半導(dǎo)體材料課件

1第一章半導(dǎo)體材料概述

2文明的發(fā)展速度在近40000年的時(shí)段內(nèi)生活過1000代人。超過800代人生活在樹林與洞穴的非人工住所。只有120代人認(rèn)識(shí)并使用過輪子。約40代人使用過風(fēng)車與水車。約20代人認(rèn)識(shí)并使用過鐘表。約10代人了解印刷術(shù)。約5代人乘坐過輪船與火車旅游。約4代人使用電燈。約3代人乘坐汽車旅行，使用過電話與吸塵器。約2代人乘飛機(jī)旅行，使用過無線電與冰箱。只有當(dāng)代人到過外太空，使用原子能、筆記本電腦。人類歷史上90%的知識(shí)與物質(zhì)財(cái)富創(chuàng)造于20世紀(jì)！3公元前8-9000年，新石器時(shí)代開始；公元前3000年，青銅時(shí)代開始；公元前1300-1400年，鐵器時(shí)代開始。18世紀(jì)第一次工業(yè)革命蒸汽時(shí)代；19世紀(jì)中電動(dòng)機(jī)發(fā)明。第二次工業(yè)革命電氣時(shí)代；20世紀(jì)初，半導(dǎo)體技術(shù)開始應(yīng)用，20世紀(jì)中期半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開始形成，開始了以Si等半導(dǎo)體材料為代表的電子材料時(shí)代。4半導(dǎo)體材料

現(xiàn)代社會(huì)文明的先導(dǎo)

現(xiàn)代工業(yè)的基石1946年電子管計(jì)算機(jī)與1976年微機(jī)的指標(biāo)對(duì)比：

計(jì)算機(jī)體積縮小30萬倍，功耗降低了5萬多倍，重量降低了6萬倍，平均故障率和價(jià)格大幅度的下降，計(jì)算機(jī)的普及率迅速提高；集成電路的采用。半導(dǎo)體器件深入到日常生活和工業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域。世界人均晶體管占有量本世紀(jì)初已超過1億只。有人把受半導(dǎo)體技術(shù)推動(dòng)的信息時(shí)代的到來稱之為第三次工業(yè)革命的開始；“誰掌握了半導(dǎo)體技術(shù)（微電子），誰就掌握了主動(dòng)權(quán)”

5PentiumPentiumPentiumProPentiumPro80808080808680868028680286803868038629ktrans80486804861200ktrans微電子技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力2013年達(dá)到3056億美元（增加4.8%）預(yù)計(jì)2014年為3180億美元（預(yù)計(jì)增加4.1%）66數(shù)據(jù)來源：中國(guó)海關(guān)總署，進(jìn)口重點(diǎn)商品量值；CCID

多年來集成電路在中國(guó)進(jìn)口產(chǎn)品額中位列第一2011年我國(guó)集成電路市場(chǎng)品牌結(jié)構(gòu)2011年我國(guó)集成電路進(jìn)口額產(chǎn)品結(jié)構(gòu)2013年我國(guó)進(jìn)口集成電路產(chǎn)品2318億美元，占世界市場(chǎng)的75%；出口877億美元，同比增加64.1%；絕對(duì)逆差1500億美元，居第一。788IC市場(chǎng)10030億元中國(guó)本土企業(yè)產(chǎn)品2508億元占25%2013年電子信息制造業(yè)124000億元我國(guó)電子信息制造業(yè)所需集成電路的75%依賴于國(guó)外供給。數(shù)據(jù)來源：國(guó)家統(tǒng)計(jì)局，CSIA75%進(jìn)口電路潛在隱患植入可啟動(dòng)缺陷控制產(chǎn)品供應(yīng)鏈擠壓本土企業(yè)掠走多數(shù)利潤(rùn)99未來微電子技術(shù)有潛力的市場(chǎng)1、智能終端2、云計(jì)算與大數(shù)據(jù)（存儲(chǔ)和計(jì)算）3、物聯(lián)網(wǎng)（傳感器、識(shí)別芯片，2013年5000億元，增長(zhǎng)30%）4、寬帶通信（4G，5G，視頻流量，BTA下載等）5、智能工業(yè)（智能家電、智能制造、3D打印，數(shù)控機(jī)床）6、智能電網(wǎng)與軌道交通（發(fā)電、輸電、變電、配電、用電）7、智能醫(yī)療（2015年約20-30億元規(guī)模）8、汽車電子（未來有5000-7000億市場(chǎng)規(guī)模，準(zhǔn)入門檻高）9、安防監(jiān)控系統(tǒng)10、信息安全（智能卡，網(wǎng)絡(luò)加密等）10Moore定律：集成電路的集成度每18個(gè)月翻一番在40年的時(shí)間里，集成電路尺寸減小10000倍性能提高10萬倍成本減低1億倍11PentiumPentiumPentiumProPentiumPro80808080808680868028680286803868038629ktrans80486804861200ktrans

高速度高密度高可靠

低功耗低成本延續(xù)Moore定律的關(guān)鍵12提高器件工作速度的有效辦法:

減小器件的有效溝道長(zhǎng)度

提高材料中的載流子的遷移率MOSFET的工作速度13后摩爾時(shí)代IC技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)1415納米器件與氧化層厚度的關(guān)系1645nm氧化層厚度17隧道電流隨氧化層厚度減小而指數(shù)升高Taur,IEEESpectrum,July199918CMOS靜態(tài)功耗的構(gòu)成隧道電流隨氧化層厚度減小而指數(shù)升高1920微處理器工作速度(90nm下降）

