《半导体材料》PPT课件.ppt

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1、 概 述 了 解 原 子 的 结 构 和 结 合 是 认 识 硅 扮 演 着 半导 体 材 料 重 要 角 色 的 关 键 。 掌 握 这 些 知 识 ，为 理 解 简 单 的 半 导 体 器 件 如 何 能 充 当 复 杂微 芯 片 世 界 的 一 部 分 提 供 了 基 础 。 目 标通 过 本 章 学 习 ， 能 够 ：1.能 够 列 出 至 少 三 种 半 导 体 材 料2.解 释 电 阻 率 、 电 阻 和 电 容 ， 讨 论 它 们 在 芯片 制 造 中 的 重 要 性3.解 释 N型 和 P型 半 导 体 材 料 在 组 成 和 电 性 能方 面 的 不 同4.讨 论 以 砷 化

2、 镓 为 重 点 的 其 它 半 导 体 材 料 2.1原 子 结 构自 然 界 中 任 何 事 物 都 是 由 96种 稳 定 元 素 和12种 不 稳 定 元 素 组 成 的 。 不 同 原 子 结 构 决定 了 不 同 的 元 素 特 性 。著 名 物 理 学 家 尼 尔 斯 玻 尔 最 早 把 原 子 的 基本 结 构 用 于 解 释 不 同 元 素 的 不 同 物 理 、 化学 和 电 性 能 。 2.1.1玻 尔 原 子 模 型 带 正 电 的 质 子 和 不 带 电 的 中 子 集 中 在 原 子核 中 ， 带 负 电 的 电 子 围 绕 原 子 核 在 固 定 的轨 道 上 运

3、 动 。 带 正 电 的 质 子 和 带 负 电 的 电 子 之 间 存 在 着吸 引 力 ， 不 过 吸 引 力 和 电 子 在 轨 道 上 运 动的 离 心 力 相 抵 ， 这 样 原 子 结 构 就 稳 定 了 。 每 个 轨 道 容 纳 的 电 子 数 量 是 有 限 的 。 当 一个 特 定 的 电 子 轨 道 被 填 满 后 ， 其 余 的 电 子就 必 须 填 充 到 下 一 个 外 层 轨 道 上 。 元 素 ： 同 种 原 子 构 成 的 最 简 单 的 物 质 ， 具有 特 定 的 物 理 和 化 学 性 质 分 子 ： 由 两 个 或 更 多 的 原 子 构 成 ， 通

4、过 化学 作 用 紧 密 束 缚 在 一 起 的 结 构 ， 表 现 为 一个 独 立 单 元 化 合 物 ： 由 两 个 或 更 多 的 原 子 构 成 ， 形 成一 种 性 质 不 同 于 组 分 原 子 的 新 物 质 电 子 ： 各 个 电 子 占 据 了 包 含 7个 不 同 壳 层 的轨 道 ， 每 个 壳 层 对 应 了 一 个 特 定 的 能 级 ，以 从 K到 Q得 字 母 来 区 分 。 电 子 能 级 ： 能 量 单 位 是 电 子 伏 特 （ ev） ，代 表 一 个 电 子 从 低 电 势 处 移 动 到 高 出 1V的电 势 处 所 获 得 的 动 能 。 价 电

5、子 层 ： 给 定 一 种 原 子 ， 最 外 部 的 电 子层 就 是 价 电 子 层 ， 对 原 子 的 化 学 和 物 理 性质 具 有 显 著 的 影 响 。 固 体 能 带 论 ： 解 释 了 固 体 材 料 中 电 子 怎 样改 变 轨 道 能 级 。 离 子 ： 当 原 子 失 去 或 得 到 一 个 或 多 个 电 子时 成 为 离 子 。 电 离 ： 从 原 子 中 移 去 电 子 的 过 程 ， 产 生 了带 正 电 的 原 子 或 分 子 。 离 子 键 ： 当 价 层 电 子 从 一 种 元 素 的 原 子 转移 到 另 一 个 原 子 上 时 ， 形 成 离 子 键

