化合物半导体权威解释
第七章_三五族化合物半导体讲解
用途：（1）制备超晶格结构； （2）生长具有多层结构的薄膜外延层---各种异质结。
化学束外延CBE
CLVPE生长优点：设备简单，可以沉积出高纯 外延材料 缺点：由于GaCl是在源区由化学反应生成 的，其分压重现性较差 HVPE
HVPE生长GaAs
体系：Ga-HCl-AsH3-H2 主要反应 优点：Ga（GaCl）和As4（AsH3 ）的输入量可以 分别控制，并且AsH3的输入可以在Ga源的下游，因此不 存在Ga源饱和的问题，所以Ga源稳定 CLVPE、HVPE生长GaAs中Si沾污
• 基本原理 RnM+XHn→MX+nRH 或 RnM+XR’n→MX+n(R-R’n) R、R’为烷基，M为II、III族元素；X为V、 VI族元素
MOVPE设备
气体处理系统（源供给系统、气体输运和流 量控制系统） 反应室（反应室加热及温度控制系统） 尾气处理 安全防护及毒气报警系统 控制系统
化学气相沉积（CVD）
化学气相沉积（CVD）也称为气相外延 （Vapor－phase epitaxy，VPE）， 是通过气体化合物间的化学作用而形成外延层的工艺，CVD工 艺包括 • 常压化学汽相淀积(APCVD)(Atmospheric pressure CVD) • 低压化学汽相淀积(LPCVD) • 等离子增强化学汽相淀积(PECVD)(Plasma Enhanced CVD) • 金属有机化学气相沉积（MOCVD） • 激光化学气相沉积等
化合物半导体的定义
化合物半导体的定义化合物半导体，这听起来好像是个特别高大上、很神秘的东西，对吧？其实啊，要是把它给掰扯明白喽，也没那么难。
咱先打个比方，就好比盖房子。
普通的半导体呢，就像是用单一材料盖的小房子，简单直接。
但化合物半导体就不一样啦，它就像是用几种不同的材料混合搭配起来盖的房子，这里面的花样可就多喽。
化合物半导体啊，就是由两种或者两种以上的元素组成的半导体材料。
这就像做菜似的，不是只用一种食材，而是把几种食材混合到一起，做出一道全新口味的菜。
你可能会想，为啥要这么干呢？这其中的好处可多啦。
就像团队合作一样，不同的元素组合到一起，就能够发挥出各自的优势，产生一些单个元素所没有的特性。
比如说，有些化合物半导体在处理高速信号方面特别厉害，就像是短跑健将一样，蹭蹭地就把信号给处理好了。
而有些呢，在光电转换上有着独特的本领，就好像是一个超级转换器，光能电能在它这儿转换得又快又好。
在我们的日常生活中，化合物半导体的身影可不少见呢。
就拿我们的手机来说吧，现在的手机功能那么强大，拍照能拍出那么清晰漂亮的照片，这背后就有化合物半导体的功劳。
它就像手机摄像头背后的一个小魔法师，悄悄地把光线处理得恰到好处，让照片的色彩更鲜艳，细节更清晰。
还有那些能让手机快速充电的技术，这里面也可能有化合物半导体在起着关键的作用。
它就像是一个能量的小管家，快速又高效地把电能安排得明明白白。
再说说照明领域吧。
现在的LED灯这么流行，又亮又节能。
这LED灯里面很多都是用化合物半导体做的呢。
它就像一个小小的发光精灵，把电能转化成光能的时候，几乎没有什么浪费。
而且还可以根据不同的需求，调整发出的光的颜色和亮度，就像一个百变星君似的。
不过呢，化合物半导体也不是那么容易就能完美搞定的。
就像调配一杯特别好喝的混合果汁，每种水果的比例都得拿捏得很准才行。
制造化合物半导体的时候，各种元素的比例、加工的条件等等都需要精心控制。
要是有一点点没弄好，就可能像做蛋糕的时候盐放多了一样，整个性能就大打折扣了。
化合物半导体材料课件
启哥的化合物半导体材料课程什么是化合物半导体第二代化合物半导体行业详解（砷化镓&磷化铟）0102030405总结第三代化合物半导体行业详解（碳化硅&氮化镓）第四代化合物半导体行业详解（氮化铝&氧化镓）什么是化合物半导体材料？它们有什么共同点和特点？•通常我们把硅和锗这样的单一元素半导体材料，称为第一代半导体材料，硅也是最常见用量最大的半导体材料，通常95%左右的半导体器件，都是由硅材料加工而来。
•如果该半导体材料，由两种或者两种以上的不同元素组成，统称为“化合物半导体”，比如碳化硅（SiC），氮化镓（GaN），氧化镓（Ga2O3）等。
•这些化合物半导体在特殊的应用领域比如光电，射频，功率，传感器等方面有着独特的优势，这些领域化合物半导体材料由于其自身材料特性的关系，用它做的器件有着远比硅材料做的器件有更强的性能。