Coolingcostsarelimitingclockspeeds.2004FrequencyExtrapolation21資料來源：IBMGTO多核計(jì)算成為處理器性能提升的新增長(zhǎng)點(diǎn)，同時(shí)也惡化了處理器與存儲(chǔ)器間的性能鴻溝。微電子技術(shù)新進(jìn)展22多功能集成SiP:System-in-PackageSoC:System-on-chip23成本問題研發(fā)成本劇增，單個(gè)晶體管成本不遵循摩爾定律

Source:IBS./discussion/other/4238315/Featuredimension-reduction-slowdown24提高器件工作速度的有效辦法:

減小器件的有效溝道長(zhǎng)度提高材料中的載流子的遷移率25CompressiveTensile應(yīng)變硅技術(shù)26Intel的PrescottPentium4處理器Intel2005年完成90nm的PrescottPentium4處理器,主頻3.4GHz應(yīng)變硅技術(shù)27超高速10位D/A電路流片實(shí)現(xiàn)與非應(yīng)變工藝相比，應(yīng)變工藝得到的D/A電路可以提升1-2代。SFDR應(yīng)變測(cè)試頻率非應(yīng)變Si提高的百分比（dB）（GHz）（GHz）（%）47.30.90.6342.8645.51.00.7631.58431.30.944.44SFDR—無雜散動(dòng)態(tài)范圍0.5微米工藝下的應(yīng)變硅高速集成電路28III-V族化合物和混合溝道器件

Si,Ge,GaAs,InGaAsInAs

Si

Ge

GaAs

In0.53Ga0.47As

InAs

Eg(eV)

1.1

0.66

1.4

0.75

0.35

μn

(cm2/v-s)

1,350

3,900

4,600

>8,000

40,000

μp(cm2/v-s)

480

1,900

500

350

<500

m*/mo

0.165

0.12

0.067

0.041

0.024

29高遷移率pMOSFET：SiGe,Ge,In(Ga)Sb,GeSn高遷移率材料CMOS器件的Si基集成29Si鈍化的Ge和GeSnpFETs展現(xiàn)了優(yōu)異性能！3030IEDM2011-404

應(yīng)變鍺錫GeSn技術(shù)

3131后Moore時(shí)代

CMOS器件32結(jié)論依靠縮小線寬提高速度越來越困難，新器件結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和應(yīng)用迫在眉睫設(shè)計(jì)技術(shù)是提高速度的有效方法，空間還很大新型材料是增強(qiáng)速度的根本手段，潛力無限實(shí)現(xiàn)基于材料和器件的設(shè)計(jì)技術(shù)基于設(shè)計(jì)的器件和材料技術(shù)科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)高度融合和互動(dòng)微電子技術(shù)的明天依然燦爛!

33

在一片電路板上鑲嵌33個(gè)小的LED燈泡，再折疊成燈泡的形狀，與傳統(tǒng)燈泡只有一個(gè)光點(diǎn)不同，這種燈泡擁有360度的折射線，有著很高的亮度。

100瓦的亮度，節(jié)能燈用24瓦電，該燈泡只用12瓦。點(diǎn)石成金李嘉誠(chéng)投資創(chuàng)新型環(huán)保初創(chuàng)企業(yè)

聯(lián)合早報(bào)2014年04月19日

341.1緒論351.1.1什么是半導(dǎo)體材料？定義一：依據(jù)材料導(dǎo)電能力的高低來區(qū)分導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體，把電阻率介于金屬和絕緣體之間的材料定義為半導(dǎo)體。導(dǎo)體：電阻率小于10－4

cm；絕緣體：電阻率大于1010

cm；半導(dǎo)體：電阻率介于于10－4

cm到1010

cm36能帶理論導(dǎo)體導(dǎo)體導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體

Eg

Eg

Eg37導(dǎo)體三種能帶情況1、能帶與能帶之間有帶隙存在，但是在任何溫度下，價(jià)電子都是占滿能帶的一部分，在這個(gè)能帶中還有一部分狀態(tài)是空的；2、一個(gè)能帶完全被電子占滿，但和下一個(gè)空能帶之間恰好能量連續(xù)沒有能量間隔；3、一個(gè)能帶完全被電子占滿，和另外一個(gè)空能帶重合；

對(duì)于這3中情況從能級(jí)圖上來看，是因?yàn)槠涔灿谢娮雍芤讖牡湍芗?jí)躍遷到高能級(jí)上去。在外電場(chǎng)的作用下，大量共有化電子很易獲得能量，形成電流。38絕緣體

能帶之間的禁帶寬度非常大，或雜質(zhì)的電離能較高，通常情況下電阻率很高。某些晶體由外層軌道分裂而成的能帶是被電子填滿的滿帶，自然不能導(dǎo)電。理想的絕緣材料：在其熔點(diǎn)以下的任何溫度，只要外加電壓小于其擊穿電壓，就沒有可察覺的電流通過。39半導(dǎo)體

兩個(gè)被禁帶隔開的能帶，各可容納4N個(gè)電子。絕對(duì)零度時(shí)，所有的共價(jià)電子正好填滿能量較低的一個(gè)能帶，稱此能帶為價(jià)帶；而能量較高的能帶在絕對(duì)零度時(shí)完全空著，但在非零溫度下會(huì)有少許電子，其定向運(yùn)動(dòng)能有效傳遞電流，因而稱此能帶為導(dǎo)帶。在非零溫度下，半導(dǎo)體的價(jià)帶頂部附近有少量電子被激發(fā)到導(dǎo)帶底部。同時(shí)，價(jià)帶因缺失了這些電子出現(xiàn)少許空狀態(tài)，即產(chǎn)生了可以導(dǎo)電的荷正電的載流子空穴。40金屬、半導(dǎo)體與絕緣體之間的界限并不絕對(duì)半導(dǎo)體材料是一種電阻率易變，且變化范圍很寬的材料，具有電阻率的結(jié)構(gòu)和組分敏感性。

