iii-v族化合物是化学元素周期表中的iiia族元素硼、铝、镓、铟、铊和va族元素氮、磷、砷、锑、铋组成的化合物。通常所说的iii-v半导体是由上述iiia族和va族元素组成的两元化合物,它们的成分化学比都是1:1。
砷化镉。砷化镉是一种灰黑色的半导体材料,分子式为cd3as2。它的能隙有0.14ev,与其他半导体相比较窄。
砷化铝。砷化铝(aluminium arsenide)是一种半导体材料,它的晶格常数跟砷化镓类似。砷化铝的晶系为等轴晶系,熔点是1740 °c,密度是3.
76 g/cm?,而且它很容易潮解。 它的cas编号为22831-42-1。
碲化铋。碲化铋是一种灰色的粉末,分子式为bi2te3。碲化铋是个半导体材料,具有较好的导电性,但导热性较差。 虽然碲化铋的危险性低,但是如果大量的摄取也有致命的危险。
碳化硅。碳化硅(sic)为由硅与碳相键结而成的陶瓷状化合物,碳化硅在大自然也存在罕见的矿物,莫桑石。 制造由于天然含量甚少,碳化硅主要多为人造。
最简单的方法是将氧化硅砂与碳置入艾其逊电弧炉中,以1600至2500°c高温加热。 发现top 爱德华·古德里希·艾其逊在2023年制造出此化合物,并发展了生产碳化硅用之艾其逊电弧炉,至今此技术仍为众人使用中。 性质top 碳化硅。
性质。碳化硅至少有70种结晶型态。α-碳化硅为最常见的一种同质异晶物,在高于2000°c高温下形成,具有六角晶系结晶构造(似纤维锌矿)。
碳化硅,立方晶系结构,与钻石相似,则在低于2000 °c生成,结构如页面附图所示。虽然在异相触媒担体的应用上,因其具有比α型态更高之单位表面积而引人注目,但直至今日,此型态尚未有商业上之应用。
因其3.2的比重及高的升华温度(约2700 °c),碳化硅很适合做为轴承或高温炉之原料物件。在任何已能达到的压力下,它都不会熔化,且具有相当低的化学活性。
由于其高热导性、高崩溃电场强度及高最大电流密度,近来在半导体高功率元件的应用上,不少人试着用它来取代硅[1]。此外,它与微波辐射有很强的偶合作用,并其所有之高升华点,使其可实际应用于加热金属。
纯碳化硅为无色,而工业生产之棕至黑色系由于含铁之不纯物。晶体上彩虹般的光泽则是因为其表面产生之二氧化硅保护层所致。
用途。半导体、避雷针、电路元件、高温应用、紫外光侦检器、结构材料、天文、碟刹、离合器、柴油微粒滤清器、细丝高温计、陶瓷薄膜、裁切工具、加热元件、核燃料、珠宝、钢、护具、触媒担体等领域。
砷化镓。砷化镓的优点·硅的优点·砷化镓的异质结构·安全砷化镓(英文名称为gallium arsenide,化学式为gaas)是镓和砷两种元素所合成的化合物。也是很重要的半导体材料,被用来制作像微波集成电路(例如单晶微波集成电路( mmic))、红外线发光二极管、雷射二极管和太阳电池等元件。
砷化镓的优点top gaas拥有一些比si还要好的电子特性,如高的饱和电子速率及高的电子移动率。
砷化镓的优点。
gaas拥有一些比si还要好的电子特性,如高的饱和电子速率及高的电子移动率,使得gaas可以用在高于250 ghz的场合。如果等效的gaas和si元件同时都操作在高频时,gaas会拥有较少的噪声。也因为gaas有较高的崩溃电压,所以gaas比同样的si元件更适合操作在高功率的场合。
因为这些特性,gaas电路可以运用在移动**、卫星通讯、微波点对点连线、雷达系统等地方。gaas曾用来做成gunn diode (中文翻做甘恩二极管或微波二极管,中国大陆地区叫做耿氏二极管) 以发射微波。
gaas的的另一个优点:它是直接能隙的材料,所以可以用来发光。而si是间接能隙的材料,只能发射非常微弱的光。(但是,最近的技术已经可以用si做成led和运用在雷射。)
因为gaas的切换速度很快,所以gaas被认为是电脑应用的理想材料。2023年代时,大家都认为微电子市场的主力将从si换成gaas。首先试着要去改变的有超级电脑的**商cray电脑公司、convex电脑公司,alliant电脑系统公司,这些公司都试着要抢下cmos微处理器技术的领导地位。
