半导体材料论文
半导体材料介绍论文
半导体材料介绍论文引言：半导体材料是当今电子工业中至关重要的一类材料。
它们具有介于金属和绝缘体之间的电导性质，因而被广泛应用于电子器件的制造。
半导体材料的研究和发展对于电子行业的技术进步和创新起到了关键的作用。
本文将介绍半导体材料的基本特性、分类、制备方法、以及常见的应用领域。
1.基本特性：-可控的电导率：半导体材料的电导率可以通过外加电场或掺杂调节。
这使得半导体材料可以用来制造各种控制电流的电子器件，例如晶体管。
-禁带：半导体材料具有接近禁带（能量带隙）范围的能级，使得它们在常温下既不是导电体也不是绝缘体。
-注入载流子：通过施加特定的电压或电流，碰撞激发半导体中的电子和空穴，形成导电的载流子。
-温度敏感性：半导体材料的导电性质受温度影响较大，温度升高会导致其电导率增加。
2.分类：根据禁带宽度，半导体材料可以分为以下几类：-基础型半导体：禁带宽度较大，难以直接用于电子器件的制造。
例如，硅（Si）和锗（Ge）。
-化合物半导体：由两种或多种元素结合形成的化合物。
其禁带宽度较小，适合用于电子器件的制造。
例如，砷化镓（GaAs）和磷化氮（GaN）。
-合金半导体：由两个或多个基础型半导体材料合成的材料。
通过调节合金组成可以改变其禁带宽度。
例如，锗硅（Ge-Si）合金。
3.制备方法：-材料净化：去除杂质和不纯物质，确保制备的半导体材料具有良好的纯度。
-晶体生长：通过溶液法、气相沉积法、分子束外延等技术，使半导体材料在晶体结构中有序排列。
-掺杂：故意添加少量特定元素（掺杂剂），改变半导体材料的导电性质。
-制造器件：通过光刻、蚀刻、金属沉积等工艺，将半导体材料转化为各种电子器件。
4.应用领域：-电子行业：半导体材料是电子器件的基础材料，例如集成电路、晶体管等。
-光电子学：半导体材料的光学特性使其适用于光电器件的制造，例如激光二极管、太阳能电池等。
-光通信：半导体材料是光纤通信系统的重要组成部分，用于制造光电调制器、光放大器等器件。
半导体材料论文
半导体材料论文
半导体材料是一种在电学上表现介于导体和绝缘体之间的材料。
它具有在一定
条件下能够导电的特性，但在其他条件下又表现出绝缘体的特性。
半导体材料在现代电子技术中起着至关重要的作用，广泛应用于集成电路、太阳能电池、光电器件等领域。
半导体材料的研究始于20世纪初，随着科学技术的发展，人们对半导体材料
的认识不断深化，材料的种类也在不断扩展。
目前，常见的半导体材料主要包括硅、锗、砷化镓、氮化镓等。
这些材料在电子、光电子等领域都有着重要的应用价值。
半导体材料的性能对于电子器件的性能有着至关重要的影响。
例如，半导体材
料的载流子浓度、迁移率、能隙等参数都会直接影响器件的性能。
因此，对于半导体材料的研究和探索显得尤为重要。
近年来，随着人们对能源、环境等问题的关注，半导体材料在太阳能电池、光
电器件等方面的应用越来越受到重视。
例如，砷化镓材料在光电器件中具有较高的光电转换效率，被广泛应用于激光器、LED等领域。
而氮化镓材料在太阳能电池
中也表现出较高的光电转换效率，成为太阳能电池领域的研究热点之一。
除了在电子器件领域的应用外，半导体材料在生物医学、光通信等领域也有着
广泛的应用前景。
例如，砷化镓材料在激光医疗设备中的应用，氮化镓材料在光通信中的应用等，都展现出了半导体材料在不同领域的巨大潜力。
总的来说，半导体材料作为一种介于导体和绝缘体之间的材料，具有着独特的
电学性能和广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步，相信半导体材料在未来会有更广泛的应用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
半导体历史状况及应用论文
半导体历史状况及应用论文半导体历史状况及应用论文半导体是一类能够在一定条件下既能导电又能绝缘的材料。
半导体技术的发展对现代电子技术、通信技术、信息技术等领域产生了深远的影响。
下面将从半导体的历史状况和应用两个方面展开，进行论述。
一、半导体历史状况半导体的历史可以追溯到19世纪末。
1883年，美国科学家霍尔斯特(Holst)通过对铜砷矿石的研究，首次发现了半导体的性质。
1897年，赖特(Wright)发现了由硒制成的曲面薄膜能够产生电流。
但是，当时对半导体的潜在应用并没有太多认识。
20世纪初，德国科学家恩斯特·约瑟夫·罗素(Ruska)发明了电子显微镜，使得人们可以直接观察到物质的微观结构。
这对于半导体研究起到了重要的推动作用。
此后，人们对半导体材料性质的研究取得了突破性进展。
20世纪50年代，半导体材料的研究进入了一个新的阶段。
德国物理学家布朗(Georg von Bogdanovich Brown)首次提出“掺杂”这个概念，通过在半导体材料中引入杂质元素，改变了材料的导电性质。
这一发现使半导体材料的应用领域得到了极大的拓展。
1951年，美国贝尔实验室的三位科学家肖克利(William Shockley)、巴丁(John Bardeen)和布瑞顿(Walter H. Brattain)合作发明了第一台晶体管，这一发明被认为是半导体技术的重要里程碑。
晶体管的发明使得电子技术进入了一个新时代，开启了半导体技术的广泛应用。
二、半导体应用半导体技术的应用广泛涉及到电子技术、通信技术、信息技术等多个领域。
1. 电子技术领域：半导体是电子器件的重要组成部分。
从最早的晶体管到如今的集成电路，半导体技术在电子技术领域得到了广泛应用。
半导体材料的导电性能可以通过不同掺杂方式进行调控，从而实现不同类型的电子器件。
2. 通信技术领域：半导体技术在通信领域的应用主要体现在光通信领域。
光通信是一种通过光信号进行数据传输的技术，而半导体激光器就是其中的关键设备。
半导体 毕业论文
半导体毕业论文半导体：探索未来科技的基石引言：在当今科技发展迅猛的时代，半导体作为一种关键材料，已经成为现代生活和工业生产的基石。
它的应用范围广泛，从电子设备到通讯技术，从能源领域到医疗科学，无不离开半导体的支持。