•因此在硅材料逐渐逼近材料极限，再无潜力可挖的情况下，这些化合物材料渐渐被行业所重视，在新的舞台上展露头脚。
•比如近年来的碳化硅功率半导体逐渐替代硅功率在电动汽车，光伏，风电等领域大量应用，砷化镓器件做的各类射频器件，早已完成对硅材料的替代。
常见化合物半导体材料基础理化特性Ge GaAs InP SiC（4H）GaN AIN Ga2O3（β型）禁带宽度 1.120.67 1.43 1.3 3.3 3.34 6.1 4.9相对介电常数11.71613.112.59.79.88.510击穿场强0.30.10.60.5 2.5 3.328热导率 1.50.580.550.7 2.7 2.1 3.20.13-0.23电子迁移率14003900850054008501200135300能带特性间接间接直接直接间接直接间接间接•通常我们把禁带宽度大于2.2eV的宽禁带的碳化硅和氮化镓称为第三代半导体材料，而大于4eV的超宽禁带以及超窄禁带的材料称为第四代半导体材料，第三第四代这只是通俗说法，业内只提宽禁带，超宽禁带和超窄禁带。
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。
第三章 化合物半导体
当组成Ⅲ-V族化合物晶体时，B原子由五个价
电子中拿出一个给Ⅲ族A原子，然后它们相互作
用产生 SP3 杂化，此时，A、B原子各有四个外
层电子（ 像Ge、Si那样 ）正好组成四个共价键，
形成四面体键合。
离子键与共价键不同，电子不是完全公有的，
这是因为由于离子键的作用，V 族 B 原子吸引
电子的能力比 Ⅲ 族 A 原子的大，使得化学键中
例如 GaAs的品格结构，每一个Ga原于周 围为四个As 原子，每个 As 原子周围近邻为 四个 Ga 原子，正是由于二者在晶格结构上有 不同之处，而引起 Ⅲ-V 放化合物与金刚石结 构的 Ge、Si 相比有不同的新特征。
三、Ⅲ一V族化合物半导体晶体的化学键和极性 Ⅲ-V族化合物晶体大都为闪锌矿结构，由于电 负性的影响，使其中除了共价键主要成分外，还 有离子键成分存在。亦即为混合键型。
所以 [111] 轴是一极性轴，在(111)表面和负
(111)表面上的原子键结构与有效电荷也是不同
的，各为电偶极层的一边。
图6-4中A面上为Ga原子，而B面上为As原 子，因此其电性和化学性在A面和B面会很不相 同，也就是说晶体在[111]方向和负[111]方向 是有区别的。常把Ⅲ-V族化合物的这种非中心 对成性称为“极性”。它对晶体生长和化学腐 蚀都有影响，将在下面讨论。
（也称混晶）。
§ 3 - 1 Ⅲ-V族化合物半导体的特性
一、Ⅲ-V族化合物半导体的一般性质
Ⅲ-V族化合物是由周期表中的ⅢA族和VA族元 素按一定比例组合而成。见表6-1。
周期表中的ⅣA族元素半导体为金刚石、 锗、硅和灰锡，都有四个价电子，Ⅲ 族原 子比 Ⅳ族原子少一个价电子，而V族原于
则比Ⅳ族多一个价电子。
半导体词典
• ADCS 高级文件控制系统 • ADH Program Adherence--ADH 计划符合性 检测生产启动后与生产计划是否一致。 • ADI 允许的日引入量 • ADN 高级数字网 • Adobe 美国软件公司。创建 Postscript 页面描述语言和 Acrobat 可移植文件系统。 • ADPC 自适应差分脉码调制 (电信) 语言压缩调制技术。 • ADR 事故数据记录器 (汽车) • ADSI 模拟显示服务接口 (电信) 模拟网络(少量)数据的传送标准。 • ADSL 非对称数字用户线路 (机顶盒) • AE 自动曝光 • AEC Q100 最新汽车标准(1994) • AEIS 电子工业协会 • AEL 机载曝光限制 • Aerobic Requiring Oxygen--有氧菌的氧气需求量 常指以氧气作为生长条件的细菌(需氧细菌)。还用于可以分解氧气的水生物 系统。 • AES 俄歇电子谱仪 • AF 1) 音频 2) 自动聚焦 • AFC 自动频率控制 • AFM 原子力显微镜
