功率半导体的革命：SiC与GaN的共舞
功率半导体的革命：SiC与GaN的共舞
功率半导体多被用于转换器及逆变器等电力转换器进行电力控制。目前，功率半导体材料正迎来材料更新换代，这些新材料就是SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓），二者的物理特性均优于现在使用的Si（硅），作为节能王牌受到了电力公司、汽车厂商和电子厂商等的极大期待。将Si换成GaN或SiC等化合物半导体，可大幅提高产品效率并缩小尺寸，这是Si功率半导体元件（以下简称功率元件）无法实现的。
目前，很多领域都将Si二极管、MOSFET及IGBT（绝缘栅双极晶体管）等晶体管用作功率元件，比如供电系统、电力机车、混合动力汽车、工厂内的生产设备、光伏发电系统的功率调节器、空调等白色家电、服务器及个人电脑等。这些领域利用的功率元件的材料也许不久就将被GaN和SiC所替代。
例如，SiC已开始用于铁路车辆用马达的逆变器装置以及空调等。
电能损失可降低50％以上
利用以GaN和SiC为材料的功率元件之所以能降低电能损失，是因为可以降低导通时的损失和开关损失。比如，逆变器采用二极管和晶体管作为功率元件，仅将二极管材料由Si换成SiC，逆变器的电能损失就可以降低15～30％左右，如果晶体管材料也换成SiC，则电能损失可降低一半以上。
有助于产品实现小型化
电能损失降低，发热量就会相应减少，因此可实现电力转换器的小型化。利用GaN和SiC 制作的功率元件具备两个能使电力转换器实现小型化的特性：可进行高速开关动作和耐热性较高。
GaN和SiC功率元件能以Si功率元件数倍的速度进行开关。开关频率越高，电感器等构成电力转换器的部件就越容易实现小型化。
耐热性方面，Si功率元件在200℃就达到了极限，而GaN和SiC功率元件均能在温度更高的环境下工作，这样就可以缩小或者省去电力转换器的冷却机构。
这些优点源于GaN和SiC具备的物理特性。与Si相比，二者均具备击穿电压高、带隙宽、
半导体材料研究的新进展(精)
半导体材料研究的新进展* 王占国 (中国科学院半导体研究所,半导体材料科学实验室,北京100083 摘要:首先对作为现代信息社会的核心和基础的半导体材料在国民经济建设、社会可持续发展以及国家安全中的战略地位和作用进行了分析,进而介绍几种重要半导体材料如,硅材料、GaAs和InP单晶材料、半导体超晶格和量子阱材料、一维量子线、零维量子点半导体微结构材料、宽带隙半导体材料、光学微腔和光子晶体材料、量子比特构造和量子计算机用材料等目前达到的水平和器件应用概况及其发展趋势作了概述。最后,提出了发展我国半导体材料的建议。本文未涉及II-VI族宽禁带与II-VI族窄禁带红外半导体材料、高效太阳电池材料Cu(In,GaSe 2 、CuIn(Se,S等以及发展迅速的有机半导体材料等。 关键词:半导体材料;量子线;量子点材料;光子晶体 中图分类号:TN304.01文献标识码:A文章编 号:1003-353X(200203-0008-05 New progress of studies on semiconductor materials WANG Zhan-guo (Lab.of Semiconductor Materials Science,Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences,Beijing100083,China Abstract:The strategic position and important role of semiconductor materials,as a core and foundation of the information society,for development of national economic,national safety and society progress
半导体材料研究的新进展精
半导体材料研究的新进展 王占国 (中国科学院半导体研究所，半导体材料科学实验室，北京100083 摘要:首先对作为现代信息社会的核心和基础的半导体材料在国民经济建设、 社会可持续发展以及国家安全中的战略地位和作用进行了分析，进而介绍几种重要半导体材料如，硅材料、GaAs和InP单晶材料、半导体超晶格和量子阱材料、一维量子线、零维量子点半导体微结构材料、宽带隙半导体材料、光学微腔和光子晶体材料、量子比特构造和量子计算机用材料等目前达到的水平和器件应用概况及其发展趋势作了概述。最后，提出了发展我国半导体材料的建议。本文未涉及II-VI族宽禁带与II-VI族窄禁带红外半导体材料、高效太阳电池材料Cu(In,GaSe 2 、CuIn(Se,S等以及发展迅速的有机半导体材料等。 关键词:半导体材料；量子线;量子点材料；光子晶体 中图分类号:TN304.01 文献标识码:A 文章编 号:1003-353X(200203-0008-05 New progress of studies on semiconductor materials WANG Zha n-guo (Lab. of Semic on ductor Materials Scien ce,I nstitute of Semico nductors, Chinese Academy of Sciences , Beijing 100083, China Abstract:The strategic positi on and importa nt role of semic on ductor materials, as a core and foundation of the information society, for development of national economic, national safety and society progress