1、某些結(jié)構(gòu)完整且不包含雜質(zhì)，或雜質(zhì)濃度極低的高純結(jié)晶態(tài)半導(dǎo)體，以及大多數(shù)未摻雜的非晶態(tài)半導(dǎo)體，室溫下也會(huì)具有跟絕緣體不相上下的高電阻率；

2、當(dāng)它們含有足夠高濃度的某些特殊雜質(zhì)時(shí)，其電阻率又會(huì)下降到金屬的電阻率范疇，甚至比某些導(dǎo)電性欠佳的金屬電阻率還低。

金剛石等寬禁帶材料，不含雜質(zhì)的高純狀態(tài)呈高阻如絕緣體，在有效雜質(zhì)濃度足夠高時(shí)又呈低阻如良導(dǎo)體。41半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力還與某些外部條件有關(guān)。相對(duì)金屬和絕緣體，半導(dǎo)體的電阻率對(duì)光照、磁場(chǎng)和電場(chǎng)等外部條件的敏感性要強(qiáng)得多。

金屬的電阻率隨著溫度的升高而升高，而半導(dǎo)體的電阻率基本上隨著溫度的升高而下降。只在有效雜質(zhì)濃度較高時(shí)的某一段溫度區(qū)為正數(shù)。在接近絕對(duì)零度的極低溫下，金屬電阻率普遍會(huì)極度下降，有許多金屬還會(huì)成為電阻率無窮小的超導(dǎo)體；而半導(dǎo)體的電阻率則一般會(huì)極度增大，達(dá)到絕緣體的水平。

42半導(dǎo)體材料定義二

在絕對(duì)零度無任何導(dǎo)電能力；但其導(dǎo)電性隨溫度升高呈總體上升趨勢(shì)，且對(duì)光照等外部條件和材料的純度與結(jié)構(gòu)完整性等內(nèi)部條件十分敏感。431.1.2半導(dǎo)體材料的分類一、按組分、結(jié)構(gòu)分類無機(jī)半導(dǎo)體有機(jī)半導(dǎo)體oled結(jié)晶形半導(dǎo)體無定形半導(dǎo)體元素半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體元素半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體44二、按照半導(dǎo)體形態(tài)分類塊狀薄膜精細(xì)結(jié)構(gòu)（納米結(jié)構(gòu)，超晶格結(jié)構(gòu)）45三、按照禁帶寬度分類窄帶隙半導(dǎo)體材料：Si，Ge寬帶隙半導(dǎo)體材料：GaN，ZnO，SiC，AlN46四、按照特性和功能分類微電子材料：集成電路、器件光電子材料：激光器，探測(cè)器等熱電材料：半導(dǎo)體制冷器微波材料：微波高頻器件敏感材料：壓敏、溫敏、濕敏、氣敏傳感器47元素半導(dǎo)體

大約十幾種，處于元素周期表中ⅢA—ⅦA族的金屬與非金屬的交界處，有人稱為半導(dǎo)體、半金屬范圍。

Ge、Si、Se、α-Sn、C、B、P、As、S、Sb、Te、I等

48無機(jī)化合物半導(dǎo)體據(jù)統(tǒng)計(jì)可能有四千多種，已發(fā)現(xiàn)的約有一千多種，二千多種是預(yù)見性的。III-V族化合物半導(dǎo)體II-VI族化合物半導(dǎo)體IV-IV族化合物半導(dǎo)體IV-VI族化合物半導(dǎo)體V-VI族化合物半導(dǎo)體49主要半導(dǎo)體材料及其分類

無機(jī)材料

有機(jī)材料

晶體非晶態(tài)精細(xì)結(jié)構(gòu)材料

元素半導(dǎo)體化合物及其固溶體III-VII-VIIV-IVIV-VIV-VI氧化物多元系金剛石GeSi

-SnSe…GaAsGaPGaSbGaNInAsInPInSbInNAlN…GaAsPInGaAsAlGaInN…CdSCdSeCdTeZnSZnSeZnTeHgSHgSeHgTe…TeCdHgZnSeTe…SiCSiGePbSPbSePbTeSnSSnSeSnTeGeSGeSeGeTePbSnTe…Bi2S3Bi2Se3Bi2Te3…Cu2OZnONiOTiO2SnO2V2O5Cr2O3In2O3Fe2O3WO3EuO…CuFeS2（黃銅礦）CdCr2S4（尖晶石）Cu2FeSnS4（黃錫礦）a-Si:Ha-SiGe:Ha-SiC:H…GexTe1-xGexSe1-xGexS1-x…多孔硅納米硅…超晶格聚合物C60…芳香族萘蒽…絡(luò)合物501.1.3半導(dǎo)體材料的特性和特性參數(shù)1、半導(dǎo)體材料的重要性質(zhì)電阻率特性：在雜質(zhì)、光、電、磁等因素的作用下，可產(chǎn)生大范圍波動(dòng)，從而電學(xué)性能可被調(diào)控。導(dǎo)電特性：半導(dǎo)體中電子和空穴共同參與導(dǎo)電。負(fù)的電阻率溫度系數(shù)：溫度升高，電阻率下降，變化趨勢(shì)與金屬截然不同的材料。絕對(duì)零度，電阻率極度增大。光電導(dǎo)效應(yīng)：適當(dāng)波長(zhǎng)的光照可以改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。光生伏特效應(yīng)：太陽(yáng)能電池。整流效應(yīng)：PN結(jié)單向?qū)щ??；魻栃?yīng)：磁敏元件、電流傳感器、材料測(cè)試。512、物理特性參數(shù)（1）半導(dǎo)體材料的晶體結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)一般指構(gòu)成半導(dǎo)體單晶材料的原子在空間的排列形式。固態(tài)晶體具有多種結(jié)晶形態(tài)，分屬7大晶系14種類型。結(jié)晶半導(dǎo)體大多數(shù)屬于立方晶系和六角晶系，且都是四面體結(jié)構(gòu)，只有少數(shù)半導(dǎo)體具有其他結(jié)構(gòu)。

