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第四章：化合物半导体材料《半导体材料》课件
III－V族化合物半导体材料 II－VI族化合物半导体材料
4.1 常见的III-V化合物半导体
化合物 晶体结 带隙
ni
构
un
up
GaAs 闪锌矿 1.42 1.3×106 8500
320
GaP 闪锌矿 2.27
150
120
GaN 纤锌矿 3.4
900
10
InAs 闪锌矿 0.35 8.1×1014 3300
InP单晶体呈暗灰色，有金属光泽
室温下与空气中稳定，3600C下开始离解
InP特性
高电场下，电子峰值漂移速度高于GaAs中的 电子，是制备超高速、超高频器件的良好材料；
InP作为转移电子效应器件材料，某些性能优 于GaAs
InP的直接跃迁带隙为1.35 eV，正好对应于光 纤通信中传输损耗最小的波段；
地区＼条件·效益
条件
能源节约
降低二氧化碳排放
美国
5％白炽灯及55％日光灯被 每年节省350亿美元电 每年减少7.55亿吨二氧
白光LED取代
费。
化碳排放量。
日本
100％白炽灯被白光LED取 代
可少建1-2座核电厂。
每年节省10亿公升以上 的原油消耗。
台湾
25％白炽灯及100％日光灯 节省110亿度电，约合
砷化镓具有抗辐射性，不易产生信号错误，特别适用于 避免卫星通讯时暴露在太空中所产生的辐射问题。
砷化镓与硅元件特性比较
砷化镓
硅
最大频率范围 最大操作温度 电子迁移速率
2～300GHz 200oC 高
<1GHz 120oC
低
抗辐射性
高
低
具光能
半导体材料
所以扩散和漂 + + + + + + 移这一对相反 + + + + + + 的运动最终达 到平衡，相当 + + + + + + 于两个区之间 没有电荷运动， + + + + + + 空间电荷区的 厚度固定不变。
扩散运动
PN结的单向导电性
PN结加上正向电压、正向偏置的意
思都是： P区加正、N区加负电压。 PN结加上反向电压、反向偏置的意
按其功能及应用： 微电子材料、光电半导体材料、热电半导体材料、微波 半导体材料、敏感半导体材料等； 按材料种类：无机半导体、有机半导体； 按化学组成：元素半导体、化合物半导体；
按结构：晶态和非晶态半导体
一、 元素半导体
在IIIA族-VIIA
族的金属和非金属
交界处大约有十几
种，如Ge, Si, Se, Te等，其中最重要 的有Si和Ge。
与金属和绝缘体相比， 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。
半导体的发现实际上可以追溯到很久以前， 1833年，英国法拉第最先发现硫化银的电阻 随着温度的变化情况不同于一般金属，一般 情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但 法拉第是随着温度的上升而降低。这是半导 体现象的首次发现。 1835年，蒙克发现了单向导电现象。
3.2.4 半导体二极管
(1)、基本结构
PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
符号
P 阳极
P
N
N 阴极
(2)、伏安特性 I
化合物半导体权威解释
化合物半导体权威解释化合物半导体权威解释引言在科技发展的当今世界中，半导体技术无疑扮演着重要的角色，而其中又以化合物半导体备受瞩目。
化合物半导体是指由两个或多个元素组成的化合物，具备半导体特性。
本文将着重解释化合物半导体的概念、特性，以及其在科技领域的应用。
第一部分：化合物半导体的概念和特性1. 什么是化合物半导体？化合物半导体是由两个或多个元素通过化学反应形成的半导体材料。
与纯硅等单一元素半导体相比，化合物半导体由于其特殊的组合结构，具备一系列优越的性质。
2. 化合物半导体的特性2.1 带隙化合物半导体相较于单一元素半导体具有更大的能带隙。
能带隙指的是价带（valence band）和导带（conduction band）之间的能量差。
这使得化合物半导体能够在更广泛的光谱范围内吸收和发射光线，具备更高的光电转化效率。
2.2 良好的载流子迁移率化合物半导体因为其晶格结构和成分的差异，具备较高的载流子迁移率。
这意味着电子和空穴在化合物半导体中移动的速度更快，使得器件具备更高的工作效率和响应速度。
2.3 高饱和漂移速度饱和漂移速度是指在电场作用下，载流子达到饱和速度时的漂移速度。
化合物半导体由于其特殊的晶格结构和较大的能带隙，使得饱和漂移速度更高，从而在高频电子器件中具备更好的性能。
