電子元器件技術(shù)大全：半導(dǎo)體材料知識

導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體材料是一類具有半導(dǎo)體性能、可用來制作半導(dǎo)體器件和集成電的電子材料，其電導(dǎo)率在10（U-3）～10（U-9）歐姆/厘米范圍內(nèi)。半導(dǎo)體材料的電學(xué)性質(zhì)對光、熱、電、磁等外界因素的變化十分敏感，在半導(dǎo)體材料中摻入少量雜質(zhì)可以控制這類材料的電導(dǎo)率。正是利用半導(dǎo)體材料的這些性質(zhì)，才制造出功能多樣的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體材料是半導(dǎo)體工業(yè)的基礎(chǔ)，它的發(fā)展對半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展有極大的影響。

半導(dǎo)體材料按化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，大致可分為以下幾類。1.元素半導(dǎo)體有鍺、硅、硒、硼、碲、銻等。50年代，鍺在半導(dǎo)體中占主導(dǎo)地位，但鍺半導(dǎo)體器件的耐高溫和抗輻射性能較差，到60年代后期逐漸被硅材料取代。用硅制造的半導(dǎo)體器件，耐高溫和抗輻射性能較好，特別適宜制作大功率器件。因此，硅已成為應(yīng)用最多的一種增導(dǎo)體材料，目前的集成電路大多數(shù)是用硅材料制造的。2.化合物半導(dǎo)體由兩種或兩種以上的元素化合而成的半導(dǎo)體材料。它的種類很多，重要的有砷化鎵、磷化錮、銻化錮、碳化硅、硫化鎘及鎵砷硅等。其中砷化鎵是制造微波器件和集成電的重要材料。碳化硅由于其抗輻射能力強、耐高溫和化學(xué)穩(wěn)定性好，在航天技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。3.無定形半導(dǎo)體材料用作半導(dǎo)體的玻璃是一種非晶體無定形半導(dǎo)體材料，分為氧化物玻璃和非氧化物玻璃兩種。這類材料具有良好的開關(guān)和記憶特性和很強的抗輻射能力，主要用來制造閾值開關(guān)、記憶開關(guān)和固體顯示器件。4.有機增導(dǎo)體材料已知的有機半導(dǎo)體材料有幾十種，包括萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等，目前尚未得到應(yīng)用。

以非晶態(tài)半導(dǎo)體材料為主體制成的固態(tài)電子器件。非晶態(tài)半導(dǎo)體雖然在整體上分子排列無序，但是仍具有單晶體的微觀結(jié)構(gòu)，因此具有許多特殊的性質(zhì)。1975年，英國W.G.斯皮爾在輝光放電分解硅烷法制備的非晶硅薄膜中摻雜成功，使非晶硅薄膜的電阻率變化10個數(shù)量級，促進非晶態(tài)半導(dǎo)體器件的開發(fā)和應(yīng)用。同單晶材料相比，非晶態(tài)半導(dǎo)體材料制備工藝簡單，對襯底結(jié)構(gòu)無特殊要求，易于大面積生長，摻雜后電阻率變化大，可以制成多種器件。非晶硅太陽能電池吸收系數(shù)大，轉(zhuǎn)換效率高，面積大，已應(yīng)用到計算器、電子表等商品中。非晶硅薄膜場效應(yīng)管陣列可用作大面積液晶平面顯示屏的尋址開關(guān)。利用某些硫系非晶態(tài)半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變來記錄和存儲光電信息的器件已應(yīng)用于計算機或控制系統(tǒng)中。利用非晶態(tài)薄膜的電荷存儲和光電導(dǎo)特性可制成用于靜態(tài)圖像光電轉(zhuǎn)換的靜電復(fù)印機感光體和用于動態(tài)圖像光電轉(zhuǎn)換的電視攝像管的靶面。

具有半導(dǎo)體性質(zhì)的非晶態(tài)材料。非晶態(tài)半導(dǎo)體是半導(dǎo)體的一個重要部分。50年代B.T.科洛米耶茨等人開始了對硫系玻璃的研究，當(dāng)時很少有人注意，直到1968年S.R.奧弗申斯基關(guān)於用硫系薄膜制作開關(guān)器件的專利發(fā)表以后，才引起人們對非晶態(tài)半導(dǎo)體的興趣。1975年W.E.斯皮爾等人在硅烷輝光放電分解制備的非晶硅中實現(xiàn)了摻雜效應(yīng)，使控制電導(dǎo)和制造PN結(jié)成為可能，從而為非晶硅材料的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。在理論方面，P.W.安德森和莫脫，N.F.建立了非晶態(tài)半導(dǎo)體的電子理論，并因而榮獲1977年的諾貝爾物理學(xué)獎。目前無論在理論方面，還是在應(yīng)用方面，非晶態(tài)半導(dǎo)體的研究正在很快地發(fā)展著。