还剩24页未读,继续阅读
本资源只提供10页预览,全部文档请下载后查看!喜欢就下载吧,查找使用更方便
文本内容:
《硅半导体材料基础》ppt课件目录•硅半导体材料的简介•硅半导体的物理性质•硅半导体的晶体结构•硅半导体的制备方法•硅半导体在电子工业中的应用•未来硅半导体材料的发展趋势与挑战01硅半导体材料的简介硅的发现与特性硅的发现硅元素是在1824年由雅各布·贝采利乌斯首次从硅酸钾中分离出来的硅的特性硅是一种非金属元素,是地壳中丰度第二高的元素,仅次于氧它在自然界中主要以硅酸盐的形式存在,具有高熔点、高硬度、耐腐蚀等特性硅在自然界中的存在形式硅酸盐矿物硅是地壳中硅酸盐矿物的主要成分,如长石、云母、黏土等这些矿物是生产玻璃、陶瓷、水泥等材料的重要原料石英纯净的硅以石英的形式广泛存在于岩石、沙子和土壤中石英是地壳中最常见的矿物之一,其化学成分是二氧化硅SiO2硅半导体材料的重要性电子工业的基础促进经济发展硅半导体材料产业是一个高技术、高硅半导体材料是现代电子工业的基础,附加值的产业,它的发展对于推动经被广泛应用于集成电路、微电子器件、济发展、提高国家竞争力具有重要意太阳能电池等领域义信息技术的关键材料随着信息技术的发展,对硅半导体材料的需求不断增加硅半导体材料在计算机、通信、航空航天等领域发挥着至关重要的作用02硅半导体的物理性质电学性质导电类型载流子迁移率电阻率硅半导体的电阻率与载硅半导体根据掺杂类型硅半导体中的载流子有硅半导体的载流子迁移流子浓度和迁移率有关,可以分为N型和P型,表电子和空穴,其浓度受率决定了其电导率,受是衡量材料导电性能的现出不同的导电类型温度、掺杂等因素影响晶格结构和温度影响重要参数光学性质吸收光谱折射率硅半导体对不同波长的光有不硅半导体的折射率较高,对光同的吸收系数,与其能带结构的传播有重要影响有关发光光谱光吸收系数某些硅半导体在特定条件下可光在硅半导体中的吸收系数与以发出可见光,可用于制造发其带隙宽度、杂质和缺陷状态光器件有关热学性质热导率热膨胀系数硅半导体的热导率较高,有利于热量的传递硅半导体的热膨胀系数较低,对其机械稳定和散发性和可靠性有一定影响热容热稳定性硅半导体的热容随温度升高而增大,与其晶硅半导体的热稳定性较好,能够在较高温度格结构和原子振动有关下保持其结构和性能的稳定性03硅半导体的晶体结构单晶硅的结构原子排列高度有序只有一个结晶轴高纯度要求单晶硅的原子排列呈现高度有序单晶硅只有一个结晶轴,所有的为了获得良好的电学性能,单晶的结构,每个硅原子都与四个相原子都按照相同的方向排列,具硅的纯度要求极高,通常需要经邻的硅原子通过共价键紧密结合,有各向异性过多次提纯和制备过程形成了一个连续的三维晶体格子多晶硅的结构原子排列相对无序多晶硅的原子排列相对无序,由许多小的晶体晶粒组成,每个晶粒内部的原子排列与单晶硅相似,但不同晶粒的原子排列方向可能不同多个结晶轴多晶硅具有多个结晶轴,每个晶粒的结晶轴方向不同,导致其物理性质表现出各向同性广泛应用多晶硅在太阳能光伏和微电子领域广泛应用,因为它具有较低的成本和良好的导电性能非晶硅的结构原子排列短程有序非晶硅的原子排列呈现短程有序的结构,即局部区域内的原子排列与单晶硅相似,但整体上缺乏长程有序的结构不具备完整的晶体结构非晶硅不具有完整的晶体结构,其原子排列在空间中不连续,没有明显的结晶轴和晶格振动光学和电学性能各异非晶硅在光学和电学性能方面表现出与单晶硅不同的特性,例如其透光性和导电能力较差,但在某些应用领域仍具有重要价值04硅半导体的制备方法物理气相沉积法物理气相沉积法是一种制备硅半导体的方法,通过将硅源加热至高温,使缺点是沉积温度高,需要消耗大量的其升华成为气态,然后通过物理过程能源,且沉积的硅薄膜质量不够高在基底上沉积成硅薄膜该方法的优点是设备简单、操作方便,适用于大面积的硅薄膜制备化学气相沉积法化学气相沉积法是一种制备硅半导体的方法,通过将硅源与载气混合后通入反应室,在一定条件下发生化学反应,生成硅沉积在基底上该方法的优点是沉积温度较低,可以制备高质量的硅薄膜缺点是需要使用有毒的硅源,且设备较复杂,操作难度较大晶体生长法晶体生长法是一种制备硅半导体该方法的优点是可以制备高纯度、缺点是需要使用大量的硅原料,的方法,通过控制温度、压力等高质量的硅晶体且设备成本高,操作难度大条件,使硅原料结晶成为硅晶体05硅半导体在电子工业中的应用集成电路集成电路是将多个电子元件集成在一块衬底上,实现一定的电路或系统功能的微型电子部件硅是集成电路制造中最重要的材料之一,具有高纯度、高稳定性、低电阻率等特点集成电路的制造需要经过多个复杂工艺步骤,包括外延、氧化、光刻、刻蚀、扩散等,这些工艺都需要在非常严格的条件下进行,以保证产品的性能和可靠性太阳能电池太阳能电池是一种利用太阳能的光电效硅太阳能电池是目前应用最广泛的一种,硅太阳能电池的制造需要经过多道工序,应或热电效应将光能转换为电能的装置其工作原理是利用硅的半导体特性,将包括清洗、制绒、扩散、刻蚀、镀膜等,太阳光吸收并转换为电能这些工艺都需要精确控制,以保证产品的性能和效率微电子机械系统微电子机械系统是一种集微型电子器件和微型机械器件于一体的系统,具有体01积小、重量轻、功耗低等特点硅在微电子机械系统中应用广泛,可以用于制造各种微型机械器件和传感器等02微电子机械系统的制造需要经过多种工艺步骤,包括外延、氧化、光刻、刻蚀、03研磨等,这些工艺都需要在非常精细的条件下进行,以保证产品的性能和可靠性06未来硅半导体材料的发展趋势与挑战新材料与新技术的研发010203硅基新材料异质结构低维材料探索新型硅基半导体材料,利用不同材料的组合,形研究二维、一维和零维的如硅碳化合物、硅氮化合成异质结构,实现优势互硅基材料,探索其在光电物等,以提高半导体性能补,提高半导体性能器件和电子器件中的应用提高硅半导体的性能与稳定性掺杂技术表面处理晶格结构优化通过优化掺杂技术,提高研究表面处理技术,改善通过调整晶格结构,提高硅半导体的导电性能和稳硅半导体的表面质量和稳硅半导体的热稳定性和机定性定性械稳定性降低成本与环境影响资源回收研究硅材料的循环利用技术,降低节能减排生产成本和资源消耗优化生产工艺,降低能耗和减少废弃物排放,实现绿色生产降低制造成本探索低成本、高效率的制造工艺,降低硅半导体的制造成本。