第二部分：化合物半导体的应用领域1. 太阳能电池化合物半导体因为其良好的光电转化效率和光吸收能力，成为太阳能电池领域的重要材料。
III-V族化合物半导体如氮化镓（GaN）和砷化镓（GaAs）可以实现高效率的光电转化。
2. 光电子器件化合物半导体在光电子器件领域有广泛的应用，例如激光二极管、光电传感器和光纤通信等。
砷化镓和磷化铟是典型的化合物半导体材料，具备优异的光电性能，使得这些器件能够实现高效率的光传输和信号处理。
3. 高速晶体管化合物半导体晶体管因为其较高的饱和漂移速度，被广泛应用于高速和高频电子器件中。
砷化镓高电子迁移率晶体管（HEMT）在通信和雷达系统中具备优异的性能，成为主流技术之一。
半导体材料的概念
半导体材料的概念半导体是指具有半导体特性的材料，它们在导电性能上介于导体和绝缘体之间。
半导体材料在电子、通信、能源、医疗等领域有着广泛的应用。
本文将介绍半导体材料的几种主要类型，包括元素半导体、化合物半导体、非晶半导体、有机半导体、金属间化合物、氧化物半导体以及合金与固溶体。
1.元素半导体元素半导体是指只由一种元素组成的半导体材料，如硅、锗等。
其中，硅是最常用和最重要的元素半导体之一，它具有高导电性能、高热导率以及稳定的化学性质，因此在微电子、太阳能电池等领域得到广泛应用。
2.化合物半导体化合物半导体是指由两种或两种以上元素组成的半导体材料，如GaAs、InP等。
这些化合物半导体具有较高的电子迁移率和特殊的能带结构，因此在高速电子器件、光电子器件等领域具有广泛的应用前景。
3.非晶半导体非晶半导体是指没有晶体结构的半导体材料，它们通常由化学气相沉积、物理气相沉积等方法制备。
非晶半导体具有较低的晶格缺陷和较高的电子迁移率，因此在太阳能电池、电子器件等领域得到广泛应用。
4.有机半导体有机半导体是指由有机分子组成的半导体材料，如聚合物的分子晶体、共轭分子等。
有机半导体具有较低的制造成本、较高的柔性和可加工性，因此在柔性电子器件、印刷电子等领域具有广阔的应用前景。
5.金属间化合物金属间化合物是指由两种或两种以上金属元素组成的化合物，如Mg3N2、TiS2等。
这些金属间化合物具有特殊的物理和化学性质，因此在电子器件、催化剂等领域具有潜在的应用价值。
6.氧化物半导体氧化物半导体是指由金属元素和非金属元素组成的氧化物，如ZnO、SnO2等。
这些氧化物半导体具有较高的电子迁移率和稳定性，因此在太阳能电池、电子器件等领域得到广泛应用。
7.合金与固溶体合金与固溶体是指由两种或两种以上的金属或非金属元素组成的混合物，如Ag-Cu合金、Zn-S固溶体等。
这些合金与固溶体具有特殊的物理和化学性质，因此在电子器件、催化剂等领域具有潜在的应用价值。
化合物半导体权威解释
化合物半导体权威解释
化合物半导体是一种具有半导体特性的化合物材料。
它由两种或更多种元素的
组合而成，其中至少一个元素是非金属。
在这些化合物中，原子之间的化学键是通过共享电子来形成的。
与金属和非金属半导体不同，化合物半导体具有独特的电子结构和能带结构。
在这些材料中，电子在原子间跳跃，从而形成导电行为。
这些电子能级以离子键或共价键的形式存在，使得这些化合物具有高度的电导性。
化合物半导体在电子学和光电子学领域具有广泛的应用。
由于它们具有较窄的
能带间隙，因此化合物半导体具有较高的载流子迁移率和光电转换效率。
这使得它们在光伏电池、光电子器件、激光器和LED等领域得到广泛应用。
一些常见的化合物半导体包括硫化物、碲化物、磷化物和氮化物等。
其中，氮
化物半导体因其优异的电子迁移率和热稳定性而备受关注。
例如，氮化镓（GaN）被广泛应用于高亮度LED和蓝光激光器等领域。
通过研究不同化合物的特性和调控其电子能级结构，科学家们致力于开发新型
的化合物半导体材料，以满足日益增长的电子和光电子技术需求。
随着材料科学和纳米技术的快速发展，化合物半导体将继续在未来的科技领域发挥重要作用。
总结而言，化合物半导体是由两种或更多种元素组成的具有半导体特性的材料。
它们具有独特的电子结构、高导电性和光电转换效率，广泛应用于电子学和光电子学领域。
随着科学技术的不断发展，化合物半导体的研究和应用前景仍然广阔。
化合物半导体(compoundsemiconductor)百科全说物理篇
化合物半导体（compoundsemiconductor）百科全说物理篇
化合物半导体（compoundsemiconductor）百科
全说物理篇
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化合物半导体（compoundsemiconductor）