52（2）結(jié)晶狀態(tài)除了單晶的結(jié)晶形態(tài)以外，還有另外的形態(tài)，如非晶，微晶態(tài)。

舉例：?jiǎn)尉Ч?，非晶硅，微晶硅，納米硅。同一種材料結(jié)晶形態(tài)不同，其性質(zhì)和應(yīng)用上都有很大差別。53（3）晶格常數(shù)在制作異質(zhì)結(jié)和超晶格材料的時(shí)候，要求晶格常數(shù)必須匹配（4）熔點(diǎn)和沸點(diǎn)（5）硬度（6）熱導(dǎo)率543、電學(xué)特性參數(shù)

基本電學(xué)特性參數(shù)：對(duì)于一種選定的半導(dǎo)體材料而言，在器件制造和應(yīng)用的過程中基本不會(huì)發(fā)生變化。對(duì)于不同的半導(dǎo)體材料這些參數(shù)存在較大差異，

禁帶寬度：安全工作溫度和抗輻射能力臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度：工作電壓，最大功率傳輸能力介電常數(shù)：與器件的阻抗有關(guān)載流子的飽和漂移速度：頻率特性，飽和時(shí)得最大頻率。根據(jù)器件特性的需要進(jìn)行材料選擇時(shí)重點(diǎn)考慮的因素！55非基本電學(xué)特性參數(shù)載流子的密度，少子壽命，載流子的遷移率1、特點(diǎn)是容易變化，而且變化的范圍很大，對(duì)同一種半導(dǎo)體材料而言也沒有確定的大小，而且這三個(gè)參數(shù)不僅會(huì)隨著材料制備情況的不同發(fā)生變化，而且在制造器件的過程中乃至器件使用的過程中都會(huì)發(fā)生很大變化。2、對(duì)于一種選定的材料，這些參數(shù)的控制，是決定器件工作特性的關(guān)鍵。

56遷移率是載流子在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)快慢的量度，是限制器件工作頻率的一個(gè)重要因素；載流子的密度和遷移率共同決定了材料的電阻率。

電阻率的大小關(guān)系到器件的耐壓情況和電流的容量問題，電阻率小耐壓低，電流大，反之電阻率大耐壓高，電流??；少子壽命與器件的開關(guān)特性以及光生電流和光生電動(dòng)勢(shì)有密切關(guān)系。574其他性質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性（耐腐蝕，耐高溫等）材料的均勻性和尺寸581.1.4半導(dǎo)體材料的應(yīng)用制造種類繁多、豐富多彩的半導(dǎo)體器件、集成電路：二極管、三極管、集成電路、激光器、探測(cè)器、傳感器、太陽(yáng)電池等。無處不在，無時(shí)不在以半導(dǎo)體技術(shù)為基礎(chǔ)的電子信息產(chǎn)業(yè)將成為世界第一大產(chǎn)業(yè)。591.1.5器件及集成電路對(duì)材料的要求1、對(duì)原材料或雜質(zhì)摻入量要求

要求原材料很純，并人為精確控制雜質(zhì)的摻入量。

舉例：硅中摻入6X1015cm-3的雜質(zhì)，其電阻率從2.15X105Ω·cm降到1Ω·cm，降低20萬倍。

高純硅要求九個(gè)“9”至十個(gè)“9”，一般要求至少六個(gè)“9”至七個(gè)“9”60材料的純度：表征半導(dǎo)體中雜質(zhì)含量的多少，通常的表示方法有兩種：ppmpartpermillion（百萬分之一）99.9999％6個(gè)9ppbpartperbillion（十億分之一）9個(gè)961嚴(yán)格控制中金屬雜質(zhì)，如銅Cu、鐵Fe、金Au等快擴(kuò)散、深能級(jí)雜質(zhì)，以免形成復(fù)合中心，導(dǎo)致少子壽命降低和電阻率變化，影響器件性能?？刂蒲?、碳含量。易產(chǎn)生熱施主能級(jí)，使材料電阻率變化，甚至改變導(dǎo)電類型。622、對(duì)單晶材料完整性方面的要求主要要求：晶向、位錯(cuò)和微缺陷。單晶材料不一定越完美越好：位錯(cuò)可以吸收晶體中的空位、間隙原子和有害雜質(zhì)。一般要求位錯(cuò)密度小于1000cm-2硅結(jié)型器件采用<111>晶向，而表面器件如MOSFET等采用<100>晶向。633、對(duì)單晶材料均勻性和大尺寸方面的要求要求材料缺陷和電參數(shù)的均勻性越來越高。為提高生產(chǎn)率，要求襯底的尺寸和面積愈來愈大。64晶片面積利用率1、R越大，利用率越高2、縮小芯片面積可降低生產(chǎn)成本直徑從200mm增大到300mm,成本下降了30－40％65晶片有效利用面積晶片直徑越大，有效利用面積的百分比越大晶片直徑與有效利用面積之間的關(guān)系（邊緣5mm區(qū)域?yàn)闊o效區(qū)域）661.1.6半導(dǎo)體材料的發(fā)展簡(jiǎn)史