半导体材料的历史现状及研究进展(精)
半导体材料的研究进展 摘要:随着全球科技的快速发展,当今世界已经进入了信息时代,作为信息领域的命脉,光电子技术和微电子技术无疑成为了科技发展的焦点。半导体材料凭借着自身的性能特点也在迅速地扩大着它的使用领域。本文重点对半导体材料的发展历程、性能、种类和主要的半导体材料进行了讨论,并对半导体硅材料应用概况及其发展趋势作了概述。 关键词:半导体材料、性能、种类、应用概况、发展趋势 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,砷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,砷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。 新型半导体材料的研究和突破,常常导致新的技术革命和新兴产业的发展.以氮化镓为代表的第三代半导体材料,是继第一代半导体材料(以硅基半导体为代表和第二代半导体材料(以砷化镓和磷化铟为代表之后,在近10年发展起来的新型宽带半导体材料.作为第一代半导体材料,硅基半导体材料及其集成电路的发展导致了微型计算机的出现和整个计算机产业的飞跃,并广泛应用于信息处理、自动控制等领域,对人类社会的发展起了极大的促进作用.硅基半导体材料虽然在微电子领域得到广泛应用,但硅材料本身间接能带结构的特点限制了其在光电子领域的应用.随着以光
第1章 常用半导体器件
第一章 常用半导体器件 自 测 题 一、判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果填入空内。 （1）在N 型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P 型半导体。（ ） （2）因为N 型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。（ ） （3）PN 结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（ ） （4）处于放大状态的晶体管，集电极电流是多子漂移运动形成的。 （ ） （5）结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其R G S 大的特点。（ ） （6）若耗尽型N 沟道MOS 管的U G S 大于零，则其输入电阻会明显变小。（ ） 解：（1）√ （2）× （3）√ （4）× （5）√ （6）× 二、选择正确答案填入空内。 （1）PN 结加正向电压时，空间电荷区将 。 A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽 （2）设二极管的端电压为U ，则二极管的电流方程是 。 A. I S e U B. T U U I e S C. )1e (S －T U U I （3）稳压管的稳压区是其工作在 。 A. 正向导通 B.反向截止 C.反向击穿 （4）当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应为 。 A. 前者反偏、后者也反偏 B. 前者正偏、后者反偏 C. 前者正偏、后者也正偏 （5）U G S ＝0V 时，能够工作在恒流区的场效应管有 。 A. 结型管 B. 增强型MOS 管 C. 耗尽型MOS 管 解：（1）A （2）C （3）C （4）B （5）A C
三、写出图T1.3所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压U D＝0.7V。 图T1.3 解：U O1≈1.3V，U O2＝0，U O3≈－1.3V，U O4≈2V，U O5≈1.3V， U O6≈－2V。 四、已知稳压管的稳压值U Z＝6V，稳定电流的最小值I Z mi n＝5mA。求图T1.4所示电路中U O1和U O2各为多少伏。 图T1.4 解：U O1＝6V，U O2＝5V。
硅基光电器件研究进展
半导体技术 Semiconductor Technology 1999年 第1期 No.1 1999 硅基光电器件研究进展 郭宝增 摘要 在信息处理和通信技术中，光电子器件起着越来越重要的作用。然而，因为硅是间接带隙半导体，试图把光电子器件集成在硅微电子集成电路上却遇到很大困难。为解决这一困难，人们发展了多种与硅微电子集成电路兼容的光电子器件制造技术。本文介绍最近几年这方面技术的发展情况。 关键词 多孔硅 光电子器件 硅集成电路 Research Development of Silicon-Based Optoelectronic Devices Guo Baozeng (Department of Electronic & Informational Hebei University,Baoding 071002) Abstract Silicon-based optoelectronic devices are increasingly important in information and communication technologies.But attempts to integrate photonics with silicon-based microelectronics are hampered by the fact that