美国政府与工业卫生专家会议 • ACIA 异步通信接口适配器 • Acid deposition--酸性沉积物 酸度比正常值大的雨、雪或其它水的沉积物。空气里的水分在下落过程中吸 收二氧化碳，形成石炭酸，pH 值约为 5.6。如果雨或雪形成的地方(通常距离较 远)空气污染物二氧化硫和二氧化氮的含量较高，酸度会更大。这些氧化物与水 反应，形成硫磺酸或硝酸。由于沉积物内的缓冲力很差，这些酸的长期沉积对当 地的水生有机物和植物有很大的副作用。暴露在酸性沉积物中还会使大理石和石 灰石建筑及雕塑的材质退化。 • 酸雨 参见酸性沉积物 • 酸度 溶液中氢离子的浓度水平。酸度用 pH 值表示。PH 值是对数标度。酸度值大 多从 1(极高的酸度值)到 14(极高的碱度值)。 • ACK 确认 • ACL 先进互补型金属氧化物半导体逻辑 • ACM 含石棉材料 • ACPI 先进配置与电源接口 绿色节能型 PC 电源管理 • Acrobat--电子图书阅读软件(Adobe) 一组由 Adobe Systems 公司编制的计算机程序，可能在所有的 PC 机、Mac 格式或 UNIX 系统计算机内创建并阅读可移植格式文档 (PDF)。使用 Acrobat Distiller 可以把 Postscript 页面描述语言原文创建成文件。Acrobat Reader 是一种自由程序，用来浏览并打印 PDF 文件。PDFwriter 是一种特殊的打印机驱 动器，可生成 PDF 文件。 • Acting-代理的 没找到合适人选之前，临时在某个位置上发挥作用的人。常用于 ST 公司的 通知中。 • Activated carbon A-活性碳 对碳材料的不完全燃烧形成的材料，通过蒸发处理可增强其吸收能力，并使 表面积增大。这种材料通常用来吸收有机材料，既可以作为空气或水污染的控制 技术，也可以用作空气抽样设备。 • Active Component--有源元件 一种具有增益或开关电流的(非机械)电路元件，如二极管、晶体管等。 • A/D--模-数 模-数转换器 • ADC 模-数转换器 把取样的模拟信号转换成数字码的过程，表示最初抽样信C 自动增益控制 • AGP 加速图形端口 接口 • Agrate 位于意大利北部米兰市东北 20 公里处的 Agrate Bianza 小镇旁的大型 ST 分部。这一分部以管理、生产、设计和研究活动为主。前身是 Societa Generale Semiconduttori 厂，始建于 1957 年。 • AI 人工智能 • AIAG 汽车工业活动组织 • Ain Sebaâ 摩洛哥卡萨布兰卡中心附近的地名，ST 公司的工厂所在地。工厂的前身是 SFRM，建于 1952 年，是汤姆逊 CSF 的转包商。1989 年，SFRM 成为 ST 公司的摩 洛哥分部，从此，Ain Sebaa 成为组装车间，主要生产分立晶体管。 • AIQ 即将取得的平均质量 发货之前，在缺陷批号二筛之前通过质量控制检测得出的平均缺陷率。通常 用 PPM 表示(件数/每百万只) • Air Pollution--空气污染 大气污染，污染物质通常不应存在于大气中（或含量比较少）。污染物可能 是气态、液态(水滴状)或固态(粉末状)的。当前，虽然汽车和其它使用化工燃料 的运输工具成为重要的污染源，但空气污染主要来源于工业。在某种环境中，农 业实践产生的粉尘也是重要的污染源。空气污染可能有毒，或对人类及其它生物 有害。此外，还可能对建筑物和其它人工物体有害。污染物可以改变空气的质量， 尤其是可以降低能见度。最终，改变重要的环境循环—尘埃可增强阳光的反射性， 从而使空气温度下降，其它化学物质可以增加空气的保温性，从而使空气温度上 升(参见温室效应)。空气污染不仅影响本地的大气水平，还影响整个区域(如光 化学烟雾、酸雨)或天文大气水平(如 CFCis、CO2)。 • AKA 亦称为 • AL 行动级别 • ALC 自动电平控制 • Aligne--光刻机定位器 r 用于光刻的机器，根据硅芯片上提前刻的记号与掩模或模板对准。有四种定 位器：接触式、临近效应、投影和步进机。 • Alignment-对准 调整掩模和晶片之间的位置。对准之后，当照射光通过掩模的透明区域时，
L10-化合物半导体材料精讲
eij
Eg Eex αB n me* μe mh*
e31=-0.61，e33=1.14，e13=-0.59
3.37 60 2.03 ＜106 0.24 200 0.59
μh
5～50
30
§10 化合物半导体材料
10.2 II-VI族化合物半导体
(2). ZnO材料的优点
ZnO与GaN有相同的晶体结构，相近的晶格常 数和禁带宽度。与之相比，ZnO还具有以下优 点：
压电常数（C/m2）
