半导体材料报告(共5页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上半导体材料硅摘要半导体材料是制作半导体器件和集成电路的电子材料,是半导体工业的基础。利用半导体材料制作的各种各样的半导体器件和集成电路,促进了现代信息社会的飞速发展。本文就半导体硅材料作了简单介绍。引言能源、信息、材料是人类社会的三大支柱。半导体硅材料则是电子信息产业(尤其是集成电路产业)和新能源、绿色能源硅光伏产业的主体功能材料,硅材料的使用量至今仍然占全球半导体材料的95以上,是第一大电子功能材料,且早已是一种战略性的物资和产业。120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,随着科技的发展,半导体材料越来越多。2半导体材料
2、是一类具有半导体性能、可用于制作半导体器件和集成电路的电子材料硅材料是当今产量最大、应用最广的半导体材料,是集成电路产业和光伏产业的基础。硅材料的发展对推动我国相关产业实现技术跨越、增强国际竞争力、保持社会经济可持续发展和保障国家安全均起着重要作用。31、硅的分类硅也是极为常见的一种,属于上第三周期,IVA族的。然而它极少以的形式在出现,而是以复杂的或的形式,广泛存在于、之中。硅在中的排在第八位。在中,它是第二丰富的元素,构成地壳的26.4%,仅次于第一位的氧。硅根据物理性质分为无定形硅和晶体硅两种。1.1无定型硅无定型硅又称非晶硅,非晶硅是一种直接能带半导体,它的结构内部有许多所谓的“悬键”
3、,也就是没有和周围的硅原子成键的电子,这些电子在电场作用下就可以产生电流,并不需要声子的帮助,因而非晶硅可以做得很薄,还有制作成本低的优点。在70年代确实有过制备非晶硅的沸沸扬扬的高潮。事实上,非晶硅光电池已经广为使用,例如许多太阳能计算器、太阳能手表、园林路灯和汽车太阳能顶罩等就是用非晶硅作为光电池的基本材料的。非晶硅在太阳辐射峰附近的光吸收系数比晶体硅大一个数量级。禁带宽度1.71.8eV,而迁移率和少子寿命远比晶体硅低。现已工业应用,主要用于提炼纯硅,制造太阳电池、薄膜晶体管、复印鼓、光电传感器等。 制造非晶硅的方法有多种,最常见的是辉光放电法和等离子增强化学气相沉积法(PECVD)12
4、。此外还有反应溅射法、电子束蒸发法和热分解硅烷法等等。非晶硅产业化是利用化学气相沉积法制造的,硅烷气体流入真空反应器,利用高频放电等方法分解硅烷,使非晶硅沉积在基板上。硅烷中混入含有P或B的PH,、B:H6气体,町得到N型或P型非晶硅。61.2晶体硅1.2.1单晶硅 高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素,形成p型硅半导体;掺入微量的第VA族元素,形成n型半导体。p型半导体和n型半导体结合在一起形成p-n结,就可做成太阳能电池,将辐射能转变为电能。在开发能源方面是一种很有前途的材料。另外广泛应用的二极管、三极管、晶闸管、场效应管和各种集成电路(包括人们计算机内的芯
5、片和CPU)都是用硅做的原材料。近年来,各种晶体材料特别是以单晶硅为代表的高科技附加值材料及其相关高技术产业的发展,成为当代信息技术产业的支柱,并使信息产业成为全球经济发展中增长最快的先导产业单晶硅作为一种极具潜能、亟待开发利用的高科技资源,正引起越来越多的关注当今世界超过2 000亿美元的电子通信半导体市场中,95以上的半导体器件和99以上的集成电路应用单晶硅。3近几年,我国半导体产业及光伏产业的发展给国内硅材料产业带来了前所未有的机遇,单晶硅产量明显稳步增长单晶硅品种有区熔单晶硅和直拉单晶硅。8世界上直拉硅单晶和区熔硅单晶的用量约为9:1,直拉硅主要用于集成电路和晶体管,其中用于集成电路的
6、直拉硅单晶由于其有明确的规格,且其技术要求严格,成为单独一类称集成电路用硅单晶。区熔硅主要用于制作电力电子元件,纯度极高的区熔硅还用于射线探测器。硅单晶多年来一直围绕着纯度、物理性质的均匀性、结构完整性及降低成本这些问题而进行研究与开发。1.2.2多晶硅多晶硅,是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时,硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核,如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则这些晶粒结合起来,就结晶成多晶硅。多晶硅是由冶金级硅(硅含量为9599)经一系列化学物理提纯而得到的半导体材料。根据其纯度的不同,大体可分为电子级多晶硅和太阳能级多晶硅两大类,电子级多晶硅一般要求硅含量至少在6N
7、以上,最高甚至可达11N,太阳能级多晶硅纯度则稍低,处于冶金级与电子级之间。9多晶硅锭的制备工艺主要包括定向凝固法及浇铸法。4,7定向凝固法是将硅料放在坩埚中熔融,然后将坩埚从热场逐渐下降或从坩埚底部通冷源,以造成一定的温度梯度,固液界面则从坩埚底部向上移动而形成晶锭。浇铸法是将熔化后的硅液从坩埚中导入另一模具中形成晶锭。此法由于受热场的影响,所得晶锭材质不如定向凝固法所得。4目前,市场上超过50的多晶硅片均是由定向凝固法生长所得。52、硅的特性 2.1、电学特性半导体材料的电学性质特点:一是导电性介于导体和绝缘体之间,其电阻率约在10-41010.cm范围内;二是电导率和导电型号对杂质和外界
8、因素(光热磁)高度敏感。无缺陷半导体的导电性很差,称为本征半导体。当硅中掺入微量的电活性杂质,其电导率将会显著增加,例如,向硅中掺入亿分之一的硼,其电阻率就降为原来的千分之一。当硅中掺杂以施主杂质(族元素:磷、砷、锑等)为主时,以电子导电为主,成为N型硅;当硅中掺杂以受主杂质(族元素:硼、铝、镓等)为主时,以空穴导电为主,成为P型硅。硅中P型和N型之间的界面形成PN结,它是半导体器件的基本结构和工作基础。 硅也存在不足之处,硅的电子迁移率比锗小。尤其比GaAs小。所以简单的硅器件在高频下工作时其性能不如锗或GaAs高频器件。此外,GaAs等化合物半导体是直接禁带材料,光发射效率高,是光电子器件
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