6、。 共 价 键 ： 不 同 元 素 的 原 子 共 有 价 层 电 子 ，原 子 通 过 共 有 电 子 来 使 价 层 完 全 填 充 而 变得 稳 定 。 2.1.2元 素 周 期 表 原 子 结 构 的 规 则1、 在 任 何 原 子 中 都 有 数 量 相 等 的 质 子 和 电 子2、 任 何 元 素 都 包 括 特 定 数 目 的 质 子 ， 没 有 任何 两 种 元 素 有 相 同 数 目 的 质 子 。 “ 原 子 序数 ” 就 等 于 原 子 中 质 子 的 数 目 。3、 有 相 同 最 外 层 电 子 数 的 元 素 有 着 相 似 的 性质 。 4、 最 外 层 被 填

7、 满 或 者 拥 有 8个 电 子 的 元 素 是稳 定 的 ， 在 化 学 性 质 上 比 最 外 层 未 填 满 的原 子 更 稳 定 。5、 原 子 会 试 图 与 其 他 原 子 结 合 而 形 成 稳 定 的条 件 。 2.1.3硅 片 制 造 中 一 般 化 学 元 素 的 族 特 性IA ： 一 个 价 电 子 ， 容 易 失 去 ， 低 负 电 性 不 稳 定 非 常 活 泼 ， 爆 炸 性 形 成 离 子 键 由 于 污 染 问 题 ， 不 推 荐 使 用 这 族 金 属 IIA： 2个 价 电 子 有 些 不 稳 定 相 当 活 泼 不 推 荐 使 用 这 族 金 属 II

8、IA： 3个 价 电 子 加 入 到 半 导 体 材 料 中 的 掺 杂 元 素 （ 主 要 是 B） 普 通 的 互 连 导 电 材 料 （ AL） IVA： 4个 价 电 子 半 导 体 材 料 形 成 共 价 键 VA： 5个 价 电 子 加 入 到 半 导 体 材 料 中 的 掺 杂 元 素 （ 主 要 是 P和 AS） VIA： 6个 价 电 子VIIA： 7个 价 电 子 ， 容 易 接 受 电 子 ， 高 负 电 性 腐 蚀 性 非 常 活 泼 形 成 离 子 键 在 某 些 半 导 体 应 用 中 有 用 ： 作 为 刻 蚀 和 清 洗 化 合 物 而 使 用 VIIIA： 8

9、个 价 电 子 稳 定 ， 不 活 泼 惰 性 气 体 应 用 在 半 导 体 制 造 的 某 些 方 面 是 安 全 的 IB： 最 好 的 金 属 导 体 Cu正 在 取 代 AL的 互 连 导 体 材 料 的 位 置IVBVIB： 难 熔 （ 高 熔 点 ） 金 属 ， 一 般 用 于 半 导 体 制 造 中 以 改 善 金 属 化 （ 尤 其 是 Ti、 W、 Mo、 Ta和 Cr） 与 Si反 应 良 好 ， 形 成 具 有 优 良 电 学 特 性 的 稳 定 化 合 物 2.2材 料 分 类根 据 流 经 材 料 电 流 的 不 同 可 分 为 三 类 材 料 ： 导 体 绝 缘

10、体 半 导 体 2.2.1导 体 导 体 ： 价 带 与 导 带 交 叠 ， 电 子 从 价 带 移 动 到 导 带 只 需 很 小 的 能 量 。 在 原 子 的 最 外 层 通 常 有 一 些 束 缚 松 散 的 价 电 子 ，容 易 失 去 。 金 属 典 型 地 具 有 这 种 价 电 子 层 结 构 。 在 一 般 的 半 导 体 制 造 中 ， 铝 是 最 普 通 的 导 体 材料 ， 用 来 充 当 器 件 之 间 的 互 联 线 ， 而 钨 可 作 为 金 属层 之 间 的 互 连 材 料 。 铜 是 优 质 金 属 导 体 的 一 个 例 子 ， 最 近 被 引 入 到 硅片

11、 制 造 中 取 代 铝 。 空 穴 ： 电 子 的 移 去 在 电 子 价 带 中 留 下 一 个 空 位 电 子 空 穴 对 ： 每 个 导 带 电 子 必 定 存 在 一 个 价 带 空 穴 与 之 对 应 ， 价 带 电 子 能 够 跃 入 空 穴 的 位 置 ， 从 而 推 动 电 子 的 移 动 和 导 电 。 这 种 状 态 称 之 为 电 子 空 穴 对 。 复 合 ： 在 成 为 导 带 自 由 电 子 不 久 ， 电 子 即 失 去 能 量 并 跌 入 价 带 的 空 穴 中 ， 这 个 过 程 称 为 复 合 。 寿 命 ： 一 个 电 子 从 导 带 移 出 直 到 复