300K时的禁带宽度（eV） 激子结合能（meV） 激子Bohr半径（nm） 本征载流子浓度（cm-3） 电子有效质量（×m0） 300K下n型底阻ZnO的电子 Hall迁移率（cm2V-1s-1） 空穴有效质量（×m0） 2018/10/10 300K下p型底阻ZnO的电子 Hall迁移率（cm2V-1s-1）
38
§10 化合物半导体材料
10.2 II-VI族化合物半导体
研究人员均认为375nm附近的紫外峰其来源 于近带边的激子跃迁，其发光强度与薄膜的结晶 质量、化学配比有关。结晶质量好的薄膜发射紫 外光的强度高。 对于ZnO薄膜在可见光区的发光机理至今还 没有统一的说法，有的认为可见光来源于与结构 缺陷和杂质相关的深能级发射，其中所有的结构 缺陷都是来自薄膜生长过程中氧供给量不足，即 锌和氧的化学计量比失衡。
许多III-V族化合物半导体具有直接能带结构
2018/10/10 2
§10 化合物半导体材料
10.1 III-V族化合物半导体
2018/10/10
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§10 化合物半导体材料
10.1 III-V族化合物半导体
2018/10/10
4
§10 化合物半导体材料
化合物半导体
化合物半导体高速集成电路.1．化合物半导体是由两种或多种元素组成的混晶结构半导体。
目前应用最广、发展最快的化合物半导体材料是Ⅲ-Ⅴ族化合物。
.2．化合物半导体集成电路的主要特征是超高速、低功耗、多功能、抗辐射。
具体表现在以下几个方面：（1）化合物半导体材料具有很高的电子迁移率和电子漂移速度。
（2）GaAs材料的肖特基势垒特性比Si优越。
（3）GaAs的本征电阻率可达109，比硅高四个数量级，为半绝缘衬底。
4）禁带宽度大，可以在Si器件难以工作的高温领域工作。
GaAs为直接带隙半导体，可以发光。
也就是说它可以实现光电集成。
（6）抗辐射能力强。
.3．高性能化合物半导体材料制备设备主要为：分子束外延设备（MBE）和金属有机物化学气相沉积设备（MOCVD）。
4．GaAs材料为闪锌矿结构，与金刚石结构类似，所区别的是前者由两类不同的原子组成。
.5原子结合为晶体时，轨道交叠。
外层轨道交叠程度较大，电子可从一个原子运动到另一原子中，因而电子可在整个晶体中运动，称为电子的共有化运动6．二维电子气概念半导体表面反型层中的电子因处于如同被封闭于势箱中的自由电子一样，电子的德布罗意波长与势阱的宽度相当，发生“量子尺寸效应”。
即在垂直方向的运动丧失了自由度，只存在有在表面内两个方向的自由度，它的散射几率比三维电子气小得多，因此迁移率高。
.7．典型的二维电子气（2－DEG）存在于以下结构中：半导体表面反型层、异质结的势阱、超薄层异质结（量子阱结构）。
8．超晶格，是由几种成分不同或掺杂不同的超薄层周期性地堆叠起来而构成地一种特殊晶体。
9．超薄层堆叠地周期（称为超晶格地周期）要小于电子的平均自由程，各超薄层的宽度要与电子的德布罗意波长相当。
其特点为在晶体原来的周期性势场之上又附加了一个可以人为控制的超晶格周期势场，是一种新型的人造晶体。
.10。
11．利用异质结构，重复单元是由组分不同的半导体薄膜形成的超晶格称为复合超晶格，又称为组分超晶格。
化合物半导体简单科普
化合物半导体简单科普：
化合物半导体是一种由两种或两种以上的元素构成的半导体材料。
与传统的单质半导体相比，化合物半导体具有更高的性能和更广泛的用途。
化合物半导体的性能优异，在高频、高温、高功率等领域有广泛的应用。
砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等化合物半导体在无线通讯、电力电子、光电子等领域有广泛的应用。
砷化镓是一种常用的化合物半导体材料，具有高频、抗辐射、耐高温的特性，大规模应用于无线通讯领域，是目前主流的PA和Switch材料。
氮化镓是一种具有高功率密度和高效率的化合物半导体材料，广泛应用于射频、功率和光电子领域。
碳化硅是一种宽禁带的化合物半导体材料，具有高耐压、高频率、高效率和高可靠性等优点，在电力电子、微波器件、光电子器件等领域有广泛的应用。
此外，化合物半导体的应用还涉及到半导体器件的制造和设计等方面。
随着科技的不断进步，化合物半导体的应用前景将更加广阔。
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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。