半導體材料的分類及應用集成電路為核心的電腦的問世極大地推動了現代科學技術各個方面的進展,一個又一個劃時代意義的半導體生產工藝、材料和儀路工業(yè)的高速進展。半導體數字集成電路、模擬集成電路、存儲器、專用集成電路和微處理器,無論是在集成度和穩(wěn)定牢靠性的提高方面,還是在生產本錢不斷降低方面都上了一個又一個臺階,有力地導體集成電路的進展水平,是衡量一個國家的經濟實力和科技進步的主要標志之一,然而半導體材料又是集成電路進展的一個重要基激下,科技工作者已經覺察了數以千計的具有半導體特性的材料,并正在卓有成效在爭論、開發(fā)和利用各種具有特別性能的材料。1元素半導體周期表中有12S、P、As、Sb和I不穩(wěn)定,易發(fā)揮;灰Sn在室溫下轉變?yōu)榘譙n,已金屬;B、C的熔點太高,不易制成單晶;Te格外稀缺。這樣只剩下Se、GeSi可供有用。半導體技術的早期(50表1具有半導體性質的元素周期ⅢAⅣAⅤAⅥAⅦABCSiPSGeAsSeSnSbTeISe曾廣泛地用作光電池和整流器,晶體管制造后,Ge快速地興起,但很快又被性能更好的SiSe在非晶半導體器件領域還保存一席之地,Ge在假設干種分立元件(低壓、低頻、中功率晶體管以及光電探測器等)中還被應用,而Si則始終是半導體工作的主導材料,這種狀況估量到下個世紀初也不會轉變。Si能成為主角的緣由是:含量極其豐富(占地殼的27%),提純與結晶便利;禁帶寬度1.12eV,比Ge的0.66eV大,因而Si器件工作溫度高;更重要的是SiO2膜的純化和掩蔽作用,純化作用使器件的穩(wěn)定性與牢靠性大為提高,掩蔽作用使器件的制和實現了平面工藝,從而實現了大其低廉的價格和卓越的性能快速取代了電子管,微電子學取代了真1995年世界半導體器件銷售額為1464億美元,硅片銷費量約為30.0億1996年市場規(guī)模為1851億美元,增長了26.4%,消費硅片則達33.46硅材料分為多晶硅,單晶硅和非晶硅。單晶硅分為直拉單晶硅(CZ)FZ)EPI)CZFZ單晶硅的特點是電阻率高、補償度小、少數載流子壽命長、NTD生產外表,主要用于各種類型晶體管,近年來為抑制集成電路的軟失效(Softerror)和鎖存效應(Catchup),用于高速CMOS16兆的動態(tài)隨機貯存器(DRAM)及0.5m工藝已實現大批量生產,64兆位的DRAM正在開發(fā),估量2023年將生產出IG的DRAM。與此相應,硅材料制備技術已到達格外完善的程度。5英寸和670%以上,19948英寸片的生產力氣,12英寸產水平也有很大提高,4英寸和5英寸區(qū)熔硅單晶已可工業(yè)化生產,6英寸的也已研制成功,并投入生產。2化合物半導體及其固溶體人們在探究元素半導體以外的半導體材料的努力中,很自然地501952年WelkeV首先把Ⅲ—Ⅴ化合物半導體作為的重要半導體族,或工藝上目前到達有用階段的并不多,主要集中在Ⅲ—Ⅴ及Ⅱ—用的自然礦石檢波器(方鉛礦、黃鐵礦、閃鋅礦)及Cu2O整流器是人們最早使用的化合物半導體,如今只有史料價值了。2.1Ⅲ—Ⅴ族化合物及其固溶體半導體A(B、Al、Ga、In)與VA(N、P、As、Sb)族元素構成的16種化合物,但B系及N系化合物由于制備困難、能源過寬以及自補償效應等緣由,只BN及AIN有一些爭論報導。Al系化合物一般不穩(wěn)定、易潮解,只在三元系固溶體中作為Ga、In與As、P和Sb1.43eV,Si更高的使用溫度(可達400℃),其載流子電子的遷移率是Si的6倍,是制作高速器件的抱負材料,此外其抗輻射力氣也比Si強。因此在超高速集成電路(GaAsVHSIC)的主要器件是GaAsMESFET(金屬半雙極晶體管)。GaAsMESFET1974GaAsVHSIC中用得最多,也是最根本的有源器件。HEMT和HBT分別在1980年和1984年問世,它們都是承受MBE(分子束外延)或MOCVD(金屬有GaAsVHSIC的進展借鑒了Si-IC的閱歷,例如CAD技術、全離子注入平面構造、干法刻蝕、難熔金屬柵或替代式柵自對準工藝等。砷化鎵集成電路的制作水平已達100mm0.4m35萬門的產品已投入市場。在固體微波器件領域,微波頻率的低端(4GHz以下)Si雙極晶體管是功率器件的主流,在4GHz以上,微波固態(tài)功率源則是以GaAsMESFET器件為主流產品,并且借用MBEMOCVD等高質量超薄層生長HEMT及HBT等微波和毫米波器件得到很大進展,基保GaAs、InP及AlGaAs等Ⅲ-Ⅴ族材料的優(yōu)越性能得到了充分利用。而InP在很多方面呈現出比GaAs更好的特性,它的主要特性是:速度高、耐輻射,可進展光化學蝕刻,頻率高,導材料制造的器件相比其速度快50%。