化合物半导体(compoundsemiconductor)
通常所说的化合物半导体多指晶态无机化合物半导体，它是由两种或两种以上的元素化合而成的半导体材料。
化合物半导体数量最多，研究出的约有一千多种。
其中研究较多的二元化合物半导体是GaAs、GaN、GaP、InP、InSb、InSn、CdS 和SiC等。
Ⅲ-Ⅴ族二元化合物半导体GaAs、InP和InSb等与Ge、Si相比，它们迁移率高，可作高频、高速器件，禁带宽度大，利于做高温、大功率器件，能带结构是直接跃迁型，因此转换成光的效率高，可作半导体激光器和发光二极管等。
GaAs用于微波器件、激光器件和红外光源以及作其他外延材料的衬底;GaN是重要的宽带隙半导体材料，可用于制造兰光发光二极管、兰光发射激光器及紫外光探测器等，并。
化合物半导体材料
化合物半导体材料半导体材料是一类既不是导体又不是绝缘体的材料，其电导率介于导体和绝缘体之间。
在现代电子学和光电子学中，半导体材料被广泛应用于各种电子器件和光电器件中，如电子集成电路、太阳能电池和激光器等。
常见的半导体材料包括硅（Si）和锗（Ge），它们是最早被广泛应用的半导体材料。
然而，还有很多其他化合物材料也具有半导体特性，如化合物半导体材料。
这些化合物半导体材料具有一些独特的特性，使它们在特定领域具有许多优势。
首先，化合物半导体材料的能隙宽度（bandgap）可以通过调节成分比例和晶格结构来调控。
能隙宽度是指电子从价带跃迁到导带所需的能量，也决定了材料的导电性能。
能隙宽度较大的化合物半导体材料通常具有较高的电阻和较低的载流子浓度，适用于高频和高温应用。
能隙宽度较小的化合物半导体材料则具有较高的导电性能和较高的载流子浓度，适用于光电子和光电器件等高效率应用。
化合物半导体材料还具有较高的光吸收系数和较短的光子寿命，使它们在光电子和光电器件中具有较高的量子效率和响应速度。
磷化镓、砷化镓和氮化镓等化合物半导体材料已广泛应用于光电子器件（如激光器、LED和光电二极管）和光通信领域。
尽管化合物半导体材料具有许多优势，但它们也存在一些挑战。
首先，制备过程相对复杂和成本较高，通常需要特殊的设备和技术。
其次，由于化合物半导体材料的晶格常数和热膨胀系数通常较小，因此与硅基材料的集成存在困难。
此外，一些化合物半导体材料还存在较高的缺陷密度和较短的寿命。
因此，尽管化合物半导体材料在一些特定领域具有广泛应用，但对于一般电子器件来说，硅仍然是主要的材料。
随着科学技术的不断发展和成熟，化合物半导体材料的制备工艺和性能将不断提高，实现与硅的集成和应用。
化合物半导体材料与器件基础教材
我们还需要更多！
Dai Xian-ying
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2.1 半导体材料的分类
2.1.5 合金半导体
合金半导体：不是化合物；由二元化合物和一种或两种普通 元素组成三元或四元合金（固溶体）半导体。 特点：1）组分可调； 2）禁带宽度随组分连续可调； 3）晶格常数随组分连续可调。 二元合金半导体：Si1-xGex 三元合金半导体：AlxGa1-xAs、AlxGa1-xN、 InxGa1-xAs、In1-xAlxAs等 四元合金半导体：InYGa1-YAsXP1-X and AlYGa1-YAsXSb1-X
化合物半导体器件
Compound Semiconductor Devices 微电子学院
戴显英
2013.8
Dai Xian-ying
化合物半导体器件
第二章 化合物半导体材料 与器件基础
• 半导体材料的分类 • 化合物半导体材料的基本特性
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化合物半导体器件
2.1 半导体材料的分类
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化合物半导体器件
2.1 半导体材料的分类
2.1.5 合金半导体
四元： GaAlInP and GaAlAsP
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化合物半导体器件
2.1 半导体材料的分类
2.1.5 合金半导体
四元： AlGaInN
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2.1 半导体材料的分类
纤维锌矿 III-V族和II-VI族，铅盐（IV-VI族），IV族元素
Dai Xian-ying
注： W=纤锌矿，R=岩盐，D=金刚石，i=间接能隙， d=直接能隙 化合物半导体器件