本文将探讨半导体的基本原理、应用领域以及未来的发展趋势，旨在展示半导体技术对于人类社会的巨大影响和潜力。
一、半导体的基本原理半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，其电导率介于两者之间。
这种特性源于半导体晶体中的电子能级结构。
通过控制材料中的杂质浓度和制造工艺，可以调节半导体的电导率，从而实现对电流的控制。
半导体的基本原理为现代电子学的发展提供了坚实的基础。
二、半导体的应用领域1. 电子设备半导体是电子设备中最重要的组成部分。
从智能手机到电脑、电视，几乎所有现代电子产品都离不开半导体芯片。
半导体的微小尺寸和高度集成的特点，使得电子设备越来越小型化、高效化和功能强大化。
2. 通讯技术半导体在通讯技术中扮演着重要角色。
无线通信、光纤通信、卫星通信等都依赖于半导体器件。
半导体的高速开关特性和信号放大能力，使得信息传输更加快速和稳定。
3. 能源领域半导体技术在能源领域的应用也日益重要。
太阳能电池板、LED灯、电动汽车等都离不开半导体器件。
半导体的光电转换效率高和能量损耗小的特点，为可再生能源的发展提供了强有力的支持。
4. 医疗科学半导体技术在医疗科学中的应用也日益广泛。
例如，生物芯片可以用于基因检测和疾病诊断，人工智能和机器学习可以应用于医学影像处理和疾病预测。
这些应用将大大提高医疗水平和人类生活质量。
三、半导体的未来发展趋势1. 三维集成电路随着电子设备的不断发展，对于更高性能和更小尺寸的需求也越来越迫切。
三维集成电路技术可以将多个晶体管层叠在一起，大大提高芯片的集成度和性能。
这一技术的发展将推动电子设备的进一步革新。
2. 新型材料除了传统的硅材料，新型半导体材料也在不断涌现。
例如，石墨烯、氮化镓等材料具有优异的电子特性，有望在未来取代硅材料，推动半导体技术的进一步发展。
硅在电子工业上的应用论文
硅在电子工业上的应用论文硅在电子工业上的应用引言:随着科技的发展和进步，电子工业得到了快速的发展，而硅作为一种重要的半导体材料，在电子工业中扮演着重要的角色。
本文将探讨硅在电子工业上的应用，并分析其优势和挑战。
正文:I. 硅的基本特性硅是一种常见的半导体材料，拥有许多独特的特性，适用于各种电子工业应用。
首先，硅的导电特性可由掺杂不同的杂质元素来调控，使其能够根据需要成为导体或绝缘体。
其次，硅具有较高的热导率和较低的导电率，使其能够在高温和低温环境下稳定工作。
此外，硅具有较高的机械强度和稳定性，能够抵御环境的变化和挑战。
II. 硅在集成电路中的应用集成电路是电子工业中的重要组成部分，而硅在制造集成电路中起到至关重要的作用。
硅的半导体特性使其成为制造集成电路的理想基材。
在集成电路的制造过程中，硅晶圆被用作底部基板，并通过掺杂、扩散、氧化等工艺来实现芯片的不同功能，如晶体管、电容器、电阻器等。
通过将数百万个电子器件集成在一块硅晶圆上，实现了电子元件的微型化和集成化，大大提高了电子产品的性能和效率。
III. 硅在光电器件中的应用硅在光电器件中的应用也是被广泛研究和探索的领域。
由于硅是一种能隙较大的半导体材料，能够在可见光范围内透明，因此具备制造光电器件的潜力。
例如，硅光电二极管可将光信号转化为电信号，用于光通信、光传感器等领域。
此外，硅纳米线、硅薄膜等结构也被用于制造高效率的光伏器件，实现太阳能的转化和利用。
IV. 硅在电力电子器件中的应用电力电子器件是电子工业中的重要组成部分，用于控制和转换电力信号。
硅作为材料的半导体特性和稳定性，使其成为制造电力电子器件的首选材料。
例如，硅功率二极管和晶闸管被广泛应用于交流电转换为直流电的变流器中。
此外，硅碳化和氮化硅等新型半导体材料也被用于制造高性能的功率器件，以提高电力转换的效率和可靠性。
挑战和机遇:虽然硅在电子工业上的应用非常广泛，但也面临一些挑战。
首先，随着电子产品的需要越来越多样化和复杂化，对硅制造工艺的要求也越来越高。
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一、半导体物理发展史简介半导体物理学是研究半导体原子状态和电子状态以及各种半导体器件内部电子过程的学科。
是固体物理学的一个分支。
研究半导体中的原子状态是以晶体结构学和点阵动力学为基础，主要研究半导体的晶体结构、晶体生长，以及晶体中的杂质和各种类型的缺陷。
研究半导体中的电子状态是以固体电子论和能带理论为基础，主要研究半导体的电子状态，半导体的光电和热电效应、半导体的表面结构和性质、半导体与金属或不同类型半导体接触时界面的性质和所发生的过程、各种半导体器件的作用机理和制造工艺等。
半导体物理学的发展不仅使人们对半导体有了深入的了解，而且由此而产生的各种半导体器件、集成电路和半导体激光器等已得到广泛的应用。
能带理论的建立为半导体物理的研究提供了理论基础，晶体管的发明激发起人们对半导体物理研究的兴趣，使得半导体物理的研究蓬勃展开，并对半导体的能带结构、各种工艺引起的半导体能带的变化、半导体载流子的平衡及输运、半导体的光电特性等作出理论解释，继而发展成为一个完整的理论体系——半导体物理学。
1947年，美国贝尔实验室发明了半导体点接触式晶体管，从而开创了人类的硅文明时代。
1、半导体的起源法拉第在1833年发现硫化银，它的电阻随着温度上升而降低。
对半导体而言，温度上升使自由载子的浓度增加，反而有助于导电，这也是半导体一个非常重要的物理性质。
1874年，德国的布劳恩注意到硫化物的电导率与所加电压的方向有关，这就是半导体的整流作用。
1906年，美国发明家匹卡发明了第一个固态电子元件：无线电波侦测器，它使用金属与硅或硫化铅相接触所产生的整流功能，来侦测无线电波。
整流理论能带理论2、电晶体的发明3、积体电路：积体电路就是把许多分立元件制作在同一个半导体晶片上所形成的电路4、超大型积体电路二、半导体和集成电路的现状及发展趋势半导体材料的发展，现状和趋势第一代的半导体材料：以硅（包括锗）材料为主元素半导体第二代半导体材料：以砷化镓（GaAs）为代表的第二代化合物半导体材料第三代半导体材料：氮化物（包括SiC、ZnO等宽禁带半导体）第三代半导体器件由于它们的独特的优点，在国防建设和国民经济上有很重要的应用，前景无限。
