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料
报
告

半导体材料
我们的电脑里面CPU正是利用的里面集成的晶体管的开关特性实现它的数字化,而晶体管的生产必须使用半导体材料。半导体可做成两种不同特性的材料并结合一起后形成叫做PN结的器件,这种器件具有很多的特有的物理特征和化学特征与电的特性之间的转换,如力-电,温度-电等,从而可作成一些传感器和转换器,如你的显示器是电转为光,你的红外遥控器是光转为电,所谓新能源的光伏电池也是如此。此外,因为电压与电流的非线性和PN结可实现用小来控制大的作用,只要给一个很弱的控制电流就能想让它成导体就是导体,想让它是绝缘体就是绝缘体,你电脑里的元件就是利用此实现数据处理的。
半导体材料是电导率在10~10欧/厘米之间的材料。在一般情况下,半导体电导率随温度的升高而增大,这与金属导体恰好相反。凡具有上述两种特征的材料都可归入半导体材料的范围。半导体材料是最重要最有影响的功能材料之一,它在微电子领域具有独占的地位,同时又是光电子领域的主要材料。
一、半导体材料的发展历程
半导体材料从发现到发展,从使用到创新,拥有这一段长久的历史。宰二十世纪初,就曾出现过点接触矿石检波器。1930年,氧化亚铜整流器制造成功并得到广泛应用,是半导体材料开始受到重视。1947年锗点接触三极管制成,成为半导体的研究成果的重大突破。50年代末,薄膜生长激素的开发和集成电路的发明,是的微电子技术得到进一步发展。60年代,***化镓材料制成半导体激光器,固溶体半导体此阿里奥在红外线方面的研究发展,半导体材料的应用得到扩展。1969年超晶格概念的提出和超晶格量子阱的研制成功,是的半导体器件的设计与制造从杂志工程发展到能带工程,将半导体材料的研究和应用推向了一个新的领域。90年代以来随着移动通信技术的飞速发展,***化镓和磷化烟等半导体材料成为焦点,用于制作高速高频大功率激发光电子器件等;近些年,新型半导体材料的研究得到突破,以氮化镓为代表的先进半导体材料开始体现出超强优越性,被称为IT产业的新发动机。
二、半导体材料的特性
1、电阻率
半导体材料是一种具有特殊导电性能的功能材料,其电阻率处于导体电阻率( )和绝缘体电阻率(**********)之间。例如纯硅(Si) 。半导体材料的电阻率对其杂质含量、环境温度、以及光照、电场、磁场、压力等外界条件有非常高的灵敏性。
2、能带
在孤立原子中的电子分别处在具有一定能量的电子轨道上。而在晶体中,原先在不同孤立原子中但具有相同能级的许多电子形成晶体时,由于量子效应,即 Pauli 原理的限制不能有两个电子处于相同的状态,它们的能量必定彼此错开,各自处在一个能量略有差异的一组子能级上,形成能带。根据电子的能量
分布,在某些能量范围内是不许有电子存在的称之为禁带,即能带之间的间隙。由价电子填充的能带,称之为价带或满带。价带以上的能带基本上是空的,其中最低的允许电子存在的能带称为导带。根据价带与导带的分布情况,可以获得金属、半导体和绝缘体。在一般情况下,半导体的导带底有少量电子,价带顶有少量空穴,半导体的导电就是依靠导带底的少量电子或价带顶的少量空穴。
3、满带电子不导电
当价带中存在一定的空穴和导带中存在一定量的电子时,半导体材