silicon has an indirect band gap,which prevents efficient electron-photon energy conversion.In order to solve this problem,many technologies to make optoelectronic devices which can be compatible with conventional silicon technology have been developed.In this article,we review the deve-lopment of these thchnologies. Keywords Porous silicon Optoelectronic devices Silicon integrated circuit 1 引 言 硅是微电子器件制造中应用得最广泛的半导体材料。硅集成电路的应用改变了当代世界的面貌，也改变了人们的生活方式。但是，一般硅集成电路只限于处理电信号，对光信号的处理显得无能为力。然而，光电器件的应用却是非常广泛的，光纤通信、光存储、激光打印机及显示设备都 要用到各种光电器件。从更广的意义上说，我们所处的世界实际上是一个光的世界。据心理学家分析，人们通过眼睛所接收的信息占总接收信息量的83%，即人们接收的信息83%是光信号。因此可以想象，在未来信息化社会里，对光电子器件的需求决不亚于对微电子器件的需求。目前采用的光电子器件，主要是Ⅲ-Ⅴ族材料，这些器件与广泛使用的硅技术不兼容，而且制造成本高，因
1章 常用半导体器件 习题
第一章题解－1 第一章 常用半导体器件 习 题 1.1 选择合适答案填入空内。 （1）在本征半导体中加入 元素可形成N 型半导体，加入 元素可形成P 型半导体。 A. 五价 B. 四价 C. 三价 （2）当温度升高时，二极管的反向饱和电流将 。 A. 增大 B. 不变 C. 减小 （3）工作在放大区的某三极管，如果当I B 从12μA 增大到22μA 时，I C 从1m A 变为2m A ，那么它的β约为 。 A. 83 B. 91 C. 100 （4）当场效应管的漏极直流电流I D 从2m A 变为4m A 时，它的低频跨导g m 将 。 A.增大 B.不变 C.减小 解：（1）A ，C （2）A （3）C （4）A 1.2 能否将1.5V 的干电池以正向接法接到二极管两端？为什么？ 解：不能。因为二极管的正向电流与其端电压成指数关系，当端电压为1.5V 时，管子会因电流过大而烧坏。 1.3 电路如图P1.3所示，已知u i ＝10s in ωt (v)，试画出u i 与u O 的波形。设二极管正向导通电压可忽略不计。 图P1.3
第一章题解－2 解图P1.3 解：u i 和u o 的波形如解图P1.3所示。 1.4 电路如图P1.4所示，已知u i ＝5s in ωt (V)，二极管导通电压U D ＝0.7V 。试画出u i 与u O 的波形，并标出幅值。 图P1.4 解图P1.4 解：波形如解图P1.4所示。 1.5 电路如图P1.5（a ）所示，其输入电压u I1和u I2的波形如图（b ）所示，二极管导通电压U D ＝0.7V 。试画出输出电压u O 的波形，并标出幅值。 图P1.5 解：u O 的波形如解图P1.5所示。
半导体物理的研究进展
284理论研究 0 引言 我国的信息产业已经发展成为国民经济的重要支柱之一,同时信息产业的快速发展也在不断推进器件制造和软件开发的快速发展。但是信息产业的发展中不断有一些新原理和新功能的器件制造很大程度上面还是依赖于半导体物理的研究与发展。现在很多的发达国家和地区都在半导体物理领域投入大量的资金和人力资源进行半导体物理的研究和创新，这样的一个市场状态也加剧了每个国家的竞争程度，因为半导体物理的发展能够为社会发展、人们的生活和国家的安全带来很大的帮助和促进作用。 半导体是属于物理学方面的一个新领域，它的发展历史比较短，是在四十年代以后才发展起来的一个新领域。在本个世纪初期的时候，人们对于半导体还是不了解的，人们只是知道金属具有很好的导电性，生活中常用的金属如：铝和铜这些导电材料；同时和金属材料的导电性相反的一些材料也就是绝缘体，绝缘体的导电性非常差，绝缘体主要有一些橡胶或陶瓷等材料，这些材料在生活应用当中用的比较多；半导体的导电性就是介于导体和绝缘体之间的一种物质，而半导体的导电性就是介于这两者之间的,例如物理试验中经常用到的硅和锗等物质，这些半导体材料在工业应用上面还是不很多。 1 半导体物理的早期发展 在十九世纪七十年代早期的时候,一种叫做栖的半导体材料被人们发现，这种半导体材料具有很多的光电性能，并且通过对于这种半导体材料进行了大量的相关实验测量研究，同时通过大量实验研究的结果总结，积累起很多的实验数据结果，但是由于对这种半导体材料缺乏机理认识不清楚的现象，所以很难掌握并且有效地利用这些性能的方法，因此在实际应用的过程当中还是得不到广泛的应用，对于这方面的研究也就得不到充分的重视。 在本世纪二十年代以后,人们发明了半导体材料的检波器,这个检波器可以为半导体方面的实验研究提供很大的帮助作用。同时这些器件也为工业发展提供的一定的促进作用，但是这些器件的稳定性比较差，而且价钱也特别昂贵，在制造工艺方面还得不到有效的改进和完善，因此在实际的应用过程当中有很多的器件都因为性能比较差而被淘汰掉了，也有一些器件在长期的研究过程中并没有很大的突破，发展速度比较缓慢。 到了三十年代中期的时候，量子力学得到很好的发展，并且量子力学在固体物理方面发挥着重要的作用，量子力学的成功也象征着人们对于半导体本质方面有了一个全新的认识，并且人们能够很好地应用半导体材料。