半导体材料以及材料表征论文-GrowthofSiCNanorodsonSiSubstrate
Growth of SiC Nanorods on Si SubstrateAbstractSilicon carbide (SiC) is a ™-™ compound semiconductor material with a wide band gap. Semiconductor electronic devices and circuits made from SiC are presently being developed for high-temperature, high-power, and high-radiation conditions in which conventional semiconductors cannot adequately perform. One-dimensional SiC, such as nanowires and nanorods, is of great interests for many applications due to their excellent properties, such as high mechanical strength, high thermal stability, high thermal conductivity. Especially SiC nanorods are widely considered as reinforcement materials for ceramic composites providing very high strength and toughness due to their very high elastic modulus and strength over their bulk-counterpart. In this study, the SiC nanorods were fabricated by vapor-liquid-solid (VLS) mechanism on Si substrate. The SiC nanaorods were characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD)and energy diffraction spectrometer (EDS).The factors which influenced the formation of SiC nanorods were studied.Keywords: SiC nanorods, VLS mechanism, CVDIntroductionSilicon carbide (SiC) is a wide band gap semiconductor with many super properties, such as high breakdown field，high thermal conductivity, high saturation drift velocity, low relative dielectric constant and excellent resistance to oxidation and corrosion[1-2]. These outstanding properties make SiC a very attractive semiconductor material. For example, SiC is commercially applied for optoelectronic devices [3], such as photodiodes and light-emitting diodes which emit throughout the visible spectrum into the ultraviolet. The applications of SiC also cover the area of high-temperature sensors, high-power devices, and microwave devices (both avalanche diodes and field effect transistors).In the meantime, since carbon nanotubes emerged into the scientific world in 1991 and their exceptional excellent properties were introduced, one-dimensional nanomaterials such as SiC, GaN, have attracted much interest from researchers because the extreme geometry of the nanomaterials is of importance to investigate the physical and chemical properties of the materials such as their quantum size effect. These nanosized materials are important for ceramic nanocomposite materials [4, 5]. They are also claimed to be promising raw materials for engineering ceramic devices offering superplasticity