12、 合 所 经 历 的 时 间 。热 能 促 使 电 子 空 穴 对 持 续 不 断 的 产 生 并 随 之 复 合 。 电 导 率 与 电 阻 率材 料 传 导 电 流 的 性 质 称 为 导 电 性 。用 电 阻 率 （ ） 来 表 征 材 料 的 导 电 性 。 电 阻 率 越 低的 材 料 具 有 越 好 的 导 电 性 。 只 依 赖 于 材 料 本 身 ， 与几 何 形 状 无 关 。 通 常 导 体 的 电 阻 率 在 10-4欧 姆 *厘 米以 下 ， 绝 缘 体 的 电 阻 率 在 109欧 姆 *厘 米 以 上 。 用 公式 表 示 ： C1 电 阻 电 阻 ： 阻 碍 电

13、流 流 动 并 伴 随 着 热 消 耗 。 硅 片 制 造 中 特 征 尺 寸 的 减 小 使 电 阻 成 为 一 个 重 要参 数 。 更 小 的 尺 寸 引 起 互 连 线 的 电 阻 增 加 ， 增 加了 非 理 想 效 应 的 热 损 耗 。面 积lR 2.2.2绝 缘 体绝 缘 体 ： 有 很 大 的 禁 带 宽 度 分 隔 开 价 带 和 导 带 ， 电 子 从 价 带 移 动 到 导 带 很 困 难 ， 有 很 低 的 电 导 率 和 很 高 的 电 阻 率 。半 导 体 制 造 中 的 绝 缘 体 包 括 二 氧 化 硅 、 氮 化 硅 和 聚酰 亚 胺 （ 一 种 朔 料 材

14、 料 ） ， 净 化 后 的 去 离 子 水 也 是绝 缘 体 。 电 容 电 容 是 被 电 介 质 分 隔 开 的 两 个 导 电 极 板 上的 电 荷 存 储 装 置 。 在 半 导 体 结 构 中 ， MOS栅 结 构 ， 被 绝 缘 层隔 开 的 金 属 层 和 硅 基 体 之 间 都 存 在 着 电 容 。 介 电 常 数 ： 介 电 材 料 是 电 容 器 中 的 关 键 部分 。 介 电 常 数 K已 经 成 为 一 个 重 要 的 半 导 体性 能 参 数 。 2.2.3半 导 体 具 有 较 小 的 禁 带 宽 度 ， 介 于 绝 缘 体 和 导 体 之 间 。这 个 禁

15、带 宽 度 允 许 电 子 在 获 得 能 量 时 从 价 带 跃 迁到 导 带 。 这 种 行 为 发 生 在 半 导 体 被 加 热 时 ， 因 而其 导 电 性 随 温 度 的 增 加 而 提 高 。 硅 它 是 一 种 半 导 体 材 料 ， 有 4个 价 电 子 ， 位 于 IVA族 ，硅 中 价 层 电 子 数 目 正 好 位 于 优 质 导 体 （ 1个 价 电子 ） 和 绝 缘 体 （ 8个 价 电 子 ） 中 间 。 硅 的 熔 点 是 1412 ， 是 一 种 质 硬 的 脆 性 材 料 ， 变形 很 容 易 破 碎 ， 与 玻 璃 相 似 。 可 以 抛 光 得 像 镜

16、面一 样 平 整 。 本 征 半 导 体 ： 不 含 任 何 杂 质 和 缺 陷 的 纯 净 半 导 体 ，其 纯 度 在 99.999999%（ 810个 9） 。 掺 杂 半 导 体 ： 把 特 定 的 元 素 引 入 到 本 征 半 导 体 中 ，可 提 高 本 征 半 导 体 的 导 电 性 。 两 种 特 性 ： 1.通 过 掺 杂 精 确 控 制 电 阻 率 2.电 子 和 空 穴 导 电 半 导 体 具 有 以 下 的 特 殊 性 质 ：(1) 温 度 的 变 化 能 显 著 的 改 变 半 导 体 的 导 电 能 力 。当 温 度 升 高 时 ， 电 阻 率 会 降 低 。 比