（兼半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史）半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展時(shí)間非常短，發(fā)展速度也是非常迅速。從半導(dǎo)體基本物性的發(fā)現(xiàn)算起，至今也只有200年左右的歷史；從半導(dǎo)體技術(shù)的最初應(yīng)用算起則不到100年；而半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的形成則更是近在眼前的事情，不過60年多一點(diǎn)。67首次報(bào)道半導(dǎo)體伏特A.Volta(1745~1827)，意大利物理學(xué)家國(guó)際單位制中,電壓的單位伏即為紀(jì)念他而命名。1800年，他發(fā)明了世界上第一個(gè)伏特電池，這是最早的直流電源。從此，人類對(duì)電的研究從靜電發(fā)展到流動(dòng)電，開拓了電學(xué)的研究領(lǐng)域。他利用靜電計(jì)對(duì)不同材料接地放電，區(qū)分了金屬，絕緣體和導(dǎo)電性能介于它們之間的“半導(dǎo)體”。他在給倫敦皇家學(xué)會(huì)的一篇論文中首先使用了“Semiconductor”（半導(dǎo)體）一詞。68負(fù)電阻溫度系數(shù)法拉第M.Faraday(1791~1867)，英國(guó)物理學(xué)家、化學(xué)家，現(xiàn)代電工科學(xué)的奠基者之一。電容的單位法（拉）即為紀(jì)念他而命名。法拉第發(fā)明了第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，另外法拉第的電磁感應(yīng)定律是他的一項(xiàng)最偉大的貢獻(xiàn)。1833年，法拉第就開始研究Ag2S半導(dǎo)體材料，發(fā)現(xiàn)了負(fù)的電阻溫度系數(shù)，即隨著溫度的升高，電阻值下降。69光電導(dǎo)效應(yīng)1873年，英國(guó)史密斯W.R.Smith用光照在硒的表面，發(fā)現(xiàn)了硒的光電導(dǎo)效應(yīng)，它開創(chuàng)了半導(dǎo)體研究和開發(fā)的先河。光電導(dǎo)探測(cè)器在軍事和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域有廣泛用途。70整流效應(yīng)布勞恩K.F.Braun(1850~1918)，德國(guó)物理學(xué)家。布勞恩與馬可尼共同獲得1909年度諾貝爾獎(jiǎng)金物理學(xué)獎(jiǎng)。1874年，他觀察到某些硫化物（硫化鉛PbS和硫化亞鐵FeS2

）的電導(dǎo)與所加電場(chǎng)的方向有關(guān)，在它兩端加一個(gè)正向電壓，它是導(dǎo)通的；如果把電壓極性反過來，它就不導(dǎo)通，這就是半導(dǎo)體的整流效應(yīng)。71光生伏特效應(yīng)1876年，英國(guó)物理學(xué)家亞當(dāng)斯(W.G.Adams)發(fā)現(xiàn)晶體硒和金屬接觸在光照射下產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)，這就是半導(dǎo)體光生伏特效應(yīng)。光生伏特效應(yīng)最重要的應(yīng)用就是把太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能，稱為太陽(yáng)能電池。1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室制成了世界上第一個(gè)實(shí)用的太陽(yáng)能電池，效率為4%。72霍爾效應(yīng)1879年，霍爾(E.H.Hall)在研究通有電流的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力，發(fā)現(xiàn)在垂直于磁場(chǎng)和電流的方向上產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電磁效應(yīng)稱為“霍爾效應(yīng)”?！盎魻栃?yīng)”就是為紀(jì)念霍爾而命名的。利用“霍爾效應(yīng)”可以測(cè)量半導(dǎo)體材料的載流子濃度、遷移率、電阻率、霍爾系數(shù)等重要參數(shù)。73電致發(fā)光特性英國(guó)電子工程師朗德（H.J.Round）1907年在馬可尼（Marconi）公司工作期間發(fā)現(xiàn)在碳化硅（SiC）晶體的兩點(diǎn)間加上電壓時(shí)有黃光發(fā)出，揭示了半導(dǎo)體的電致發(fā)光特性。74半導(dǎo)體材料的開發(fā)應(yīng)用

1904年，美國(guó)電氣工程師鮑斯（J.C.Bose）獲得使用硅（Si）和PbS制造點(diǎn)接觸整流器的專利權(quán)；1906年，美國(guó)電氣工程師皮卡德（G.W.Pickard）獲得點(diǎn)接觸晶體檢波器的專利權(quán)，這種器件是晶體檢波接收機(jī)（即礦石收音機(jī)）的關(guān)鍵部件；1920年，Se整流器投入應(yīng)用；1926年，氧化亞銅（Cu2O）點(diǎn)接觸整流二極管問世，并在二戰(zhàn)中應(yīng)用于雷達(dá)檢波。

75半導(dǎo)體發(fā)展的限制在1880年就發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體材料的五大特性：

整流效應(yīng)、光電導(dǎo)效應(yīng)、負(fù)電阻溫度效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)和霍爾效應(yīng)。

但半導(dǎo)體科學(xué)卻沒有取得迅猛的發(fā)展，主要原因在于：半導(dǎo)體材料的不純。半導(dǎo)體物理理論的不完善。性能優(yōu)越而穩(wěn)定的真空電子管問世。76半導(dǎo)體理論的發(fā)展愛因斯坦的光子量子說：1905年，愛因斯坦發(fā)展了普朗克的量子說，提出光在空間的傳播也像粒子一樣，稱為光子或者光量子。1913年，玻爾在盧瑟福有核原子模型的基礎(chǔ)上建立起原子的量子理論。77能帶理論1928年普朗克在應(yīng)用量子力學(xué)研究金屬導(dǎo)電問題中，提出固體能帶理論的基本思想能帶論。1931年，威爾遜在能帶理論的基礎(chǔ)上，提出半導(dǎo)體的物理模型。用能帶理論解釋導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的行為特征，其中包括半導(dǎo)體電阻的負(fù)溫度系數(shù)和光電導(dǎo)現(xiàn)象。78半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理。1932年，威爾遜提出了雜質(zhì)（及缺陷）能級(jí)的概念，這是認(rèn)識(shí)摻雜半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理的重大突破。擴(kuò)散理論。