and high strength at high temperatures. Furthermore nanoscale filters or support for a catalytic surface might be interesting application of SiC nanopowders.A lot of methods have been developed to synthesize SiC nanorods [6]. SiC nanorods can be fabricated without the metallic catalysts. For instance, Zhou [7] fabricated SiC nanowires by the hot filament chemical vapor deposition (CVD) method. B.-C. Kang synthesized SiC nanorods by CVD method.Li [8] synthesized SiC nanowires by using a SiC rod as the anode to arc-discharge. And Hyung Suk Ahn [9] synthesized SiC nanorods by using LPCVD. SiC nanorods can be also fabricated with the metallic catalysts. For example, B.-C. Kang fabricated SiC nanorods by using nickel as a catalyst. And Zhang [10] et al. synthesized SiC nanorods using Fe powders as the catalyst. Among these methods, carbothermal reduction of silica-containing materials and the CVD method are the most commonly employed.In carbonthermal reduction process, three mechanisms are involved to form SiC nanorods. They are called vapor-solid (VS) mechanism, two-stage growth (TS) mechanism and vapor-liquid-solid (VLS) mechanism. [11] By the VS mechanism, the nanorods are grown by direct accommodation of silicon and carbon atoms to the growth plane from the silicon- and carbon-carrying vapors. The nanorods are formed in the raw materials containing metal impurities such as rice-hulls by the TS mechanism. The impurities form discrete liquid droplets on the growth plane. The droplets are quickly covered with vapor species because of their high accommodation coefficient and act as nucleation sites for thenanorods growth. It results in axial growth of nanaorods (first stage), and, then in lateral thickening (second stage) [11, 12]. The essential features of VLS mechanism can be expressed as the growth of nanorods via the assistance of liquid solution containing the desired ingredient of the nanorods to be grown. The processes are complex and the fundamental issues remain to be ascertained. The growth of nanorods involves the dissolution of solute at the vapor/liquid interface and its subsequent precipitate at the liquid/solid interface during the VLS growth process. In this paper, nickel was used as a metallic catalyst to deposit SiC nanorods on Si substrate via the VLS mechanism.ExperimentSiC nanorods were fabricated in metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) system. The water-cooled reactor, as shown inFig. 