17、 如 Si在 200时 电 阻 率 比 室 温 时 的 电 阻 率 低 几 千 倍 。 可 以 利 用半 导 体 的 这 个 特 性 制 成 自 动 控 制 用 的 热 敏 组 件（ 如 热 敏 电 阻 等 ） ， 但 是 由 于 半 导 体 的 这 一 特 性 ，容 易 引 起 热 不 稳 定 性 ， 在 制 作 半 导 体 器 件 时 需 要考 虑 器 件 自 身 产 生 的 热 量 ， 需 要 考 虑 器 件 使 用 环境 的 温 度 等 ， 考 虑 如 何 散 热 ， 否 则 将 导 致 器 件 失效 、 报 废 。 (2) 半 导 体 在 受 到 外 界 光 照 的 作 用 时 导

18、电 能 力 大 大提 高 。 利 用 这 一 特 点 ， 可 制 成 光 敏 三 极 管 、 光 敏电 阻 等 。 (3) 在 纯 净 的 半 导 体 中 加 入 微 量 （ 千 万 分 之 一 ） 的其 它 元 素 （ 这 个 过 程 我 们 称 为 掺 杂 ） ， 可 使 他 的导 电 能 力 提 高 百 万 倍 。 这 是 半 导 体 的 最 初 的 特 征 。例 如 在 原 子 密 度 为 5*1022/cm3的 硅 中 掺 进 大 约5X1015/cm3磷 原 子 ， 比 例 为 10-7（ 即 千 万 分 之一 ） ， 硅 的 导 电 能 力 提 高 了 几 十 万 倍 。 2.3

19、掺 杂 半 导 体 的 电 阻 率 2.4电 子 和 空 穴 的 传 导 N型 硅 导 带 电 子 多 于 价 带 空 穴 多 出 的 电 子 P型 硅 空 穴 N型 半 导 体 中 的 电 子 传 导 P半 导 体 中 的 空 穴 传 导 电 子 方 向 空 穴 方 向 t t t t 受 主 ： 在 半 导 体 材 料 中 形 成 P型 导 电 的 掺 杂 剂 施 主 ： 在 半 导 体 材 料 中 形 成 N型 导 电 的 掺 杂 剂 掺 杂 半 导 体 的 特 性 N 型 P 型 1. 电导 电 子 空 穴 2. 性极 负 正 3. 杂 术 语掺 4. 硅 中 掺 杂在 授 主 受 主

20、 砷 、 磷 、 锑 硼 2.5电 子 和 空 穴 的 输 运1、 热 运 动 电 子 或 空 穴 在 半 导 体 中 的 热 运 动 是 随 机 的 ， 又 是 被碰 撞 过 程 所 中 断 。 所 以 热 运 动 最 终 并 不 产 生 净 移 位或 长 时 间 内 的 输 运 ， 电 子 随 机 热 运 动 的 速 度 是 温 度的 函 数 ， 在 室 温 下 这 一 速 度 近 似 为 8*106cm/s. 2、 漂 移 运 动 当 在 样 品 上 加 有 电 场 时 ， 就 会 有 一 个 附 加 速 度 分量 与 载 流 子 的 热 运 动 相 迭 加 ， 这 个 附 加 分 量

21、就 是漂 移 运 动 。 电 子 的 漂 移 运 动 方 向 与 电 场 的 方 向 相 反 。 当 漂 移 速 度 与 热 运 动 速 度 相 当 时 ， 电 场 对 漂 移 速度 的 作 用 开 始 减 小 。 电 子 和 空 穴 漂 移 速 度 随 电 场 的 增 强 而 增 加 。 但 漂移 速 度 的 增 长 速 率 逐 渐 减 缓 ， 最 后 达 到 一 个 最 大的 漂 移 速 度 。 单 位 面 积 上 的 电 子 和 空 穴 漂 移 电 流 密 度 分 别 为 ：总 的 漂 移 电 流 密 度 为 dndn qnvJ dpdp qpvJ dpdnd JJJ dpdn qpvq

