南京大学宽禁带半导体第三作业

第三次作业

1. 金属与半导体的接触类型强烈依赖于其功函数之差，请阐述其对应关系，但

对p型掺杂的宽禁带半导体而言，金属功函数已无法满足实现其欧姆接触的要求，请以p型氮化镓为例说明人们是如何实现其欧姆接触的。

2. 半导体的表面态对最终金属与半导体接触的性质有较大影响，例如人们在实

际应用中往往发现金属与宽禁带半导体的接触势垒的高低往往与金属的功函数依赖关系较小，这主要是由于高密度的表面态的存在对电子或空穴的陷阱作用所导致的表面费米能级的钉扎现象所致，这将导致欧姆接触或肖特基接触性能变差，请以氮化镓为例说明研究人员如何通过控制氮化镓的表面性质去优化其肖特基接触特性和欧姆接触特性的？

3. 氮化镓与氧化锌作为极性半导体，其Ga/Zn面与N/O面具有完全不同的性

质，请阐述这两种不同的表面对材料生长、掺杂、光学性质以及电接触性质（包括肖特基与欧姆接触）的影响，说明产生这些差异的物理原因。

4. 半导体薄膜中的霍尔迁移率与载流子浓度随着测量温度的变化规律强烈依赖

于薄膜中的掺杂浓度，请分别就低浓度、中等浓度与重掺杂的情形加以阐述，并说明其物理原因。在表征蓝宝石上异质外延氮化镓与氧化锌薄膜的霍尔效应测量中，其测量到的载流子浓度往往表现出更为复杂的变化规律，这主要是由于低温下位于薄膜与蓝宝石之间的界面存在高缺陷密度的高导层的贡献，请阐述这一现象，并以公式说明人们是如何去解决这一问题的。

5. 半导体薄膜中的迁移率大小是表征半导体材料晶体质量与电学性能的关键参

数，这主要是由于半导体中的位错密度对迁移率具有严重的影响。而从光学性质来说，半导体中的位错线往往也是电子或空穴的陷阱，导致深能级发光

或非辐射复合，严重影响半导体的本征发光性质。请从你所学到的知识说明人们目前是如何解决这一困难的，阐述目前依然存在的问题以及预期继续解决的方案与手段。

6. 对半导体单晶材料而言，液（自熔体）固方法是制备第一代硅以及第二代半

导体砷化镓等的主要制备技术，请简要介绍其中采用的主要技术。第三代宽禁带半导体相对于前面两代，由于其结构与性质的特殊性，一般无法采用第一代或第二代半导体相应的生长技术进行单晶制备，这导致其较低的单晶生长速率与非常昂贵的制作成本，请简要介绍其物理根源，并说明人们提出的解决思路与技术方法。

7. 半导体单晶的生长是实现高质量器件的关键因素，通常生长半导体单晶采用

液固与气固以两种方法，请分别就课程所讲到的每一个宽禁带半导体给出一种典型的制备方法，简要介绍其制备技术，并说明其优缺点。

8. 单晶的生长尺寸、生长速率与单晶质量最终决定了单晶的成本与价格以及可

能的应用范围，请对GaN、氧化锌、氧化镓、金刚石以及碳化硅这几类宽禁带半导体的单晶制备进行分析，探讨它们目前的可能应用以及实现其半导体器件应用的存在问题与可能的解决思路。