1 schematic configuration of MOCVD reactorFig.1, was a horizontal quartz tube. First, nickel thin film with thickness of 400∗500 nm, which acted as a catalyst in growing SiC nanorods, was deposited on Si substrate by DC sputtering. The Si substrates covered with nickel thin flim were set on a SiC-coated graphite susceptor, which was heated by ratio frequency (RF) induction. According to Ni-Si and Ni-C phasediagram [13-15], the growth temperature was selected between 1250ε and 1380ε . Silane (SiH4) and acetylene (C2H2) were used as source gas. Hydrogen (H2) gas purified by a Pd purifier was used as the carrier gas. The flow rate of H2 was fixed to be 500 sccm (standard cubic centimeter per minute). And the growth pressure of SiC nanorods was fixed to be 60 Torr.Two processes were carried out to synthesize SiC nanorods. One was called two-step process, in which only C2H2 was first introduced into the reactor to fabricate carbon nanotubes on the Si substrates covered nickel thin film at 1150ε for several minutes. Then the growth temperature increased to 1150ε∗1350ε , and C2H2 and SiH4 were reacted as the source gas to synthesize SiC nanorods. Another process was called one-step process, in which C2H2 and SiH4 as the source gases were introduced into the reactor at the same time.The crystal structure of SiC nanorods was characterized by X-ray diffraction (XRD). The morphology of SiC nanorods was characterized by scanning electron microscopy (SEM). Energy dispersive spectrometer(EDS) was carried out to identify their chemical composition.Results and discussion1.SiC nanorods synthesized by two-step processBy the two-step process, carbon nanotubes were first synthesized on the Si substrate in the carbonized process. The morphology and the composition characterized by SEM and EDS, were shown in Fig.2 and Fig.3 respectly. The Ag peak appeared in the EDS image was introduced in the experiment during the SEM and EDS analysis. According to the figure, high density of carbon nanotubes was grown on the Si substrate.Fig. 2 SEM images of carbon naotubes grown on a Si substrateFig. 3 EDS spectrum of carbon nanotubesgrown on a Si substrateThe XRD spectrum of SiC nanorods synthesized by two-step process was shown in Fig.4. In the XRD patterns, characteristic peaks from (111), (200) and (220) plane of ß-SiC appeared at 35.68°, 47.68° and 60.16°, respectively. Peaks from other polytypes of SiC were not observed, so the SiC nanorods were zinc-blende structure.The morphology of SiC nanorods was depicted in Fig.5. High density of nanorods was randomly grown on the substrate. The diameters of SiC nanorods were almost the same.2. SiC nanorods synthesized by