,是半導(dǎo)體材料開始受到重��1947年鍺�(diǎn)接觸三極管制成,成為半導(dǎo)體的研究成果的重大突��50年代末,薄膜生長激素的開發(fā)和集成電路的�(fā)�,是的微電子技�(shù)得到�(jìn)一步發(fā)��60年代,砷化鎵材料制成半導(dǎo)體激光器,固溶體半導(dǎo)體此阿里奧在紅外線方面的研究�(fā)�,半�(dǎo)體材料的�(yīng)用得到擴(kuò)��1969年超晶格概念的提出和超晶格量子阱的研制成�,是的半�(dǎo)體器件的�(shè)�(jì)與制造從雜志工程�(fā)展到能帶工程,將半導(dǎo)體材料的研究和應(yīng)用推向了一�(gè)新的�(lǐng)��90年代以來隨著移動(dòng)通信技�(shù)的飛速發(fā)�,砷化鎵和磷化煙等半�(dǎo)體材料成為焦�(diǎn),用于制作高速高頻大功率激�(fā)光電子器件等;近些年,新型半�(dǎo)體材料的研究得到突破,以氮化鎵為代表的先�(jìn)半導(dǎo)體材料開始體�(xiàn)出超�(qiáng)�(yōu)越�,被稱為IT�(chǎn)�(yè)的新�(fā)�(dòng)�(jī)�

特�

  1、電阻率

  半導(dǎo)體材料是一種具有特殊導(dǎo)電性能的功能材料,其電阻率處于�(dǎo)體電阻率� 0.00001Ω.cm以下)和絕緣體電阻率(10000000000Ω.cm)之間。例如純硅(Si)材料的電阻率約�100000Ω.cm 。半�(dǎo)體材料的電阻率對(duì)其雜�(zhì)含量、環(huán)境溫度、以及光�、電�、磁�、壓力等外界條件有非常高的靈敏��

  2、能�

  在孤立原子中的電子分別處在具有一定能量的電子軌道�。而在晶體�,原先在不同孤立原子中但具有相同能級(jí)的許多電子形成晶體時(shí),由于量子效�(yīng),即 Pauli 原理的限制不能有兩�(gè)電子處于相同的狀�(tài),它們的能量必定彼此�(cuò)�,各自處在一�(gè)能量略有差異的一組子能級(jí)�,形成能帶。根�(jù)電子的能量分�,在某些能量范圍�(nèi)是不許有電子存在的稱之為禁帶,即能帶之間的間�。由�(jià)電子填充的能帶,稱之為價(jià)帶或滿帶。價(jià)帶以上的能帶基本上是空的,其中的允許電子存在的能帶稱為導(dǎo)帶。根�(jù)�(jià)帶與�(dǎo)帶的分布情況,可以獲得金屬、半�(dǎo)體和絕緣�。在一般情況下,半�(dǎo)體的�(dǎo)帶底有少量電�,價(jià)帶頂有少量空�,半�(dǎo)體的�(dǎo)電就是依靠導(dǎo)帶底的少量電子或�(jià)帶頂?shù)纳倭靠昭�?/FONT>

  3、滿帶電子不�(dǎo)�

  �(dāng)�(jià)帶中存在一定的空穴和導(dǎo)帶中存在一定量的電子時(shí),半�(dǎo)體材料才能導(dǎo)�。即,半�(dǎo)體材料的�(dǎo)電行為取決于�(jià)帶中的空穴和�(dǎo)帶中的電��

  4、直接帶隙和間接帶隙

  �(jià)帶的電子可以通過熱激�(fā)或光照等激�(fā)到導(dǎo)帶中�。由光照激�(fā)�(jià)帶的電子到導(dǎo)帶而形成電� � 空穴�(duì)的這�(gè)過程稱為本征光吸收�

  在非豎直躍遷過程�,光子主要提供躍遷所需要的能量,而聲子則主要提供所需要的�(dòng)量。與豎直躍遷相比,非豎直躍遷是一�(gè)二級(jí)過程,發(fā)生的幾率要小得多,我們把�(dǎo)帶底和價(jià)帶頂處于k空間不同�(diǎn)的半�(dǎo)體稱為間接帶隙半�(dǎo)�� (在晶體材料�,聲子的波長一般介于光子與電子波長之間� �

  �(dǎo)帶中的電子躍遷到�(jià)帶空帶能�(jí)而發(fā)射光子, 是上述光吸收的逆過�� 稱為電子 —� 空穴�(duì)�(fù)合發(fā)��

種類

  半導(dǎo)體材料按化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)�(gòu),大 致可分為以下幾類�

  1.元素半導(dǎo)�

  有鍺、硅、硒、硼、碲、銻��50 年代,鍺在半�(dǎo) 體中占主�(dǎo)地位,但 鍺半�(dǎo)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(dǎo)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�,硅已成為應(yīng)用最多的一種增�(dǎo)體材�,目前的集成電路大多�(shù)是用 硅材料制造的�

  2.化合物半�(dǎo)�

  由兩種或兩種以上的元素化合而成的半�(dǎo)體材�。它 的種類很�,重要的有砷化鎵、磷化錮、銻化錮、碳化硅、硫化鎘及鎵砷硅�。其� 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�(qiáng)、耐高溫和 化學(xué)�(wěn)定性好,在航天技�(shù)�(lǐng)域有著廣泛的�(yīng)��

  3.無定形半�(dǎo)體材�

  用作半導(dǎo)� 的玻璃是一種非晶體無定形半�(dǎo)體材�,分為氧化物玻璃和非氧化物玻璃兩�。這類 材料具有良好的開�(guān)和記憶特性和很強(qiáng)的抗輻射能力,主要用來制造閾值開�(guān)、記� 開關(guān)和固體顯示器��

  4.有機(jī)半導(dǎo)體材�

  已知的有�(jī)半導(dǎo)體材料有幾十�,包括萘� �、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等,目前尚未得到應(yīng)� �

制備

  不同的半�(dǎo)體器件對(duì)半導(dǎo)體材料有不同的形�(tài)要求,包括單晶的切片、磨 �、拋光片、薄膜等。半�(dǎo)體材料的不同形態(tài)要求�(duì)�(yīng)不同的加工工�。常用的半導(dǎo) 體材料制備工藝有提純、單晶的制備和薄膜外延生��

  所有的半導(dǎo)體材料都需要對(duì)原料�(jìn)行提�,要求的純度� 6 �(gè)�9”以� ,達(dá) 11 �(gè)�9”以上。提純的方法分兩大類,一類是不改變材料的化學(xué)組成�(jìn)行提�,稱� 物理提純� 另一類是把元素先變成化合物�(jìn)行提�� 再將提純后的化合物還原成元素� 稱為化學(xué)提純。物理提純的方法有真空蒸�(fā)、區(qū)域精�、拉晶提純等,使用最多的� 區(qū)域精�?;瘜W(xué)提純的主要方法有電解、絡(luò)�、萃取、精餾等,使用最多的是精餾� 由于每一種方法都有一定的局限�,因此常使用幾種提純方法相結(jié)合的工藝流程以獲 得合格的材料�

  絕大多數(shù)半導(dǎo)體器件是在單晶片或以單晶片為襯底的外延片上作出的。成批量� 半導(dǎo)體單晶都是用熔體生長法制成的。直拉法�(yīng)用最��80%的硅單晶、大部分鍺單 晶和銻化銦單晶是用此法生�(chǎn)�,其中硅單晶的直徑已�(dá) 300 毫米。在熔體� 通入磁場的直拉法稱為磁控拉晶�,用此法已生�(chǎn)出高均勻性硅單晶。在坩堝熔體� 面加入液體覆蓋劑稱液封直拉法,用此法拉制砷化鎵、磷化鎵、磷化銦等分解壓較大 的單晶。懸浮區(qū)熔法的熔體不與容器接�,用此法生長高純硅單晶。水平區(qū)熔法用以 生產(chǎn)鍺單�。水平定向結(jié)晶法主要用于制備砷化鎵單�,而垂直定向結(jié)晶法用于制備 碲化�、砷化鎵。用各種方法生產(chǎn)的體單晶再經(jīng)過晶體定向、滾�、作參考面、切�� 磨片、倒角、拋�、腐�、清洗、檢�、封裝等全部或部分工序以提供相應(yīng)的晶��

  在單晶襯底上生長單晶薄膜稱為外延。外延的方法有氣相、液�、固�、分子束 外延�。工�(yè)生產(chǎn)使用的主要是化學(xué)氣相外延,其次是液相外延。金屬有�(jī)化合物氣 相外延和分子束外延則用于制備量子阱及超晶格等微結(jié)�(gòu)。非�、微�、多晶薄膜多 在玻�、陶�、金屬等襯底上用不同類型的化�(xué)氣相沉積、磁控濺射等方法制成�

�(yīng)�

  1、元素半�(dǎo)體材�

  硅在�(dāng)前的�(yīng)用相�(dāng)廣泛,他不僅是半�(dǎo)體集成電�,半�(dǎo)體器件和硅太陽能電池的基�(chǔ)材料,而且用半�(dǎo)體制作的電子器件和產(chǎn)品已�(jīng)大范圍的�(jìn)入到人們的生活,人們的家用電器中所用到的電子器�80%以上與案件都離不開硅材料。鍺是稀有元素,地殼中的含量較少,由于鍺的特有性質(zhì),使得它的應(yīng)用主要集中與制作各種二極�,三極管等。而以鍺制作的其他錢江如探測器,也具有著許多的�(yōu)�(diǎn),廣泛的�(yīng)用于多�(gè)�(lǐng)域�

  2、有�(jī)半導(dǎo)體材�

  有機(jī)半導(dǎo)體材料具有熱激活電�(dǎo)�,如萘蒽,聚丙烯和聚二乙烯苯以及堿金屬和蒽的�(luò)合物,有�(jī)半導(dǎo)體材料可分為有機(jī)�,聚合物和給體受體絡(luò)合物三類。有�(jī)半導(dǎo)體芯片等�(chǎn)品的生產(chǎn)能力�,但是擁有加工處理方便,�(jié)�(shí)耐用,成本低�,耐磨耐用等特��

  3、非晶半�(dǎo)體材�

  非晶半導(dǎo)體按鍵合力的性質(zhì)分為共價(jià)鍵非晶半�(dǎo)體和離子鍵非晶半�(dǎo)體兩�,可用液相快冷方法和真空蒸汽�?yàn)R射的方法制備。在工業(yè)�,非晶半�(dǎo)體材料主要用于制備像傳感�,太陽能鋰電池薄膜晶體管等非晶體半導(dǎo)體器件�

  4、化合物半導(dǎo)體材�

  化合物半�(dǎo)體材料種類繁多,按元素在周期表族來分�,分為三五族,二六族,四四族�。如今化合物半導(dǎo)體材料已�(jīng)在太陽能電池,光電器件,超高速器�,微波等�(lǐng)域占�(jù)重要位置,且不同種類具有不同的應(yīng)�??傊�?dǎo)體材料的�(fā)展迅�,應(yīng)用廣泛,隨著�(shí)間的推移和技�(shù)的發(fā)�,半�(dǎo)體材料的�(yīng)用將更加重要和關(guān)�,半�(dǎo)體技�(shù)和半�(dǎo)體材料的�(fā)展也將走向更高端的市��

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常見的現(xiàn)狀及趨�(shì)