22、nv 3、 扩 散 运 动 上 述 两 种 运 动 是 指 半 导 体 中 浓 度 均 匀 的 载 流 子 运动 ， 在 浓 度 不 均 匀 的 情 况 下 ， 载 流 子 还 会 在 浓 度梯 度 n、 p的 影 响 下 进 行 扩 散 运 动 ， 电 子 和 空穴 的 扩 散 电 流 密 度 分 别 为 ： pqDJ nqDJ pp nn 总 的 电 流 扩 散 密 度 为 ： pn JJJ pqDnqD pn 2.6载 流 子 的 迁 移 率迁 移 率 ： 漂 移 速 度 与 外 加 电 场 强 度 之 间 的 比 例 常 数 。 载 流 子 被 电 场 加 速 的 同 时 ， 将 与

23、晶 格 格 点 和 晶 格中 的 杂 质 碰 撞 产 生 散 射 ， 各 种 散 射 机 构 决 定 了 载流 子 的 迁 移 率 的 大 小 。 Ev 迁 移 率 与 扩 散 系 数 间 满 足 Pp nn qKTD qKTD )( )( 2.7硅 中 的 载 流 子 的 寿 命 在 任 一 温 度 下 ， 均 可 通 过 热 过 程 在 硅 内 部 不 断 产生 电 子 空 穴 对 ， 同 时 ， 电 子 空 穴 对 又 通 过 复合 不 断 消 失 。 当 电 子 空 穴 对 的 产 生 与 复 合 率 完全 相 同 时 便 达 到 了 平 衡 。 如 果 用 一 个 高 能 源 照 射

24、 本 征 半 导 体 表 面 ， 电 子 空 穴 对 的 数 目 将 迅 速 增 加 。 光 照 去 去 除 后 ， 电 子和 空 穴 浓 度 仍 然 相 等 ， 但 两 者 的 乘 积 却 远 远 大 于半 导 体 在 同 一 温 度 下 的 平 均 值 ， 过 剩 的 电 子和 空 穴 通 过 复 合 衰 减 ， 同 时 以 光 照 和 热 的 形 式 向晶 格 释 放 能 量 。 2in 过 剩 电 子 空 穴 对 复 合 所 需 时 间 为 载 流 子 寿 命 。 对硅 而 言 ， 载 流 子 寿 命 可 高 达 几 百 ， 低 至 几 ps。 硅 中 的 电 子 空 穴 对 可 通

25、过 以 下 几 种 途 径 进 行 复 合 ： 1.直 接 复 合 ， 在 导 带 、 价 带 之 间 直 接 跃 迁 所 产 生 的 复 合 2.间 接 复 合 ， 借 助 硅 中 杂 质 能 级 进 行 复 合 3.表 面 复 合 s 2.8PN结 PN结 的 形 成 内 建 电 场 内 建 电 场 是 由 多 子 的 扩 散 运 动 引 起 的 ， 伴 随 着 它的 建 立 将 带 来 两 种 影 响 ： 一 是 内 电 场 将 阻 碍 多 子 的 扩 散 二 是 P区 和 N区 的 少 子 一 旦 靠 近 PN结 ， 便 在 内 电场 的 作 用 下 漂 移 到 对 方 ， 使 空 间

26、 电 荷 区 变 窄 。 当 扩 散 运 动 和 漂 移 运 动 达 到 动 态 平 衡 时 ，交 界 面 形 成 稳 定 的 空 间 电 荷 区 ， 即 结处 于 动 态 平 衡 。 结 的 宽 度 一 般 为0.5um。 PN结 在 未 加 外 加 电 压 时 ， 扩 散 运 动 与 漂 移运 动 处 于 动 态 平 衡 ， 通 过 PN结 的 电 流 为 零 。 2.9半 导 体 二 极 管 的 结 构 1.点 接 触 型 二 极 管 的 结 构 它 的 特 点 是 结 面 积 小 ， 因 而 结 电 容 小 ， 适用 于 高 频 (几 百 兆 赫 )电 路 。 但 它 不 能 通 过