one-step processThe characters of the SiC nanorods fabricated by one-step process were characterized by XRD, SEM and EDS. The results are shown in Fig.6∗8 and table 1. In general, SiC nanorods were synthesized by one-step process.Fig. 4 XRD patterns of SiC nanorods Fig. 5 SEM image of SiC nanorodssynthesized by two-step methodAlthough all the samples were growth by VLS mechanism, it was clearly that the diameter of the SiC nanorods fabricated by one-step process was much larger than that prepared by two-step process. The reasons should be the confinement effect of carbon nanotubes in two-step process. The size of carbon nanotubs limited the lateral growth of SiC nanorods and led to the diameter of SiC nanorods almost the same as that of carbon nanotubes. For the one-step process, however the main factors which determined the diameter of SiC nanorods should be the volume of liquid droplet and wetting behavior [16-17], so the diameter of SiC nanorods, Fig. 7 SEM image of SiC nanorodsfabricated by one-step process Fig. 6 XRD pattern of SiC nanorods fabricatedby one-step process Fig.8 EDS spectrum of SiC nanorods by one-step processwas much larger.The atomic content of carbon was higher than that of silicon for the SiC nanorods made by one-step process as shown in table 1. It should be originate from the result of C2H2 activity. Because of its high activity, C2H2 should be decomposed very quickly at 1250ε . A lot of carbon atoms deposited on Si substrate. However, not enough silicon atoms reacted with them. So the redundant carbon atoms formed amorphous carbon on the substrate.SummarySiC nanorods were successfully synthesized via VLS mechanism by two-step process and one-step process. The structure, morphology and composition were characterized by XRD, SEM and EDS. Factors which affected the diameter of SiC nanorods were discussed.References[1].Philip G. Neudeck, SiC technology (1998).[2].Philip G. Neudeck, High-temperature electronics –a role for wide bandgapsemiconductors, Proceedings of the IEEE, Vol 90, No 6 (2004).[3].Han-Kyu Seong, Heon-Jin Choi and Sang-Kwon Lee, Optical and electricaltransport properties in silicon carbide nanowires, Applied Physics Letters, Vol 85,No 7 (2004).[4].B.-C. Kang*, S.-B. Lee, J.-H. Boo*, Growth of ß -SiC nanowires on Si(100)substrates by MOCVD using nickel as a catalyst, Thin Solid Films 464–465 (2004) 215– 219[5].Heon-Jin Choia,*, Han-Kyu Seonga, Jung-Chul Leeb, Yun-Mo Sungb, Growthand modulation of silicon carbide nanowires, Journal of Crystal Growth 269 (2004) 472–478[6].Qingyi Lu, Junqing Hu, Kaibin Tang,a) and Yitai Qian, Growth of SiC nanorodsat low temperature, Appl. Phys. Lett VOL 75, No 4,[7].X.T. Zhou, N. Wang, H.L. Lai, H.Y. Peng, I. Bello, N.B. Wang, C.S. Lee, S.T.Lee, Appl. Phys. Lett. 74 (1999) 3942.