人们通过对于半导体的各方面性能的研究，能够很好地控制半导体的电学方面的性能，大大促进了半导体在固体物理学方面的发展进度。雷达技术在第二次世界大战期间得到了非常快速的发展，因为雷达需要用到很多的半导体材料，所以半导体材料在此期间突飞猛进，加速了半导体方面的飞速发展。半导体学科在理论方面具有非常扎实可靠的理论基础，对于其后半导体技术能够得到高速发展提供了坚实的理论基础，同时由于在生产实践过程中的迫切需求，这些都是使得半导体技术能够得到迅速发展和繁荣起来的原因。随着人们在半导体物理方面的研究工作不断得到重视，并且展开大量的相关实验研究工作。在1948年的时候,人们通过大量的实验和不断的努力终于发明了三极管。晶体管是一项非常重大的发明，它标志着人们在半导体方面取得了非常重大的突破和成功的一个标志。随着半导体的出现和被人们广泛地了解之后，在相关物理研究领域也掀起了一场非常大的影响，这种器件得到很多的学者和研究人员的重视。晶体管的出现标志着被人们所熟悉和应用的电子学器件真空管将要被这个体积非常小的晶体管所代替。点接触式的晶体管在刚开始被发明的时候，在性能上面依然存在很大的不足和很多的缺陷，但是这个时候就有很多人预言在电子技术领域中晶体管将要引起一场非常大的革命。尽管在刚开始的时候晶体管的方法作用不是非常明显，但是人们通过一个偶然的机会将晶体管的放大作用的机理了解的很清楚，并且利用晶体管的放大作用对于晶体管的结构方面提出了一种新的构造方案。经过人们长期的研究和探索，人们终于成功地制作出能够符合面结型晶体结构的新方案（锗合金管）。锗合金管的出现具有很重要的指导性和标志性的意义，主要表现在以下两个方面：第一方面就是锗合金管在半导体发展过程中是一个非常成功的理论指导实践的成功范例，第二方面就是锗合金管的出现标志着半导体晶体管已经能够在实际工业应用中得到广泛生产和应用。 在五十年代初期的时候,随着锗合金管的出现，半导体材料得到了前所未有的发展，特别是在锗的提纯了拉制单晶体当面有了一个质的飞跃，这项技术也对于后期锗材料各方面技术的发展和完善提供了坚实的基础。这项技术的发展不仅对于许多半导体的质量方面有所提升，同时也在相关的学科领域发展方面发挥了巨 半导体物理的研究进展 吴化楠 （营口职业技术学院,辽宁 营口 115000） 摘 要：从十九世纪开始，人们就开始研究半导体的发展，到目前为止半导体的研究已经在当代物理学和相关学科领域的发展中都占据非常重要的地位。半导体物理学是凝聚态物理学科的一个分支学科，同时也是现代微电子器件工艺学的一个理论核心内容。半导体不仅在理论方面具有非常的物理内涵，而且它的性能也具有很大的发展前景。随着半导体的不断发展，半导体新材料渐渐地取代了很多的传统的一些物理器件，其中具有非常重要影响作用的包括一些晶体管和一些集成电路，都是半导体电子器件发展的鲜明标志。现代科学技术的突飞猛进也带动半导体学科领域的快速发展，并且不断拓宽半导体在往一个新的高度和水平发展。很多的科学家在研究和探讨半导体物理学的发展规律的时候，也深刻地掌握了半导体科学的技术，掌握着时代发展的一个发展趋势。半导体物理的发展对于现实应用方面也存在重大的意义，不断提高生产力的发展和相关技术领域的创新发展工作。本文主要是对于半导体物理发展的进展做一个评述，通过晶体管的发明过程、半导体超晶格物理的发展以及半导体纳米量子器件的研究进展，展望了新型半导体纳米材料的发展前景，并且通过对半导体物理学的发展历程为依据深入研究其发展规律和特点。 关键词：半导体；超晶格；物理 DOI:10.16640/https://www.360docs.net/doc/2010657771.html,ki.37-1222/t.2015.24.261
电子电路基础习题册参考答案第一章
电子电路基础习题册参考答案（第三版）全国中等职业技术 第一章常用半导体器件 §1-1 晶体二极管 一、填空题 1、物质按导电能力的强弱可分为导体、绝缘体和半导体三大类，最常用的半导体材料是硅和锗。 2、根据在纯净的半导体中掺入的杂质元素不同，可形成N 型半导体和P 型半导体。 3、纯净半导体又称本征半导体，其内部空穴和自由电子数相等。N型半导体又称电子型半导体，其内部少数载流子是空穴；P型半导体又称空穴型半导体，其内部少数载流子是电子。 4、晶体二极管具有单向导电性，即加正向电压时，二极管导通，加反向电压时，二极管截止。一般硅二极管的开启电压约为0.5 V，锗二极管的开启电压约为0.1 V；二极管导通后，一般硅二极管的正向压降约为0.7 V,锗二极管的正向压降约为0.3 V。 5.锗二极管开启电压小，通常用于检波电路，硅二极管反向电流小，在整流电路 及电工设备中常使用硅二极管。 6.稳压二极管工作于反向击穿区，稳压二极管的动态电阻越小，其稳压性能好。
7在稳压电路中，必须串接限流电阻，防止反向击穿电流超过极限值而发生热击穿损坏稳压管。 8二极管按制造工艺不同，分为点接触型、面接触型和平面型。 9、二极管按用途不同可分为普通二极管、整流二极管、稳压二极管、 开关、热敏、发光和光电二极管等二极管。 10、二极管的主要参数有最大整流电流、最高反向工作电压、反向饱和电流和最高工作频率。 11、稳压二极管的主要参数有稳定电压、稳定电流和动态电阻。 12、图1-1-1所示电路中，二极管V1、V2均为硅管，当开关S与M 相接时，A点的电位为 无法确定V,当开关S与N相接时，A点的电位为0 V. 13图1-1-2所示电路中，二极管均为理想二极管，当开关S打开时，A点的电位为10V 、 流过电阻的电流是4mA ；当开关S闭合时，A点的电位为0 V，流过电阻的电流为2mA 。 14、图1-1-3所示电路中，二极管是理想器件，则流过二极管V1的电流为0.25mA ，流过V2的电流为0.25mA ,输出电压U0为+5V。