InP是制造高頻器件、結型場效通信和汽車通信等商用要求,高頻、高速、低噪、寬帶大功率的小型牢靠的半導體器件和電路成為興盛國家競相進展的重點,微波毫米(MIMIC)從80年月以來得到快速的進展,現在MIMIC電子與光電子的集成結合在一起(宏單元電路),MIMIC工藝已進入了3英寸0.1m的水平。起著格外重要的作用。此外,化合物半導體之間還能形成固溶體,寬光源和光電二極管、二維陣列外表光電子器件、光集成器件、大面InP三種主要半導體材料的性質比較表2SiGaAs和InPSiGaAsInP晶格常數A5.4915.6535.869密度kg/cm32.33×1035.32×1034.787×103熔點℃141212371062禁帶寬度eV1.1191.381.27晶體構造金剛石型閃鋅礦型閃鋅礦型晶系立方立方立方熱導率W/cm.K0.210.070.10顯微硬度kg/cm2950700±50435±20熔點時的蒸汽壓105Pa6×10-6Pas2+Pas4=0.98PGa=10-4Pp2+Pp4=27.5屈服應力N/mm21.91.8堆垛層錯能meV/atom47172.2Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體及其固溶體Ⅱ-Ⅵ族化合物指周期表中ⅡB(Zn、Cd、Hg)與ⅥA(O、S、Se、Te)族元素構成的12種化合物,但因金屬氧化物有其自身的共性,常單獨作為一類,即氧化物半導體,故還有9接帶隙半導體,能隙最大的是ZnS(3.6eV)最小的是HgTe(0.02eV)ZnTe是p型,CdSe、ZnSe、CdSn摻雜轉變導電型號,因此不能制成p-n結,只能承受異質構造造。不過承受固溶體組合,如ZnxCd1-xTe、ZnSexTe1-x則在確定組分比X范圍都可以制成p型和n器件領域。ZnS是著名的發(fā)光材料-螢光粉;CdS是光敏電阻材料;CdTe是唯一能得到n型和p型兩種導電的材料,能隙約1.5eV,與太陽電池最高轉換效率所要求的能隙格外接近,是制作薄膜高效光電池的抱負材料。又如三元固溶體HgxCd1-xTe,是重要的紅外探測3,3～5及8～14m波長。2.3其它化合物半導體有用化的材料。碳化硅它有較大的熱導率、寬能隙(6HSiC能隙2.89eV),LED等方面有很好的應用前景。近年來在SiC晶體生長技術方面有較大進展,已有直徑25mm的拋光6H-SiCⅡ-Ⅵ族半導體Bi2Te3和Sb2Te3等及其固溶體是傳統(tǒng)的半導體溫差電致冷材料。3金屬氧化物半導體金屬氧化物的能隙都在2～3eV以上,但它們很簡潔偏離化學計過渡金屬氧化物,其導帶是過渡金屬的d能帶,寬度較窄,能帶窄到確定程度時電子輸運就不能用能帶傳輸模型,而承受小極化子模是半導體功能陶瓷的根底,如今在很多方面,例如傳感器方面,正日益與微電子技術相結合,實現器件的薄膜化、微型化與集成化。4有機半導體有機化合物是指含有碳鍵的化合物,其晶體是分子晶格,分子間為范得瓦爾相互作用,分子間價電子的共用化幾乎是不行能的,因此呈現優(yōu)良的絕緣性能。但有些有機物的聚合態(tài)具有特別的構造,在與碳鍵垂直的方向上,其電子云有相當程度的重疊,形成(一堆)導帶,通過化學或電化學摻雜,載流子能簡潔地進入能帶(或從價格低,重量輕,易加工,可撓曲等特點,可能還有某些的功能,用!-六噻吩);發(fā)交二極管(以MEH—PPV為有源層的黃綠光LED;以矛對苯撐為源層的蘭光LED);太陽電池(用聚v乙炔、聚N—Z烯咔唑和各種聚噻吩的衍生物)。近年來C60的覺察引起轟動。這是由60個碳原子構成的原子團簇,由C60構成的C60團簇固體是除石墨、是20fcc構造團簇固體的能隙約1.5eV。摻雜C60團簇固體可得到轉變溫度達18至28K非晶態(tài)半導體一最根本的性質。!-Si膜可控摻雜的實現和硫系非晶半導體開關及導體制備工藝簡潔,簡潔實現大面積化,可以在任意外形的襯底上Si∶H太陽電池,已占世界太陽電池產量的31.8%,單晶電池在AM1.5時的效率大于12%;Si∶H場效應管與集成電路,作為大面積液晶顯Si∶H電荷藕合器件;攝像靶;圖像傳感器;辨色器以及!!-SiC∶H平板型電致發(fā)光器件;!-Si∶H復印鼓等。微構造材料以依據需要,轉變化合物的組成,設計出自然界根本不行能存在的材料(所謂“能帶工程”),或者轉變材料的維度(從三維變成二維、一維甚至0維,所謂量子面、量子線或量子點材料),賜予某種材料以的性質。先進的加工技術(MBE、MOCVD、離子注入以及精細光刻)使得微構造材料得以實現。HEMT、HBT以及光通信中很多Si1-xGex材料的爭論倍受重視。SiGe混晶電子遷移率是Si的兩倍,SiGe-IC的速度可與GaAs-IC