  1、硅材料

  從提高硅集成電路成品率,降低成本�,增大直拉硅(CZ-Si)單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ-Si�(fā)展的總趨�(shì)。目前直徑為8英寸�200mm)的Si單晶已實(shí)�(xiàn)大規(guī)模工�(yè)生產(chǎn),基于直徑為12英寸�300mm)硅片的集成電路(IC‘s)技�(shù)正處在由�(shí)�(yàn)室向工業(yè)生產(chǎn)�(zhuǎn)變中。目�300mm�0.18μm工藝的硅ULSI生產(chǎn)線已�(jīng)投入生產(chǎn)�300mm�0.13μm工藝生產(chǎn)線也將在2003年完成評(píng)��18英寸重達(dá)414公斤的硅單晶�18英寸的硅園片已在�(shí)�(yàn)室研制成�,直�27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中�

  從�(jìn)一步提高硅IC‘S的速度和集成度�,研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片�(huì)成為硅材料發(fā)展的主流。另�,SOI材料,包括智能剝離(Smart cut)和SIMOX材料等也�(fā)展很快。目�,直�8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功,更大尺寸的片材也在開�(fā)��

  理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺�。這不僅是指量子尺寸效�(yīng)�(duì)�(xiàn)有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技�(shù)的限制問�,更重要的是將受硅、SiO2自身性質(zhì)的限�。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料(如用Si3N4等來替代SiO2�,低K介電互連材�,用Cu代替Al引線以及采用系統(tǒng)集成芯片技�(shù)等來提高ULSI的集成度、運(yùn)算速度和功�,但硅將最終難以滿足人類不斷的�(duì)更大信息量需�。為此,人們除尋求基于全新原理的量子計(jì)算和DNA生物�(jì)算等之外,還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導(dǎo)體材�,特別是二維超晶�、量子阱,一維量子線與零維量子點(diǎn)材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料�,這也是目前半�(dǎo)體材料研�(fā)的重�(diǎn)�

  2、GaAs和InP單晶材料

  GaAs和InP與硅不同,它們都是直接帶隙材�,具有電子飽和漂移速度�,耐高�,抗輻照等特�(diǎn);在超高�、超高頻、低功耗、低噪音器件和電�,特別在光電子器件和光電集成方面占有�(dú)特的�(yōu)�(shì)�

  目前,世界GaAs單晶的總年產(chǎn)量已超過200噸,其中以低位錯(cuò)密度的垂直梯度凝固法(VGF)和水平(HB)方法生長的2�3英寸的導(dǎo)電GaAs襯底材料為主;近年來,為滿足高速移�(dòng)通信的迫切需�,大直徑�4�6�8英寸)的SI-GaAs�(fā)展很�。美國莫托羅拉公司正在籌�6英寸的SI-GaAs集成電路生產(chǎn)線。InP具有比GaAs更優(yōu)越的高頻性能,發(fā)展的速度更快,但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關(guān)鍵技�(shù)尚未完全突破,價(jià)格居高不��

  GaAs和InP單晶的發(fā)展趨�(shì)是:

  �1�。增大晶體直徑,目前4英寸的SI-GaAs已用于生�(chǎn),預(yù)�(jì)本世紀(jì)初的頭幾年直徑為6英寸的SI-GaAs也將投入工業(yè)�(yīng)��

 ?�?)。提高材料的電學(xué)和光�(xué)微區(qū)均勻��

  �3�。降低單晶的缺陷密度,特別是位錯(cuò)�

 ?�?�。GaAs和InP單晶的VGF生長技�(shù)�(fā)展很�,很有可能成為主流技�(shù)�

  3、半�(dǎo)體超晶格、量子阱材料

  半導(dǎo)體超薄層微結(jié)�(gòu)材料是基于先�(jìn)生長技�(shù)(MBE,MOCVD)的新一代人工構(gòu)造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設(shè)�(jì)思想,出�(xiàn)了“電�(xué)和光�(xué)特性可剪裁”為特征的新范疇,是新一代固�(tài)量子器件的基�(chǔ)材料�

  �1)Ⅲ-V族超晶格、量子阱材料�

  GaAIAs/GaAs,GaInAs/GaAs,AIGaInP/GaAs;GalnAs/InP,AlInAs/InP  InGaAsP/InP等GaAs、InP基晶格匹配和�(yīng)變補(bǔ)償材料體系已�(fā)展得相當(dāng)成熟,已成功地用來制造超高速,超高頻微電子器件和單片集成電�。高電子遷移率晶體管(HEMT�,贗配高電子遷移率晶體管(P-HEMT)器件水平已�(dá)fmax=600GHz,輸出功�58mW,功率增�6.4db;雙異質(zhì)�(jié)雙極晶體管(HBT)的頻率fmax也已高達(dá)500GHz,HEMT邏輯電路研制也發(fā)展很�?;谏鲜霾牧象w系的光通信�1.3μm�1.5μm的量子阱激光器和探測器,紅、黃、橙光發(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半�(dǎo)體量子阱激光器已商品化;表面光�(fā)射器件和光雙�(wěn)器件等也已達(dá)到或接近�(dá)到實(shí)用化水平。目�,研制高�(zhì)量的1.5μm分布反饋(DFB)激光器和電吸收(EA)調(diào)制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅(qū)�(dòng)電路所需的低維結(jié)�(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問題的關(guān)鍵,在實(shí)�(yàn)室西門子公司已完成�80×40Gbps傳輸40km的實(shí)�(yàn)。另�,用于制造準(zhǔn)連續(xù)兆瓦�(jí)大功率激光陣列的高質(zhì)量量子阱材料也受到人們的重視�

  雖然常規(guī)量子阱結(jié)�(gòu)端面�(fā)射激光器是目前光電子�(lǐng)域占�(tǒng)治地位的有源器件,但由于其有源區(qū)�?。�?.01μm)端面光電災(zāi)變損傷,大電流電熱燒毀和光束質(zhì)量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區(qū)量子�(jí)�(lián)耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早�1999年,就研制成�980nm InGaAs帶間量子�(jí)�(lián)激光器,輸出功率達(dá)5W以上�2000年初,法國湯姆遜公司又報(bào)道了單�(gè)激光器�(zhǔn)連續(xù)輸出功率超過10瓦好�(jié)果。最�,我國的科研工作者又提出并開展了多有源區(qū)縱向光耦合垂直腔面�(fā)射激光器研究,這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束�(zhì)量的新型激光器,在未來光通信、光互聯(lián)與光電信息處理方面有著良好的�(yīng)用前��

  為克服PN�(jié)半導(dǎo)體激光器的能隙對(duì)激光器波長范圍的限制,1994年美國貝爾實(shí)�(yàn)室發(fā)明了基于量子阱內(nèi)子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子�(jí)�(lián)激光器,突破了半導(dǎo)體能隙對(duì)波長的限制。自�1994年InGaAs/InAIAs/InP量子�(jí)�(lián)激光器(QCLs)發(fā)明以�,Bell�(shí)�(yàn)室等的科�(xué)家,在過去的7年多的時(shí)間里,QCLs在向大功�、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的�(jìn)��2001年瑞士Neuchatel大學(xué)的科�(xué)家采用雙聲子共振和三量子阱有源區(qū)�(jié)�(gòu)使波長為9.1μm的QCLs的工作溫度高�(dá)312K,連續(xù)輸出功率3mW.量子�(jí)�(lián)激光器的工作波長已覆蓋近紅外到�(yuǎn)紅外波段�3�87μm),并在光通信、超高分辨光�、超高靈敏氣體傳感器、高速調(diào)制器和無線光�(xué)連接等方面顯示出重要的應(yīng)用前�。中科院上海微系�(tǒng)和信息技�(shù)研究所�1999年研制成�120K 5μm�250K 8μm的量子級(jí)�(lián)激光器;中科院半導(dǎo)體研究所�2000年又研制成功3.7μm室溫�(zhǔn)連續(xù)�(yīng)變補(bǔ)償量子級(jí)�(lián)激光器,使我國成為能研制這類高質(zhì)量激光器材料為數(shù)不多的幾�(gè)國家之一�

  目前,Ⅲ-V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微�(jié)�(gòu)材料�(fā)展的主流方向,正從直�3英寸�4英寸過渡;生�(chǎn)型的MBE和M0CVD�(shè)備已研制成功并投入使�,每�(tái)年生�(chǎn)能力可高�(dá)3.75×104�4英寸�1.5×104�6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心,法國的Picogiga MBE基地,美國的QED公司,Motorola公司,日本的富士�,NTT,索尼等都有這種外延材料出售。生�(chǎn)型MBE和MOCVD�(shè)備的成熟與應(yīng)�,必然促�(jìn)襯底材料�(shè)備和材料�(píng)�(jià)技�(shù)的發(fā)展�

 ?�?)硅基應(yīng)變異�(zhì)�(jié)�(gòu)材料�

  硅基�、電器件集成一直是人們所追求的目�(biāo)。但由于硅是間接帶隙,如何提高硅基材料發(fā)光效率就成為一�(gè)亟待解決的問�。雖�(jīng)多年研究,但�(jìn)展緩�。人們目前正致力于探索硅基納米材料(納米Si/SiO2),硅基SiGeC體系的Si1-yCy/Si1-xGex低維�(jié)�(gòu),Ge/Si量子�(diǎn)和量子點(diǎn)超晶格材�,Si/SiC量子�(diǎn)材料,GaN/BP/Si以及GaN/Si材料。最�,在GaN/Si上成功地研制出LED�(fā)光器件和有關(guān)納米硅的受激放大�(xiàn)象的�(bào)�,使人們看到了一線希��

  另一方面,GeSi/Si�(yīng)變層超晶格材�,因其在新一代移�(dòng)通信上的重要�(yīng)用前�,而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSi MODFET和MOSFET的截止頻率已�(dá)200GHz,HBT振蕩頻率�160GHz,噪音在10GHz下為0.9db,其性能可與GaAs器件相媲美�盡管GaAs/Si和InP/Si是實(shí)�(xiàn)光電子集成理想的材料體系,但由于晶格失配和熱膨脹系數(shù)等不同造成的高密度失配位錯(cuò)而導(dǎo)致器件性能退化和失效,防礙著它的使用�。最�,Motolora等公司宣�,他�?cè)?2英寸的硅襯底�,用鈦酸鍶作�(xié)變層(柔性層),成功的生長了器件�(jí)的GaAs外延薄膜,取得了突破性的�(jìn)展�

  4、寬帶隙半導(dǎo)體材�

  寬帶隙半�(dǎo)體材料主要指的是金剛�,III族氮化物,碳化硅,立方氮化硼以及氧化物(ZnO等)及固溶體�,特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材�,因具有高熱�(dǎo)率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特�(diǎn),成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導(dǎo)體微電子器件和電路的理想材料;在通信、汽�、航�、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛的應(yīng)用前�。另�,III族氮化物也是很好的光電子材料,在�(lán)、綠光發(fā)光二極管(LED)和�、藍(lán)、綠光激光器(LD)以及紫外探測器等應(yīng)用方面也顯示了廣泛的�(yīng)用前景。隨�1993年GaN材料的P型摻雜突�,GaN基材料成為藍(lán)綠光�(fā)光材料的研究熱點(diǎn)。目�,GaN基藍(lán)綠光�(fā)光二極管己商品化,GaN基LD也有商品出售,輸出功率為0.5W.在微電子器件研制方面,GaN基FET的工作頻率(fmax)已�(dá)140GHz,fT=67 GHz,跨�(dǎo)�260ms/mm;HEMT器件也相繼問世,�(fā)展很�。此外,256×256 GaN基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成�。特別值得提出的是,日本Sumitomo電子工業(yè)有限公司2000年宣�,他們采用熱力學(xué)方法已研制成�2英寸GaN單晶材料,這將有力的推�(dòng)�(lán)光激光器和GaN基電子器件的�(fā)�。另�,近年來具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN,InGaAsN,GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重�,這是�?yàn)樗鼈�(cè)陂L波長光通信用高T0光源和太陽能電池等方面顯示了重要�(yīng)用前��

  以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性�(jìn)��2英寸�4H�6H SiC單晶與外延片,以�3英寸�4H SiC單晶己有商品出售;以SiC為GaN基材料襯低的�(lán)綠光LED�(yè)已上�,并參于與以�(lán)寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的�?fàn)?。其他SiC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長足的�(jìn)步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高,且�(jià)格昂貴�

  II-VI族蘭綠光材料研制在徘徊了�30年后,于1990年美�3M公司成功地解決了II-VI族的P型摻雜難�(diǎn)而得到迅速發(fā)展�1991�3M公司利用MBE技�(shù)率先宣布了電注入(Zn,Cd)Se/ZnSe蘭光激光器�77K�495nm)脈沖輸出功�100mW的消�,開始了II-VI族蘭綠光半導(dǎo)體激光(材料)器件研制的高潮。經(jīng)過多年的努力,目前ZnSe基II-VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超�1000小時(shí),但離使用差距尚�,加之GaN基材料的迅速發(fā)展和�(yīng)�,使II-VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區(qū)材料的完整�,特別是要降低由非化�(xué)配比�(dǎo)致的�(diǎn)缺陷密度和�(jìn)一步降低失配位�(cuò)和解決歐姆接觸等問題,仍是該材料體系走向?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問��

  寬帶隙半�(dǎo)體異�(zhì)�(jié)�(gòu)材料往往也是典型的大失配異質(zhì)�(jié)�(gòu)材料,所謂大失配異質(zhì)�(jié)�(gòu)材料是指晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)或晶體的�(duì)稱性等物理參數(shù)有較大差異的材料體系,如GaN/藍(lán)寶石(Sapphire�,SiC/Si和GaN/Si�。大晶格失配引發(fā)界面處大量位�(cuò)和缺陷的�(chǎn)�,極大地影響著微�(jié)�(gòu)材料的光電性能及其器件�(yīng)�。如何避免和消除這一�(fù)面影�,是目前材料制備中的一�(gè)迫切要解決的�(guān)鍵科�(xué)問題。這�(gè)問題的解�,必將大大地拓寬材料的可選擇余地,開辟新的應(yīng)用領(lǐng)��

  目前,除SiC單晶襯低材料,GaN基藍(lán)光LED材料和器件已有商品出售外,大多數(shù)高溫半導(dǎo)體材料仍處在�(shí)�(yàn)室研制階段,不少影響這類材料�(fā)展的�(guān)鍵問�,如GaN襯底,ZnO單晶簿膜制備,P型摻雜和歐姆電極接觸,單晶金剛石薄膜生長與N型摻�,II-VI族材料的退化機(jī)理等仍是制約這些材料�(shí)用化的關(guān)鍵問題,國內(nèi)外雖已做了大量的研究,至今尚未取得重大突��

  5、低維半�(dǎo)體材�

  �(shí)際上這里說的低維半導(dǎo)體材料就是納米材� ,之所以不愿意使用,主要是不想與現(xiàn)在熱炒的所謂的納米襯衣、納米啤� �、納米洗衣機(jī)等混為一�、從本質(zhì)上看,發(fā)展納米科�(xué)技�(shù)的重要目的之一,就是人們能在原子、分子或者納米的尺度水平上來控制和制造功能強(qiáng)��性能�(yōu)越的納米電子、光電子器件和電路,納米生物傳感器件�,以造福人類??梢灶A(yù)�,納米科�(xué)技�(shù)的發(fā)展和�(yīng)用不僅將徹底改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)和生活方�,也必將改變社會(huì)政治格局和戰(zhàn)爭的�(duì)抗形式。這也是為什么人們對(duì)�(fā)展納米半�(dǎo)體技�(shù)非常重視的原因�

  電子在塊體材料里,在三�(gè)維度的方向上都可以自由運(yùn)�(dòng)。但�(dāng)材料的特征尺寸在一�(gè)維度上比電子的平均自由程相比更小的時(shí)�,電子在這�(gè)方向上的�(yùn)�(dòng)�(huì)受到限制,電子的能量不再是連續(xù)�,而是量子化的,我們稱這種材料為超晶格 、量子阱材料。量子線材料就是電子只能沿著量子線方向自由運(yùn)�(dòng),另外兩�(gè)方向上受到限�;量子點(diǎn)材料是指在材料三�(gè)維度上的尺寸都要比電子的平均自由程小,電子在三�(gè)方向上都不能自由�(yùn)�(dòng),能量在三�(gè)方向上都是量子化��

  由于上述的原�,電子的�(tài)密度函數(shù)也發(fā)生了變化,塊體材料是拋物�,電子在這上面可以自由運(yùn)�(dòng);如果是量子�(diǎn)材料,它的態(tài)密度函數(shù)就像是單�(gè)的分�、原子那樣,完全是孤立的 函數(shù)分布,基于這�(gè)特點(diǎn),可制造功能強(qiáng)大的量子器件�大規(guī)模集成電路的存儲(chǔ)器是靠大量電子的充放電實(shí)�(xiàn)�。大量電子的流動(dòng)需要消耗很多能量導(dǎo)致芯片發(fā)熱,從而限制了集成�,如果采用單�(gè)或幾�(gè)電子做成的存�(chǔ)器,不但集成度可以提�,而且功耗問題也可以解決。目前的激光器效率不高,因?yàn)榧す馄鞯牟ㄩL隨著溫度變化,一般來說隨著溫度增高波長要紅移,所以現(xiàn)在光纖通信用的激光器都要控制溫度。如果能用量子點(diǎn)激光器代替�(xiàn)有的量子阱激光器,這些問題就可迎刃而解��

  基于GaAs和InP基的超晶�、量子阱材料已經(jīng)�(fā)展得很成�,廣泛地�(yīng)用于光通信 、移�(dòng) 通訊、微波通訊 的領(lǐng)�。量子級(jí)�(lián)激光器是一�(gè)單極器件,是近十多年才發(fā)展起來的一種新型中、遠(yuǎn)紅外光源,在自由空間通信、紅外對(duì)抗和遙控化學(xué)傳感等方面有著重要應(yīng)用前�。它�(duì)MBE制備工藝要求很高,整�(gè)器件�(jié)�(gòu)幾百到上千層,每層的厚度都要控制在零�(diǎn)幾�(gè)納米的精度,中國在此�(lǐng)域做出了國際先�(jìn)水平的成�;又如多有源區(qū)帶間量子隧穿輸運(yùn)和光耦合量子阱激光器 ,它具有量子效率�、功率大和光束質(zhì)量好的特�(diǎn),中國已有很好的研究基礎(chǔ);在量子�(diǎn)(線)材料和量子�(diǎn)激光器等研究方面也取得了令國際同行矚目的成��

�(zhàn)略地�

  上世紀(jì)中葉,單晶硅和半�(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成�,導(dǎo)致電子工�(yè)革命;上世紀(jì)70年代初石英光�(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明,促�(jìn)了光纖通信技�(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技�(shù)�(chǎn)�(yè),使人類�(jìn)入了信息�(shí)�。超晶格概念的提出及其半�(dǎo)體超晶格、量子阱材料的研制成�,徹底改變了光電器件的設(shè)�(jì)思想,使半導(dǎo)體器件的�(shè)�(jì)與制造從“雜�(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程�。納米科�(xué)技�(shù)的發(fā)展和�(yīng)�,將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控�、操縱和制造功能強(qiáng)大的新型器件與電�,必將深刻地影響著世界的政治、經(jīng)�(jì)格局和軍事對(duì)抗的形式,徹底改�?nèi)藗兊纳罘绞�?/FONT>

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