半导体研究文献综述
半导体研究文献综述 学院：材料科学与工程学院专业：材料化学 班级：材料122 姓名：刘田防 学号：2012141009
半导体材料的研究综述文献综述 摘要：半导体材料的价值在于它的光学、电学特性可充分应用与器件。随着社会的进步和现代科学技术的发展，半导体材料越来越多的与现代高科技相结合，其产品更好的服务于人类改变着人类的生活及生产。文章从半导体材料基本概念的界定、半导体材料产业的发展现状、半导体材料未来发展趋势等方面对我国近十年针对此问题的研究进行了综述，希望能引起全社会的关注和重视。 关键词：半导体材料，研究，综述 一、该领域的研究意义 物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等等。我们通常把导电性差的材料，如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘体。而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。 本征半导体：不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下，半导体的价带是满带（见能带理论），受到热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带，价带中缺少一个电子后形成一个
带正电的空位，称为空穴。导带中的电子和价带中的空穴合称电子- 空穴对，空穴导电并不是电子运动，但是它的运动可以将其等效为载流子。空穴导电时等电量的电子会沿其反方向运动。它们 在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴，电子-空穴对消失，称为复合。复合时释放出的能量变成电磁辐射（发光）或晶格的热振动能量（发热）。在一定温度下，电子- 空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，此时半导体具有一定的载流子密度，从而具有一定的电阻率。温度升高时，将产生更多的电子- 空穴对，载流子密度增加，电阻率减小。无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大，实际应用不多。 20世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；20世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。彻底改变人们的生活方式。在此笔者主要针对半导体材料产业的发展、半导体材料的未来发展趋势等进行综述，希望引起社会的关注，并提出了切实可行的建议。 二、该领域的研究背景和发展脉络 半导体材料很多，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。锗和硅是最常用的元素半导体；化合物半导体包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物（砷化镓、磷化镓等）、
半导体纳米材料研究进展与应用
半导体纳米材料研究进展与应用 摘要: 介绍了半导体纳米材料的研究进展、制备方法的若干进展和应用前景。 关键词: 半导体纳米材料研究进展应用 1引言 20 世纪是物理学推动高新技术飞速发展的世纪, 人类已从控制与利用大量微观粒子系统的时代进入了控制与利用单个微观粒子的时代。纳米技术是世纪之交发展起来的新技术, 是在0.1～100nm 尺度空间内, 研究电子、原子和分子运动规律和特性的崭新的高技术科学Z。它的目标是人类按照自己的意志直接操纵单个电子、原子等粒子, 制造出具有特定功能的产品.目前, 人们已制造了各种各样的纳米材料, 例如: 纳米金属材料、纳米半导体材料、纳米氧化物材料、纳米陶瓷材料、纳米有机材料等. 其中半导体纳米材料对未来社会信息化的产生有至关重要的影响. 2半导体纳米材料 相对于金属材料而言, 半导体中的电子动能较低, 有较长的德布罗意波长, 因而对空间的限制比较敏感. 电子的德布罗意波长入与其动能 E 的关系为入=h^2/在纸上(其中m*是半导体中电子的有效质量, h 是普朗克常量) 。当空间某一方向的尺度限制与电子的德布罗意波长可比拟时, 电子的运动就会受限, 而被量子化地限制在离散的本征态, 从而失去一个空间自由度或者说减少了一维。因此, 通常在体材料中适用的电子的粒子行为在此材料中不再适用, 这种新型的材料称为半导体低维结构, 也称为半导体纳米材料【1】。 1966 年, Fuou ler 等人[2]首次令人们信服地证实了在Si/S iO 2 界面处存在二维电子气,从此拉开了半导体低维结构研究的序幕. Si-MO SFET[3]可以认为是对载流子实现一个维度方向限制最早的固体结构.在这个系统中, 由于Si 和SiO 2 界面导带的不连续, 形成一个三角势阱, 将电子限制在其中, 使其既不能穿过氧化层, 也不能进入Si 的体内, 电子的运动被限制在二维界面内. 随着微加工技术的发展和分子束外延技术(MBE )、金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)、液相外延(L PE)、气相外延(V PE)等技术的应用, 人们可以制造出更多的二维电子气系统Z 它是由两种具有不同带隙的半导体材料构成, 一般要求这两种材料结构相同, 并且晶格常量接近, 以获得原子级光滑的界面。MBE 和MOCVD 的一个重要特征是可以制备量子尺寸的多层结构, 其控制精度可达单原子层量级〔4〕。这些结构可分为量子阱(QW ) 和超晶格(SL ) 。1970 年, Esak i 和T su 〔5〕在寻找具有负微分电阻的新器件时, 提出了全新的“半导体超晶格”概念Z 如果势垒层厚度足够宽, 使得相邻阱内电子波函数没有相互作用, 即被称为量子阱.反之, 如果相邻阱内电子波函数有较强的相互作用, 即相当于在晶格周期场上叠加一个多层结构的超晶格周期场, 则被称为超晶格。从此, 对半导体量子阱和超晶格等半导体微结构的材料和器件的研究成为近20 多年来半导体物理学中最重要、最活跃的研究领域之一。 1978 年D ingle〔6〕等人对异质结中二维电子气沿平行于界面的输运进行了研究, 发现了电子迁