1939年，莫特（N.F.Mott）和肖克萊（W.Schottky）各自獨(dú)立地提出可以解釋阻擋層整流的擴(kuò)散理論。能帶論、導(dǎo)電機(jī)理模型和擴(kuò)散理論這三個(gè)相互關(guān)聯(lián)逐步發(fā)展起來的半導(dǎo)體理論模型，便大體上構(gòu)成了確立晶體管這一技術(shù)發(fā)明目標(biāo)的理論背景。79半導(dǎo)體材料工藝半導(dǎo)體材料工藝可概括為提純、單晶制備和雜質(zhì)控制。化學(xué)提純。把元素先變成化合物進(jìn)行提純，再將提純后的化合物還原成元素；電解、絡(luò)合、萃取、精餾等，使用最多的是精餾。物理提純。不改變材料的化學(xué)組成進(jìn)行提純。真空蒸發(fā)、區(qū)域精制、拉晶提純等，使用最多的是區(qū)域精制。80半導(dǎo)體體單晶生長(zhǎng)技術(shù)1950年，蒂爾（G.K.Teal）用直拉法制備出了Ge單晶。1952年W.Pfann(普凡)發(fā)明區(qū)熔法單晶生長(zhǎng)技術(shù)。K.Teal直拉法硅單晶。1955年，SIMENS在硅芯發(fā)熱體上用氫還原三氯化硅法制得高純硅。1958年Dash發(fā)明無位錯(cuò)單晶生長(zhǎng)方法。體單晶基本上是由熔體生長(zhǎng)法制成。六十年代初，外延生長(zhǎng)鍺、硅薄膜工藝，與硅的其它顯微加工技術(shù)相結(jié)合，形成了硅平面器件工藝。81晶體管的發(fā)明理論背景：能帶論、導(dǎo)電機(jī)理模型和擴(kuò)散理論這三個(gè)相互關(guān)聯(lián)逐步發(fā)展起來的半導(dǎo)體理論模型，便大體上構(gòu)成了確立晶體管這一技術(shù)發(fā)明目標(biāo)的理論背景。材料背景：半導(dǎo)體材料工藝的進(jìn)一步完善，制備出了高純度的半導(dǎo)體材料，為晶體管提高了高純的半導(dǎo)體材料.國(guó)防軍工需要：二戰(zhàn)期間，要更高頻率的雷達(dá)，開始想到了極間電容小，體積小，耗電省，耐震動(dòng)的半導(dǎo)體固態(tài)器件。電子管：脆、易碎、體積龐大、不可靠、耗電量大、效率低、運(yùn)作時(shí)釋出大量熱能。82第一個(gè)晶體管肖克萊（W.Shockley）、布拉頓（W.H.Brattain）和巴?。↗.Bardeen）在bell實(shí)驗(yàn)室于1947年12月制作了第一個(gè)點(diǎn)接觸晶體管，晶體管的問世，是固體電子學(xué)的一個(gè)里程碑，標(biāo)志著一個(gè)新時(shí)代的開始。因?yàn)檫@種晶體管的結(jié)構(gòu)，只是金屬與半導(dǎo)體晶片的某一“點(diǎn)”接觸，故稱之為“點(diǎn)接觸晶體管”。這種晶體管存在著不穩(wěn)定、噪聲大、頻率低、放大率小、制作困難等缺點(diǎn)。83晶體管發(fā)明人肖克萊（坐者）、布拉頓（右立者）和巴丁及其偉大發(fā)明的原始裝置84第一個(gè)結(jié)型晶體管肖克萊提出另一個(gè)新設(shè)想：在半導(dǎo)體的兩個(gè)P區(qū)中間夾一個(gè)N區(qū)的結(jié)構(gòu)就可以實(shí)現(xiàn)晶體管放大作用。

1950年，第一個(gè)“結(jié)型晶體管”試制成功。于1952年開始商業(yè)應(yīng)用。這種晶體管是利用電子和空穴的作用原理制成，它是現(xiàn)代晶體管的雛型。它克服了“點(diǎn)接觸晶體管”的不穩(wěn)定性，而且噪聲低、功率大。1956年，肖克萊和巴丁、布拉頓一起獲得了諾貝爾物理獎(jiǎng)。85集成電路的出現(xiàn)1950年，R.Ohl和肖特萊發(fā)明了離子注入工藝；1956年，S.Fuller發(fā)明了擴(kuò)散工藝；1960年，H.Loor和E.Castellani發(fā)明了光刻工藝；1958年，德州儀器的基爾比發(fā)明了第一塊用Ge材料制成的集成電路。這是半導(dǎo)體發(fā)展中的一次飛躍。1959年，費(fèi)爾柴爾德半導(dǎo)體公司（仙童半導(dǎo)體公司）的諾伊斯（R.Noyce，Intel創(chuàng)始人、首任CEO）發(fā)明了第一塊用硅材料制成的集成電路。1961年批量生產(chǎn)只有8個(gè)元器件的第一個(gè)集成電路。