27、很大 的 电 流 ， 也 不 能 承 受 高 的 反 向 电 压 。 主要 用 于 小 电 流 整 流 和 高 额 检 波 ， 也 适 用 于开 关 电 路 。 2.面 接 触 型 二 极 管 的 结 构 它 的 特 点 是 PN结 面 积 大 ， 能 通 过 较 大 的 电流 ， 结 电 容 也 大 ， 适 用 于 整 流 电 路 ， 但 工作 频 率 较 低 。 3.平 面 型 二 极 管 的 结 构 它 的 特 点 是 结 面 积 较 大 时 ， 能 通 过 较 大 的电 流 ， 适 用 于 大 功 率 整 流 。 结 面 积 较 小 时 ，结 电 容 较 小 ， 工 作 频 率 较 高

28、 ， 适 用 于 开 关电 路 。 2.10半 导 体 产 品 材 料 锗 和 硅 锗 的 熔 点 为 973 ， 限 制 了 高 温 工 艺 ， 表面 缺 少 自 然 生 成 的 氧 化 物 ， 从 而 容 易 漏 电 。 硅 的 熔 点 为 1415 ， 允 许 高 温 工 艺 ， 且 容易 生 成 二 氧 化 硅 。 半 导 体 化 合 物 化 合 物 半 导 体 由 元 素 周 期 表 中 的 第 族 、第 族 、 第 族 、 第 族 形 成 。 其 中 用 的 最多 的 是 砷 化 镓 （ GaAs） 、 磷 砷 化 镓（ GaAsP） 、 磷 化 铟 （ InP） 、 砷 铝 化

29、镓（ GaAlAs） 和 磷 镓 化 铟 （ InGaP） 等 。 当 电流 激 活 时 ， 由 砷 化 镓 和 磷 砷 化 镓 做 成 的 二 极管 会 发 出 可 见 的 激 光 。 也 用 于 电 子 面 板 中 的发 光 二 极 管 。 砷 化 镓 1、 载 流 子 的 迁 移 率 比 硅 高 ， 寄 生 电 容 和 信号 损 耗 小 ， 这 种 特 性 使 得 在 通 信 系 统 中 比Si器 件 更 快 的 响 应 高 频 微 波 并 有 效 地 把 它们 转 变 为 电 流 。 2、 抗 辐 射 能 力 强 。 3、 半 绝 缘 特 性 使 得 临 近 器 件 的 欧 姆 最 小

30、 化 。 4、 制 造 成 本 较 Si大 ， 而 且 没 有 天 然 的 氧 化物 ， 脆 性 ， 有 剧 毒 碳 化 硅 （ SiC ） 在 用 新 型 半 导 体 材 料 制 成 的 功 率 器 件 中 ，最 有 希 望 的 是 碳 化 硅 (SiC ) 功 率 器 件 。 它的 性 能 指 标 比 砷 化 镓 器 件 还 要 高 一 个 数 量级 ， 碳 化 硅 与 其 他 半 导 体 材 料 相 比 ， 具 有下 列 优 异 的 物 理 特 点 : 高 的 禁 带 宽 度 ， 高 的饱 和 电 子 漂 移 速 度 ， 高 的 击 穿 强 度 ， 低 的介 电 常 数 和 高 的 热

31、导 率 。 这 些 优 异 的 物 理 特 性 ,决 定 了 碳 化 硅 在 高 温 、高 频 率 、 高 功 率 的 应 用 场 合 是 极 为 理 想 的半 导 体 材 料 。 在 同 样 的 耐 压 和 电 流 条 件 下 ，SiC器 件 的 漂 移 区 电 阻 要 比 硅 低 200倍 ， 即使 高 耐 压 的 SiC场 效 应 管 的 导 通 压 降 ， 也 比单 极 型 、 双 极 型 硅 器 件 的 低 得 多 。 而 且 ，SiC器 件 的 开 关 时 间 可 达 10nS量 级 。 SiC可 以 用 来 制 造 射 频 和 微 波 功 率 器 件 ， 各种 高 频 整 流 器