[8].Y.B. Li, S.S. Xie, X.P. Zou, D.S. Tang, Z.Q. Liu, W.Y. Zhou, G.Wang, J. Cryst.Growth 223 (2001) 125.[9].Hyung Suk Ahn, Doo Jin Choi, Fabrication of silicon carbide whiskers andwhisker-containing composite coatings without using a metallic catalyst, Surface and Coatings Technology 154 (2002) 276-281.[10].Y ingjun Zhang, Nanlin Wang et al, synthesis of SiC nanorods using floatingcatalyst, Solid state communications 118(2001)595-598[11].H eon-Jin Choi *, June-Gunn Lee, Stacking faults in silicon carbide whiskers,Ceramics International 26 (2000) 7-12[12].R.S. Wagner, W.C. Ellis, Appl. Phys. Lett. 4 (5) (1964) 89.[13].C. Rado, et al, wetting and bonding of Ni±Si alloys on Silicon, Acta mater. Vol.47, No. 2, pp. 461-473, 1999[14].J. Acker*, K. 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半导体材料论文范文
半导体材料论文范文
标题：半导体材料的研究与应用
摘要：
本论文主要介绍半导体材料及其在电子技术中的应用。
首先概述了半导体材料的基本概念和独特的物理性质，然后详细介绍了几种常见的半导体材料，包括硅、锗和化合物半导体等。
接着讨论了半导体材料在电子器件中的应用，如PN结、MOSFET等。
最后对未来半导体材料的发展进行了展望，并提出了一些问题供深入研究。
关键词：半导体材料；物理性质；电子器件；发展趋势
1.引言
2.半导体材料的基本概念和性质
2.1半导体材料的定义和分类
2.2半导体材料的能带结构
2.3半导体材料的载流子类型
2.4半导体材料的禁带宽度
3.常见的半导体材料
3.1硅
3.1.1硅的基本性质
3.1.2硅的制备方法
3.2锗
3.2.1锗的基本性质
3.2.2锗的制备方法
3.3化合物半导体
3.3.1GaAs
3.3.2InP
4.半导体材料在电子器件中的应用
4.1PN结
4.1.1PN结的结构和特点
4.1.2PN结的应用：二极管和锗石榴石激光器4.2MOSFET
4.2.1MOSFET的基本结构和工作原理
4.2.2MOSFET的应用：集成电路和场效应晶体管
5.半导体材料的发展趋势和前景
5.1新材料的研究与应用
5.2高效能源的开发
5.3环境保护和可持续发展
6.结论
本论文全面介绍了半导体材料的基本概念、性质、常见种类以及在电子器件中的应用。
同时，对半导体材料未来的发展趋势进行了展望，并提出了一些问题供深入研究。
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砷化镓单晶的制备及应用
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。
砷化镓作为第二代III-V族化合物半导体材料，现在虽然还没有硅材料应用的普及，但它凭借着工作速度和频率上的优势也在迅速地扩大着它的使用领域。
为了能让大家更好地了解砷化镓这个具有无限潜力和广阔前景的半导体单晶，我决定对砷化镓的制备工艺过程及其应用做一些介绍。
Summary
As the global technologe developes fast,the world has entered the information age.To be the lifeblood of the field of information,optoelectronics and microelectronics technology undoubtedly become the focus of scientific and technological development.As the second generation of III-V compound semiconductor,Though GaAs is not as universal as Si,with the superiority of its work speed and frequency,it is expanding its field of use fast.In order to let you know GaAs better,I decide to introduce something about GaAs's preparation process and application
关键词：制备密封熔体直拉法热传递缺陷性能发展动态应用领域一、砷化镓的制备过程
随着对砷化镓使用的愈加广泛，人类对砷化镓的制备工艺也在进行着不断地研究和完善，到目前为止已经有多种砷化镓的制备工艺技术，其中最主要的要属水平布里奇曼法和液态密封法。