电子电路基础习题册参考答案第一章
电子电路基础习题册参考答案(第三版)全国中等职业技术 第一章常用半导体器件 §1-1 晶体二极管 一、填空题 1、物质按导电能力得强弱可分为导体、绝缘体与半导体三大类,最常用得半导体材料就是硅与锗。 2、根据在纯净得半导体中掺入得杂质元素不同,可形成N 型半导体与P 型半导体。 3、纯净半导体又称本征半导体,其内部空穴与自由电子数相等。N型半导体又称电子型半导体,其内部少数载流子就是空穴;P型半导体又称空穴型半导体,其内部少数载流子就是电子。 4、晶体二极管具有单向导电性,即加正向电压时,二极管导通,加反向电压时,二极管截止。一般硅二极管得开启电压约为0、5 V,锗二极管得开启电压约为0、1 V;二极管导通后,一般硅二极管得正向压降约为0、7 V,锗二极管得正向压降约为 0、3 V。 5、锗二极管开启电压小,通常用于检波电路,硅二极管反向电流小,在整流电路 及电工设备中常使用硅二极管。 6、稳压二极管工作于反向击穿区,稳压二极管得动态电阻越小,其稳压性能好。
7在稳压电路中,必须串接限流电阻,防止反向击穿电流超过极限值而发生热击穿损坏稳压管。 8二极管按制造工艺不同,分为点接触型、面接触型与平面型。 9、二极管按用途不同可分为普通二极管、整流二极管、稳压二极管、 开关、热敏、发光与光电二极管等二极管。 10、二极管得主要参数有最大整流电流、最高反向工作电压、反向饱与电流与最高工作频率。 11、稳压二极管得主要参数有稳定电压、稳定电流与动态电阻。 12、图1-1-1所示电路中,二极管V1、V2均为硅管,当开关S与M相接时,A点得电位为 无法确定V,当开关S与N相接时,A点得电位为0 V、 13图1-1-2所示电路中,二极管均为理想二极管,当开关S打开时,A点得电位为10V 、 流过电阻得电流就是4mA ;当开关S闭合时,A点得电位为0 V,流过电阻得电流为2mA 。 14、图1-1-3所示电路中,二极管就是理想器件,则流过二极管V1得电流为0、25mA ,流过V2得电流为0、25mA ,输出电压U0为+5V。
半导体材料的历史现状及研究进展(精)
半导体材料的历史现状及研究进展(精)
半导体材料的研究进展 摘要:随着全球科技的快速发展,当今世界已经进入了信息时代,作为信息领域的命脉,光电子技术和微电子技术无疑成为了科技发展的焦点。半导体材料凭借着自身的性能特点也在迅速地扩大着它的使用领域。本文重点对半导体材料的发展历程、性能、种类和主要的半导体材料进行了讨论,并对半导体硅材料应用概况及其发展趋势作了概述。 关键词:半导体材料、性能、种类、应用概况、发展趋势 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,砷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,砷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。 新型半导体材料的研究和突破,常常导致新的技术革命和新兴产业的发展.以氮化镓为代表的第三代半导体材料,是继第一代半导体材料(以硅基半导体为代表和第二代半导体材料(以砷化镓和磷化铟为代表之后,在近10年发展起来的新型宽带半导体材料.作为第一代半导体材料,硅基半导体材料及其集成电路的发展导致了微型计算机的出现和整个计算机产业的飞跃,并广泛应用于信息处理、自动控制等领域,对人类社会的发展起了极大的促进作用.硅基半导体材料虽然在微电子领域得到广泛应用,但硅材料本身间接能带结构的特点限制了其在光电子领域的应用.随着以光通
半导体SiC 材料研究进展及其应用
半导体SiC 材料研究进展及其应用 －B08010113 张朝飞 引言 作为第三代的半导体材料, S i C 具有带隙宽、热导率高、电子的饱和漂移速度大、临界击穿电场高和介电常数低、化学稳定性好等特点, 在高频、大功率、耐高温、抗辐照的半导体器件及紫外探测器等方面具有广泛的应用前景。 在半导体材料的发展中,一般将Si 和Ge称为第一代电子材料,上世纪60 年代,发展了第二代电子材料,包括GaAs、InP、GaP InAs、AlAs 及其合金等。随着微电子技术、光电子技术的飞速发展,常规半导体如Si、GaAs 等已面临严峻挑战,人们对能在极端条件(高温、高频、大功率、强辐射)下工作的电子器件的需求越来越迫切。因而继第一代第二代半导体材料以后发展第三代宽带隙(Eg＞2.3eV)高温半导体材料,即SiC、GaN、AlN、金刚石等已成当务之急。 SiC 是第三代半导体材料的核心之一,与SiGaAs 相比,SiC 具有带隙宽、热导率高、电子饱和漂移率大、化学稳定性好等优点,因而被用于制作高温、高频、抗辐射、大功率和高密度集成电子器件。利用它宽禁带(2.3eV～3.3eV)的特点还可以制作蓝、绿光 和紫外光的发光器件和光电探测器件。