32、 ， MESFETS、 MOSFETS和JFETS等 。 SiC高 频 功 率 器 件 已 在Motorola公 司 研 发 成 功 ， 并 应 用 于 微 波 和射 频 装 置 。 GE公 司 正 在 开 发 SiC功 率 器 件和 高 温 器 件 (包 括 用 于 喷 气 式 引 擎 的 传 感 器 )。西 屋 公 司 已 经 制 造 出 了 在 26GHz频 率 下 工作 的 甚 高 频 的 MESFET。 ABB公 司 正 在 研制 高 功 率 、 高 电 压 的 SiC整 流 器 和 其 他 SiC低 频 功 率 器 件 ， 用 于 工 业 和 电 力 系 统 。 理 论 分 析 表

33、 明 ， SiC功 率 器 件 非 常 接 近 于 理想 的 功 率 器 件 。 可 以 预 见 ， 各 种 SiC器 件 的研 究 与 开 发 ， 必 将 成 为 功 率 器 件 研 究 领 域的 主 要 潮 流 之 一 。 但 是 ， SiC材 料 和 功 率 器件 的 机 理 、 理 论 、 制 造 工 艺 均 有 大 量 问 题需 要 解 决 ， 它 们 要 真 正 给 电 力 电 子 技 术 领域 带 来 又 一 次 革 命 ， 估 计 至 少 还 需 要 十 几年 的 时 间 。 锗 化 硅 这 样 的 结 合 把 晶 体 管 的 速 度 提 高 到 可 以 应用 于 超 高 速

34、的 对 讲 机 和 个 人 通 信 设 施 当 中 。 铁 电 材 料 在 对 更 快 和 更 可 靠 的 存 储 器 研 究 中 ， 铁 电材 料 成 为 一 种 可 行 方 案 。 叫 做 铁 电 随 机 存储 器 。 1.描 述 导 体 、 绝 缘 体 、 半 导 体 之 间 的 电 性 差异2.本 征 半 导 体 、 掺 杂 半 导 体 分 别 是 怎 样 定 义的 ？ 为 什 么 要 进 行 掺 杂 ？3.列 举 出 至 少 3种 半 导 体 材 料 ？ 最 常 用 的 半 导体 材 料 是 什 么 ？ 为 什 么 使 用 普 遍 ？4.化 合 物 半 导 体 来 自 周 期 表 中

35、 的 哪 些 族 ？5.砷 化 镓 相 对 于 硅 的 优 缺 点 是 什 么 ？ 导 体 ： 价 带 与 导 带 交 叠 ， 电 子 从 价 带 移 动 到 导 带只 需 很 小 的 能 量 。 绝 缘 体 ： 有 很 大 的 禁 带 宽 度 分 隔 开 价 带 和 导 带 ，电 子 从 价 带 移 动 到 导 带 很 困 难 ， 有 很 低 的 电 导 率和 很 高 的 电 阻 率 。 半 导 体 ： 具 有 较 小 的 禁 带 宽 度 ， 介 于 绝 缘 体 和 导体 之 间 。 这 个 禁 带 宽 度 允 许 电 子 在 获 得 能 量 时 从价 带 跃 迁 到 导 带 。 这 种 行

36、 为 发 生 在 半 导 体 被 加 热时 ， 因 而 其 导 电 性 随 温 度 的 增 加 而 提 高 。 本 征 半 导 体 ： 不 含 任 何 杂 质 和 缺 陷 的 纯 净半 导 体 ， 其 纯 度 在 99.999999%（ 810个9） 。 掺 杂 半 导 体 ： 把 特 定 的 元 素 引 入 到 本 征 半导 体 中 ， 可 提 高 本 征 半 导 体 的 导 电 性 。两 种 特 性 ： 1.通 过 掺 杂 精 确 控 制 电 阻 率 2.电 子 和 空 穴 导 电 砷 化 镓 1、 载 流 子 的 迁 移 率 比 硅 高 ， 寄 生 电 容 和 信号 损 耗 小 ， 这 种 特 性 使 得 在 通 信 系 统 中 比Si器 件 更 快 的 响 应 高 频 微 波 并 有 效 地 把 它们 转 变 为 电 流 。 2、 抗 辐 射 能 力 强 。 3、 半 绝 缘 特 性 使 得 临 近 器 件 的 欧 姆 最 小 化 。 4、 制 造 成 本 较 Si大 ， 而 且 没 有 天 然 的 氧 化物 ， 脆 性 ， 有 剧 毒