cray公司最后终于在2023年代早期建造了一台gaas为基础的机器,叫cray-3。但这项成就还没有被充分地运用,公司就在2023年破产了。
硅的优点。si比gaas好,有三个主要理由。第一,si制程是大量生产且便宜的制程。
且si有较好的物理应力,所以可做成大尺寸的晶圆(现今,si晶圆直径约为300 mm,而gaas晶圆最大直径约只有150 mm)。在地球表面上有大量si的原料:硅酸盐矿。
硅工业已发展到规模经济(透过高的产能以降低单位产品的成本)的情形了,更降低了工业界使用gaas的意愿。
第二个主要的优点是,si很容易就会变成二氧化硅(在电子元件中,这是一种很好的绝缘体)。二氧化硅可以轻易地被整合到si电路中,且二氧化硅和si拥有很好的界面特性。反观,gaas不能产生一层稳定且附着在gaas上的绝缘层。
第三,大概也是最重要的si的优点,是si拥有高很多的电洞移动率。在需要cmos逻辑时,高的电洞率可以做成高速的p-通道场效应晶体管。如果需要快速的cmos结构时,虽然gaas的电子移动率快,但因为它的功率消耗高,所以使的gaas电路无法被整合到si逻辑电路中。
砷化镓的异质结构。
因为gaas和alas的晶格常数几乎是一样的,所以可以利用分子束磊晶(molecular beam epitaxy, mbe)或有机金属气相磊晶 (metal-organic vapour phase epitaxy,movpe,也称做有机金属化学气相沉积法),在gaas上轻易地形成异质的结构,如成长砷化铝(alas)或砷化铝镓(alxga1-xas)合金。且因为成长出来的层应力很小,所以几乎可以成长任意的厚度。
gaas的另一个很重要的应用是高效率的太阳电池。2023年时,zhores alferov和他的团队在苏联做出第一个gaas异质结构的太阳电池。 [2][3][4] 用gaas、ge和ingap三种材料做成的三接面太阳电池,有32%以上的效率,且可以操作在2,000 suns下的光。
这种太阳电池曾运用在探测火星表面的机器人:精神号漫游者 (spirit rover) 和机会号漫游者 (opportunity rover)。而且很多太阳电池都是用gaas来做电池阵列的。
利用bridgeman技术可以制造出gaas的单晶,因为gaas的力学特性,所以用czochralski法是很难运用在gaas材料的。但,曾经有人有czochralski法做出超高纯度的gaas当做半绝缘体。
安全。gaas的毒性至今仍没有被很完整的研究。因为它含有as,经研究指出,as是有毒的,as也是一种致癌物质。
但,因为gaas的晶体很稳定,所以如果身体吸收了少量的gaas,其实是可以忽略的。当要做晶圆抛光制程(磨gaas晶圆使表面微粒变小)时,表面的区域会和水起反应,释放或分解出少许的as。就环境、健康和安全等方面来看gaas(就像是三甲基镓 trimethylgallium和as)时,及有机金属前驱物的工业卫生监控研究,都最近指出以上的观点。
磷化铝。磷化铝是一种分子式为alp的化学物质,纯品为白色晶体,存在杂质时呈灰绿偏黄。磷化铝是能隙很宽的半导体,而它也可以用在杀虫方面。
纳米晶硅。纳米晶硅(nc-si)同非晶硅(a-si)一样是硅的一种同素异型体。和非晶硅的区别在于,纳米晶硅具有小的无定形态的硅晶粒。
相比之下,多晶硅完全由晶界相隔的硅晶体颗粒构成。纳米晶硅有时也被称为微晶硅(mrc-si)。差别只在于晶粒的颗粒大小。
大部分颗粒大小在微米量级的材料实际上是精细颗粒多晶硅,所以纳米晶硅是一个更好的词。 由于纳米晶硅能够更好地吸收红波和红外波,它可以用制作硅光电池。
半导体材料
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深圳大学考试答题纸。以 报告等形式考核专用 二 一三 二 一四学年度第一学期。作者 陈利锋。137 摘要 锗 旧译作鈤 是一种化学元素,它的化学符号是ge,原子序数是32。它是一种灰白色类金属,有光泽,质硬,属于碳族,化学性质与同族的锡与硅相近。锗 锡和铅在元素周期表中是同属一族,后两者早被古代人们...