2016-11-16
半導(dǎo)體材料的種類很多,按其化學(xué)成分的不同,可以分為元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體兩大類。
1.元素半導(dǎo)體
僅由單一元素組成的半導(dǎo)體材料,稱為元素半導(dǎo)體。元素半導(dǎo)體在元素周期表中的位置 參見表1-1,表中用粗線圍起來的元素組成的物質(zhì)都可以算作元素半導(dǎo)體。
元素半導(dǎo)體僅由一種元素組成。目前最常用的、最典型的元素半導(dǎo)體有鍺、硅和硒,它 們的制作工藝成熟、應(yīng)用廣泛、產(chǎn)量高。
鍺:在半導(dǎo)體工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。早期的半導(dǎo)體器件大多是用鍺制成的,這和對它 的研究較早、制作較易、工藝成熟有關(guān)。鍺的缺點是禁帶寬度五g較小,為0.75eV,不適宜 制作大功率器件;其次,鍺的表面不像硅那樣容易形成一層既可保護(hù)體內(nèi),又可利用光刻實 現(xiàn)雜質(zhì)選擇擴(kuò)散的二氧化硅層;最后,鍺是一種稀有元素,原材料稀缺,所以今天正逐步被 硅所取代。
硅:與鍺相比,硅的熔點為1 420°C,比鍺高,其禁帶寬度£:g比鍺大,為l.leV,載流 子遷移率比鍺低。作為半導(dǎo)體材料,硅有許多優(yōu)點:禁帶寬度大,適宜做耐高溫、耐輻射的 器件,硅器件的溫度穩(wěn)定性比鍺器件的要高;其次,硅的表面容易生成一層二氧化硅膜,可 以有效保護(hù)器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu),同時又可阻擋雜質(zhì)的侵入,從而為應(yīng)用外延工藝做硅平面晶體 管和集成電路創(chuàng)造了有利條件。
硒:它是一種光電半導(dǎo)體材料,既可以制造整流器和太陽能電池,又可用在干印裝置和 攝像機(jī)中。由于硒是一種稀有物質(zhì),?加之固有的缺點,所以目前應(yīng)用不是很廣。
2.化合物半導(dǎo)體
化合物半導(dǎo)體由兩種或兩種以上的物質(zhì)化合而成,它的特點是材料品種繁多,成分和結(jié) 構(gòu)復(fù)雜,制作單晶相對比較困難。化合物半導(dǎo)體是目前半導(dǎo)體材料研究的重點,發(fā)展也很快。 它是制作LED的重要基石,制造LED時要用到各式各樣的化合物半導(dǎo)體。
制造LED和制造平面晶體管、集成電路一樣,首先需要生成襯底(或稱基片),然后在 襯底上利用外延方法(例如液相外延、氣相外延、分子束外延或金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積外 延等)制成PN結(jié),再經(jīng)過芯片制造、封裝等工藝,最后制成一個合格的LED。LED的襯底 材料和外延材料都要用到化合物半導(dǎo)體。
對于LED襯底所用的材料,要求其結(jié)構(gòu)特性好(即與外延材料的晶格結(jié)構(gòu)相近),界面 特性好,有利于外延材料生長等。目前LED的襯底材料有:藍(lán)寶石(A1203)、碳化硅(SiC)、 硅、氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)等。
在制成襯底以后,要在襯底上外延生成PN結(jié),這是制造LED的一項重要工藝過程。外延 材料與襯底材料可以相同(稱為同質(zhì)外延),也可以不同(稱為異質(zhì)外延)。它是LED的核心 材料,決定led的發(fā)光波長、亮度、發(fā)光效率、功率等。一般外延層所用的材料大都是m-v 族化合物半導(dǎo)體。
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