下面我将对液态密封法制备砷化镓工艺全过程做一些介绍。
液态密封法也称LEP法或LEC法，它是目前拉制大直径III-V族化合物晶体的最重要的方法。
它的大概过程是再高压炉内，将欲拉制的化合物材料盛于石英坩埚中，上面覆盖一层透明而黏滞的惰性熔体，将整个化合物熔体密封起来，然后再在惰性熔体上充以一定压力的惰性气体，用此法来抑制化合物材料的离解。
LEC法制备砷化镓单晶的工艺流程如下:
1.装料：一石英杯装Ga，一石英安瓶装As，石英坩埚中装B2O3。
2.抽真空下，B2O3加热脱水（900-1000度），Ga杯，As瓶烘烤除去氧化膜。
3.降温至600-700度，将Ga倒入坩埚内沉没在B2O3下，充Ar气。
4.As安瓶下端的毛细管尖插入Ga夜中，升温至合成温度，As受热气化溶入Ga内生长GaAs。
5.拔出安瓶管，并按Si直拉法拉晶程序，引晶-缩颈-放肩-等径生长-收尾拉光等步骤拉制GaAs单晶。
下面对整个制备工艺过程的几个方面加以详细介绍：
（一）、密封化合物熔体的惰性熔体应具备以下条件：1.密度比化合物材料小，熔化后能浮在化合物熔体上面。
2.透明，便于观察晶体生长的情况。
3.不与化合物级及石英坩埚反应，而且在化合物及其组分中溶解度小。
4.易提纯，蒸汽压低，易熔化，易去掉。
（二）、直拉法拉制单晶
直拉法简称CZ法，它是生长半导体单晶的主要方法。
该法是在直拉单晶炉内，向盛有熔融的半导体材料坩埚中，引入籽晶作为非均匀晶核，然后控制热场，将籽晶旋转并
缓慢向上提拉，单晶便在籽晶下按籽晶的方向长大。
其具体工艺流程为当熔体温度稳
定在稍高于熔点，将籽晶放在上面烘烤几分钟后将籽晶与熔体熔接，这一步叫做润景
或下种；为了消除位错要将籽晶拉细一段叫缩颈；之后要把晶体放粗到要求的直径叫
放肩；有了正常粗细后就保持此直径生长，最后将熔体全部拉光。
在晶体生长过程中，为了保持单晶等径生长，控制的参数主要是拉制和加热功率。
提高拉速，加热功率则
晶体变细；反之降低拉速和加热功率则使晶体加粗。
（三）、制备过程中的热传递
在制备砷化镓单晶的熔体中同时存在两种类型的液流，一种是在重力场中由于温差照
成的自然对流，另一种是由于晶体和坩埚旋转造成的强迫对流。
它们对熔体中热分布，固-夜界面形状，杂质分布的均与性等都有很大的影响。
自然对流是在重力场中，以流体密度的差异产生的浮力为驱动力，浮力克服了黏滞力
而形成的对流。
自然对流受容器的形状，重力场方向以及热源的位置等因素的影响。
自然对流会产生湍流和温度振荡，这种振荡直接影响杂质在生长界面上的微分凝，在
晶体中产生细微的杂质条纹，影响杂质分布的均匀性。
为了消除自然对流温度振荡的
不良影响，我们可以采用以下方法：1.减小纵向温度梯度。
2.正确选择容器的纵横比，可以在熔体中加入一钢板，以减小h/d比。
3.用强迫对流和加磁场来控制自然对流。
4.在失重状态下生长单晶。
强迫对流是人为地为了加快热量和溶质的输运，改善均匀性，常常对熔体进行搅拌，
在直拉单晶中是通过晶体和坩埚旋转来完成的。
其中晶体旋转引起的强迫对流，晶体
旋转产生离心力。
迫使液流离开中心向外流，坩埚底部流体沿晶体旋转中心形成中心
留旋转而上。
坩埚旋转引起的强迫对流，液流与热对流相似，只是液流呈螺旋状，并
有被停滞层分开的内外分层现象。
（四）、砷化镓单晶的缺陷控制
在制备砷化镓晶体时，很难得到化学比为1:1的化合物，单晶中往往会产生某些缺陷
而影响器件的功能，因此在制备过程中我们需要对单晶的缺陷进行控制。
砷化镓晶体
中的位错对器件有明显的影响。
它能引起器件电击穿，使发光器件发光不均匀，寿命短。
但它也能与点缺陷作用，减少缺陷-杂质络合物的形成。
砷化镓晶体中引入位错的原因可分为应力引入位错和生长时引入位错。
为了控制这些位错，目前我们可以通过
选择合适的籽晶，防止粘舟，调整单晶炉热场，稳定生长条件，以及采取缩颈等措施，这样可以生长出无位错或低位错的砷化镓单晶。
砷化镓中的微沉淀对器件的性能有很
大的影响，往往会影响器件的发光效率和寿命，为了解决这一问题，我们可以用掺硅
的砷化镓作为衬底，它产生的沉淀较少。
再者，对砷化镓单晶进行热处理，可以消除
或降低深能级电子陷阱。
我们有两种砷化镓单晶热处理方法，一种是长单晶后不打开
石英管，在原气氛下降温退火。
另一种是取出单晶，在流动的氢气下热处理，温度为700-850度，时间12h，热处理后，一般都能使其电阻率下降，迁移率升高，电阻率
温度系数变正。
二、砷化镓的特性及性能
砷化镓是III-V族化合物半导体，它大多以共价键结合，也有一定的离子键成分，为深灰色的立方晶体，立方晶系闪锌矿结构。
导带为双能谷结构，为直接带隙半导体，禁
带宽度比元素半导体锗及硅大。
制成的器件有较好的耐高温特性及频率特性，发光性
能好及电子转换率高。
是制备高频、高温、高辐射、低噪声器件的材料，也是制备近
红外发光、激光器件和光电阴极的材料，利用其双能谷结构可制作耿氏器件。
三、砷化镓的近期发展动态
在上个世纪90年代，砷化镓半导体微电子学就已经达到了成熟规模化水平，可以将其引入到市场进行规模化生产。
为了更好地迎合市场，较低的生产成本是器件发展的主
要驱动力，现在LEC法生长的砷化镓晶体约占市场的50%，但由于外延工艺优选低位错密度的GaAs,预期LEC砷化镓的市场份额将进一步减少。
近几年砷化镓单晶的生产
技术正在快速发展，各项技术正逐渐趋于完善，应用领域也在不断地增大，具有很好
的发展前景。
四、砷化镓的应用领域
砷化镓材料具有高频，低噪声和高电子迁移率的物理特性，最初在国防，太空科技以及人造卫星通讯方面有广泛的用途。
现在随着通讯行业的不断发展，人类对砷化镓的需求越来越多，使用越来越广，在手机、计算机以及无线电通信等方面都有广泛的用途。
未来随着砷化镓性能的完善以及新的科技产品的推出，砷化稼微波器件应用卫星通讯芯片、智能型交通运输系统及智能型家庭网络等领域更有无限的商机。
参考文献：
半导体材料课本
《电子测试》2003年第09期
砷化镓单晶生长技术硕士论文。