86第一塊集成電路1958年，第一塊集成電路：12個(gè)器件，Ge晶片TI公司Kilby，2000年獲Nobel獎(jiǎng)87

世界上第一個(gè)批量生產(chǎn)的集成電路。該電路由8個(gè)元器件組成，費(fèi)爾柴爾德半導(dǎo)體公司出品881952年，發(fā)現(xiàn)Ⅲ—Ⅴ族化合物具有半導(dǎo)體性質(zhì)。50年代末，水平布里奇曼法等生長(zhǎng)GaAs、InP單晶。65年，氧化硼液封直拉法，在壓力室中制取GaAs單晶，1959年制備的硅單晶直徑為25mm1963年，LPE方法生長(zhǎng)GaAs外延層，半導(dǎo)體激光器。其后，VPE生長(zhǎng)Ⅲ—Ⅴ族化合物，外延生長(zhǎng)技術(shù)應(yīng)用到器件制作中去。1966年制備的硅單晶直徑為40mm1968年制備的硅單晶直徑為50mm1970年制備的硅單晶直徑為100mm

1979年制備的硅單晶直徑為150mm

70年代后期即進(jìn)入了超大規(guī)模集成（VLSI）電路時(shí)代。1986年制備的硅單晶直徑為200mm，同時(shí)16MDRAM問世，集成規(guī)模則已超過3000萬個(gè)元件，線條寬度縮小到亞微米。89

1991年推出的64MDRAM集成了1.4億元件。1995年研制成功的1GDRAM的集成元件數(shù)則高達(dá)10億。同時(shí)Intel公司采用0.6μm工藝，推出奔騰CPU芯片，主頻150~200MHz。1996年制備的硅單晶直徑為300mm1998年開始研制直徑為400mm的硅單晶2000年后開始研制直徑為450mm的硅單晶2001年Intel公司采用0.13μm工藝，推出奔騰4CPU芯片，主頻1GHz。2004年Intel公司采用90nm工藝，推出主頻3.4GHz的奔騰4CPU芯片。902000年1992年1987年1981年1975年1965年50mm100mm125mm150mm200mm300mm450mm2吋4吋5吋6吋 8吋 12吋18吋2008年硅片尺寸（WaferSize）的發(fā)展1874年F.Braun金屬－半導(dǎo)體接觸氧化銅、硒整流器、曝光計(jì)1879年Hall效應(yīng)K.Beadeker半導(dǎo)體中有兩種不同類型的電荷1948年

Shockley，Bardeen,Brattain鍺晶體管(transistor)點(diǎn)接觸式的硅檢波器1940187019301950萌芽期硅晶體管1955年德國(guó)西門子氫還原三氯硅烷法制得高純硅1950年G.K.Teel直拉法較大的鍺單晶1952年G.K.Teel直拉法第一根硅單晶1957年第一顆砷化鎵單晶誕生19601950進(jìn)入成長(zhǎng)期1952年H.Welker發(fā)現(xiàn)Ⅲ-Ⅴ族化合物1958年W.C.Dash無位錯(cuò)硅單晶1963年用液相外延法生長(zhǎng)砷化鎵外延層，半導(dǎo)體激光器1963年砷化鎵微波振蕩效應(yīng)19701960硅外延技術(shù)

1965年J.B.Mullin發(fā)明氧化硼液封直拉法砷化鎵單晶Andthen?成熟期分子束外延MBE金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積MOCVD半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料雜質(zhì)工程能帶工程電學(xué)特性和光學(xué)特性可裁剪95半導(dǎo)體未來發(fā)展趨勢(shì)96中國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展1956年北京有色金屬研究總院開始進(jìn)行鍺材料研究，1957年開始硅材料研究。1959年制得直徑30mm的多晶棒。1961年北京有色金屬研究總院研制出第一根區(qū)熔單晶硅。1962年成功研制出砷化鎵單晶。1972年第一塊PMOS型LSI問世。1982年實(shí)施集成電路發(fā)展的‘531’工程，即推廣IC工藝5μm技術(shù)，開發(fā)3μm技術(shù)，攻關(guān)1μm技術(shù)。971990年，無錫華晶實(shí)施‘908’工程，晶圓尺寸為6英寸，線寬0.9μm。1992年，直徑6英寸直拉硅單晶研制成功。1995年，直徑8英寸直拉硅單晶研制成功1997年，直徑12英寸直拉硅單晶研制成功。同時(shí)在上海實(shí)施‘909’工程，晶圓尺寸為8英寸，線寬0.35μm。2007年11月，直徑18英寸直拉硅單晶研制成功981.1.7本門課程的內(nèi)容、考核等主要內(nèi)容鍺、硅及常規(guī)化合物半導(dǎo)體材料的性質(zhì)半導(dǎo)體新材料簡(jiǎn)介和最新發(fā)展動(dòng)態(tài)晶體生長(zhǎng)基本理論晶體生長(zhǎng)和制備技術(shù)雜質(zhì)工程和能帶工程現(xiàn)代材料測(cè)試技術(shù)99教材：陳治明編著，《半導(dǎo)體概論》，電子工業(yè)出版社，2008.1

參考書：1、鄭志杰鄭安生編著，《半導(dǎo)體材料》，化學(xué)工業(yè)出版社，2004.102、楊樹人等，《半導(dǎo)體材料》(第二版)，科學(xué)出版社，2004.33、周永溶編《半導(dǎo)體材料》，大連理工出版社。4、吳自勤王兵著《薄膜生長(zhǎng)》，科學(xué)出版社，2001.95、陳治明王建農(nóng)著，《半導(dǎo)體器件的材料物理學(xué)基礎(chǔ)》，科學(xué)出版社，2002.4100地殼中各元素的含量101102主要半導(dǎo)體材料及其分類