另外,与其他化合物半导体材料如GaN、AlN 等相比,SiC 有一个独特的性质就是可以形成自然氧化层SiO2,这对制作各种以MOS 为基础的器件是非常有利的。 SiC材料发展历史 自1824 年瑞典科学家Berzelius(1779 —1848) 在人工合成金刚石的过程中观察到了SiC 以来,人们开始了对SiC 的研究。1885 年Acheson(1856-1931)第一次生长出SiC 晶体,他发现该晶体具有硬度大、熔点高等特性,并希望用它代替金刚石和其他研磨材料。当时这一材料在切割和研磨方面产生了极大的影响力。但由于晶体的尺寸较小, 并且其中存在大量的缺陷,SiC 材料还不能用于制备电子器件。SiC 在电子学中的正式应用是1907 年,英国电子工程师Round(1881 — 1966)制造出了第一支SiC 的电致发光二极管。1920 年,SiC 单晶作为探测器应用于早期的无线电接收机上。直到1959 年,Lely 发明了一种采用升华法生长高质量单晶体的新方法,由此奠定了SiC 的发展基础,也开辟了SiC 材料和器件研究的新纪元。 但是,由于当时SiC单晶生长难度比较大,因而使得SiC 的研究滞后了。这一时期的研究工作,即60 年代中期到70 年代中期,主要在前苏联进行,在西方一些国家,SiC 的研究工作仅处于维持状态。1 9 7 8 年, 俄罗斯科学家Tairov 和Tsvetkov 发明了改良的Lely 法,获得较大晶体的SiC 生长技术,又激起了人们的兴趣。1979 年,成功地制造出了SiC 蓝色发光二极管[2]。1981 年,Matsunami 发明了Si 衬底上生长单晶SiC 的工艺技术,并在SiC 领域引发了技术的高速发展1991 年,Cree ResearchInc 用改进的Lely法生产出6H-SiC晶片,1994 年获得4H-SiC 晶片。人们逐步增强了对SiC 的研究兴趣,且目前这一领域由于SiC 衬底的商品化而迅猛发展起来。 SiC材料的结构与特性 SiC 是IV-IV 族二元化合物半导体,也是元素周期表中IV 族元素中唯一的一种固态化合物。SiC 具有250 多种同素异构类型,其中最为重要的有两种:一种为立方密堆积的闪锌矿结构叫作3C-SiC,即β -SiC;另一种为六角密堆积的纤维锌矿结构, 其中典型的有6 H 、4H、15R(数字和字母分别表示密堆积方向上晶胞中(Si ＋C)双层的数目及晶体结构种类)等, 统称为α -SiC。SiC 与Si、GaAs 性能参数的比较如下图：
InN半导体材料及器件研究进展
InN半导体材料及器件研究进展 摘要：InN是性能优良的三五族化合物半导体材料，在光电子领域有着非常重要的应用价值，因此一直是国际国内研究的焦点。这里，就InN材料的制备方法、P型掺杂、电学特性、光学特性、高温退火特性、器件的研究应用以及研究的最新进展进行了综述。 关键词：InN 制备特性应用太赫兹辐射进展 1.引言：三族氮化物半导体材料GaN、AlN、InN是性能优越的半导体材料。在光电子器 件方面已有重要的应用，在光电集成、超高速微电子器件及集成电路上也有十分广阔的前景。但是因为InN具有低得离解温度，要求低温生长，而作为氮源的NH3的分解温度较高，这是InN生长的一对矛盾。其次，对已氮化銦材料生长又缺少与之匹配的衬底材料，使得高质量氮化銦材料生长特别困难，有没有什么进展。后来的理论研究表明，InN 具有极高的漂移速度和电子渡越速度以及最小的有效电子质量。同时电子迁移率也比较高。因此，InN材料是理想的高速、高频晶体管材料。最近研究表明：InN的禁带宽度也许是0.7eV左右，而不是先前普遍接受的1.9eV，所以通过调节合金组分可以获得从 0.6eV（InN）到6.2eV（AlN）的连续可调直接带隙，这样利用单一体系的材料就可以制 备覆盖从近红外到深紫外光谱范围的光电器件。因此，InN有望成为长波长半导体光电器件、全彩显示、高效率太阳能电池的优良半导体材料。理论研究表明，1nN材料在Ⅲ族氮化物半导体材料中具有最高的迁移率（室温下最大的迁移率是14000 平方厘米/V s）、峰值速率、电子漂移速率和尖峰速度（4.3×107cm/s）以及具有最小的有效电子质量m*=0.05m0。这些特性使得InN在高频率，高速率晶体管的应用上有着非常独特的优势。然而，由于InN的制备和检测都比较困难，对其研究和应用还很不完善。尽管如此，随着材料生长技术的不断发展进步以及材料生长工艺的提高，现在已经可以在不同衬底材料上外延生长得到质量较好的InN薄膜单晶材料，同时，由于测量技术的进一步提高，使得InN材料的研究和应用迈进了很大一步。一些相关的应用研究和器件也已有很多报道：如用作异质结场效应管，气体/液体传感器，异质结太阳能电池的透明传导窗口材料，InN/Si p-n结；InN薄膜已经被尝试着作为Li离子薄膜电池的阳极；还有InN热电器件以及太赫兹发射器件；InN的欧姆接触也已经被证实，InN/GaN的肖特基接触也已经实现；对于P型掺杂方面，也取得了显著成果；此外，InN具有很高的折射率(>3)，还可以应用到光子晶体的设计中。 鉴于InN材料有如此重要的应用价值以及最近来自国际和国内的诸多报道，本文对InN 材料的最新研究进展，包括电学、光学性质及其应用方面做些归纳和总结。 2.InN材料的最新研究进展 2.1InN材料的制备
半导体器件的发展趋势
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/2010657771.html, 半导体器件的发展趋势 作者：张川 来源：《科技传播》2012年第06期 社会发展快速发展，一些传统的功能材料很单一，已经不能够满足人们的需求，所以就出现了具有半导体特性的有机材料，比如塑料、高分子聚合物，这些有机半导体材料有可能会取代传统的由Si和GaAs来制作的材料。有机半导体材料具有独特的优势，它的原料很容易得到，而且原料的重量轻、成本低，制作的工艺简易，还有就是具有良好的环境稳定性。有机半导体材料所制作的器件属于可回收利用的器件，能做到有效环保。根据传统的知识体系来讲，有机体是不能够导电的，所以都是被作为绝缘材料。上个世纪70年代，科学家发现了如果对聚乙炔分子掺杂，就可以成为良性的导体，之后，半导体技术就开始被深入研究，并且取得了很大的成绩。上个世纪80年代，有机半导体研究领域迅速扩张，很多世界知名的企业都使用半导体技术，比如IBM通用、柯达等等；还有剑桥大学和普林斯顿大学也都设立了半导体的研究院。开发出了能够改善半导体稳定性以及特性的新技术以及新型的材料，这些新技术以及新型材料被广泛应用到各行各业当中，大大提高了有机电子器件的性能，比如有机发光二极管、有机传感器、有机场效应晶体管以及有机光伏电池等等。有机半导体器件正在越来越多的应用到各个行业当中，市场份额也在逐年快速增长。 在大家的不懈努力下，有机半导体技术和材料都取得了很大的发展，这个学科集合了材料学、物理和化学等等很多学科，是一个交叉学科，半导体技术正在不断发展，将来还会以更快的速度发展。一些专家认为，有机半导体材料开发出的各种器件正在改变未来高科技的发展。 1 有机太阳电池 传统的太阳电池是化合物薄膜太阳电池，而新型的太阳电池要采用新型的技术，有机太阳电池将作为一种新型产物摆在大家的面前，有机太阳电池的生产流程很简单，而且可以通过讲解来减少对环境的污染，由于这些优点符合当代社会的需要，所以有机太阳电池越来越受到大家的关注。如此廉价的太阳电池会让世界的能源发生巨大的改变。有机太阳电池比传统的电池更薄，重量更轻，受光面积在不断增加，所以可以大大提高光电的使用效率，在电脑等小型设备当中可以当作电源来用。可以使用有机太阳电池作为OLED屏幕的电源，可以大大减少重量。虽然太阳电池很薄、很轻，也很有柔性，但是它的效率不高，而且寿命也比较短，通过研究，改变太阳电池的缺点，使得效率达到10%，寿命也可以超过5年。 2 有机半导体晶体管 有机半导体材料的晶体管是有机电子器件当中很重要的一种器件，比如OFET。当前OFET的技术主要有聚合物、小分子蒸发或者是小分子溶液铸模等等。OFET的优点是成本低、柔性大等等，有很好的发展前景。OFET的发展很迅速，无论是材料还是制备工艺方面都有了突破，它可以使OLED发光，形成逻辑电路，发光场效应晶体管以及单晶场效应晶体管等
模拟电子技术课程习题 第一章 常用半导体器件
第一章 常用半导体器件 1.1 在晶体管放大电路中，测得晶体管的各个电极的电位如图1.1所示，该晶体管的类型是[ ] A. NPN 型硅管B. PNP 型硅管 C. NPN 型锗管 图D. PNP 型锗管 1.3V b 1.2 某三极管各个电极的对地电位如图1-2所示，可判断其工作状态是[ ] A. 饱和 B. 放大 C. 截止 图1.2 D. 已损坏 1.3 在如图1.3所示电路中，当电源V=5V 时，测得I=1mA 。若把电源电压调整到V=10V ，则电流的大小将是 [ ] A.I=2mA B.I<2mA C.I>2mA D.不能确定 图1.3 1.4 在如图1-7所示电路中电源V=5V 不变。当温度为20O C 时测得二极管的电压 U D =0.7V 。当温度上生到为40O C 时,则U D 的大小将是 [ ] A.仍等于0.7V B.大于0.7V C. 小于0.7V D.不能确定 图1.4 1.5 在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于 [ ] A.温度 B.掺杂工艺 C.杂质浓度 D.晶体缺陷 1.6 对于同一个晶体管而言，反向电流最小的是 [ ] A.I CBO B.I CES C.I CER D.I CEO 1.7二极管的主要特性是 [ ] A.放大特性 B.恒温特性 C.单向导电特性 D.恒流特性
1.8 温度升高时，晶体管的反向饱和电流I CBO 将[ ] A.增大 B.减少 C.不变 D.不能确定 1.9 下列选项中，不属三极管的参数是[ ] A.电流放大系数β B.最大整流电流I F C.集电极最大允许电流I CM D.集电极最大允许耗散功率P CM 1.10 温度升高时，三极管的β值将 A.增大 B.减少 C.不变 D.不能确定 1.11 在N型半导体中，多数载流子是[ ] A. 电子 B. 空穴 C.离子 D. 杂质 1.12 下面哪一种情况二极管的单向导电性好[ ] A.正向电阻小反向电阻大 B. 正向电阻大反向电阻小 C.正向电阻反向电阻都小 D. 正向电阻反向电阻都大 1.13 在如图1.13所示电路中，设二极管的正向压降可以忽略不计，反向饱和 电流为0.1 mA, 反向击穿电压为25V且击穿后基本不随电流而变化，这时电路中的电流I等于[ ] A. 0.1 mA B. 2.5mA C. 5mA D. 15 mA 图 1.13 1.14 在P型半导体中，多数载流子是[ ] A. 电子 B. 空穴 C.离子 D. 杂质 1.15 下列对场效应管的描述中，不正确的是[ ] A 场效应管具有输入电阻高，热稳定性好等优点； B 场效应管的两种主要类型是MOSFET和JFET； C 场效应管工作时多子、少子均参与导电； D 场效应管可以构成共源、共栅、共漏这几种基本类型的放大器。 1.16 在放大电路中，场效应管应工作在漏极特性的[ ] A.可变电阻区 B.截止区 C.饱和区 D.击穿区 1.17 表征场效应管放大作用的重要参数是[ ] A.电流放大系数β B.跨导g m =ΔI D /ΔU GS C.开启电压U T D.直流输入电阻R GS