無機(jī)材料

有機(jī)材料

晶體非晶態(tài)精細(xì)結(jié)構(gòu)材料

元素半導(dǎo)體化合物及其固溶體III-VII-VIIV-IVIV-VIV-VI氧化物多元系金剛石GeSi

-SnSe…GaAsGaPGaSbGaNInAsInPInSbInNAlN…GaAsPInGaAsAlGaInN…CdSCdSeCdTeZnSZnSeZnTeHgSHgSeHgTe…TeCdHgZnSeTe…SiCSiGePbSPbSePbTeSnSSnSeSnTeGeSGeSeGeTePbSnTe…Bi2S3Bi2Se3Bi2Te3…Cu2OZnONiOTiO2SnO2V2O5Cr2O3In2O3Fe2O3WO3EuO…CuFeS2（黃銅礦）CdCr2S4（尖晶石）Cu2FeSnS4（黃錫礦）a-Si:Ha-SiGe:Ha-SiC:H…GexTe1-xGexSe1-xGexS1-x…多孔硅納米硅…超晶格聚合物C60…芳香族萘蒽…絡(luò)合物1031.2半導(dǎo)體材料簡(jiǎn)介1.2.1元素半導(dǎo)體材料104部分元素半導(dǎo)體周期ⅡⅢⅣⅤⅥ2硼B(yǎng)碳C3硅Si磷P硫S4鍺Ge砷As硒Se5錫Sn銻Sb碲Te105（1）硒（Se）最早獲得實(shí)際應(yīng)用的半導(dǎo)體材料-硒有六個(gè)穩(wěn)定的同位素：Se74(0.89%)、Se76(9.36%)、Se77(7.63%)、Se78(23.77%)、Se80(49.61%)、Se82(8.74%)地殼中質(zhì)量比：5X10-6%（稀有）熔點(diǎn)：217℃。沸點(diǎn)：684.9℃。

結(jié)構(gòu)特征非晶態(tài)Se－Eg＝1.7eV；復(fù)印鼓晶體Se

-Se（紅硒）單斜晶系，Eg＝

2.1eV

-Se（灰硒）三角晶系,Eg＝

1.8eV

106107應(yīng)用：硒的禁帶較寬－硒整流器優(yōu)點(diǎn)：耐高溫、特性穩(wěn)定，過載能力強(qiáng)等復(fù)印鼓－硒鼓光敏元件：光電池、攝象靶等非晶硒－平板X光探測(cè)器1081)金剛石薄膜

每個(gè)碳原子與相鄰的4個(gè)碳原子相連并組成一個(gè)四的面體。金剛石晶體中，碳原子半徑小（0.077nm），因而其單位體積鍵能很大，使它的硬度高于任何其它材料。小的原子量和強(qiáng)有力的鍵合使金剛石有很高的熱導(dǎo)率。金剛石的英文名稱“diamond”來自希臘文意為“無敵”。

純凈的金剛石化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸、堿腐蝕，高溫下也不與濃氫氟酸、硝酸等反應(yīng)。可在碳酸鈉、硝酸鈉、硝酸鉀的熔體中被腐蝕。

（2）具有半導(dǎo)體特征的結(jié)晶碳109110111優(yōu)點(diǎn)：寬禁帶、高熱導(dǎo)率、高臨界擊穿電場(chǎng)、高電子飽和速度以及低介電常數(shù)

基本特性：屬間接禁帶型電阻率a純凈金剛石電阻率高bCVD－原位摻硼制備p型。r=10－2

cmcn型摻雜目前還有很多困難

112III.離子注入引起晶格損傷：sp3sp2，生成石墨疇結(jié)果－電阻率降低。降阻機(jī)理？載流子在石墨疇之間的跳躍式導(dǎo)電！IV.光學(xué)性質(zhì)光折射率高（n=2.42）吸收系數(shù)低－璀璨無比。可見光區(qū)、大部分紅外區(qū)和紫外區(qū)是透明的V.熱導(dǎo)率高VI.熱穩(wěn)定性也很好VII.優(yōu)良的聲音傳感器的理想材料113單晶金剛石的合成自然界中的金剛石：地球深處（100-300km）遇高溫（900－1800℃）、高壓（4.5－7GPa）條件下經(jīng)億萬年結(jié)晶而成。金剛石的常壓熔點(diǎn)高達(dá)3550℃，缺乏合適的材料制作容器，故無法采用熔體生長(zhǎng)法或固體升華法合成。人工合成金剛石的方法：在（1500－2000℃，5－10GPa）高溫高壓條件下，通過石墨向金剛石的相變獲得金剛石。僅能生成尺寸10mm，品質(zhì)差、價(jià)格貴，用于首飾、切割工具、研磨劑。114金剛石薄膜制備金剛石膜主要用CVD法分解碳的氫化物來制備，包括熱絲CVD、微波等離子體CVD、噴射等離子體CVD、激光輔助CVD等。1152)C60結(jié)構(gòu)特征1）60個(gè)碳原子固定在32面體的所有頂角2）32面體可看成20面體的全部頂角截去－截角20面體。3）60個(gè)碳原子的化學(xué)環(huán)境相同，每個(gè)碳原子有三個(gè)最近鄰碳原子4）32面體包括：12個(gè)五元環(huán)和20個(gè)六元環(huán)。1165）六元環(huán)與六元環(huán)可共邊。公有C－C雙鍵，鍵長(zhǎng)＝1.393?，6）五元環(huán)之間沒有共享的C－C鍵，只能與六元環(huán)公有C－C單鍵。鍵長(zhǎng)＝1.455?，7）C60中兩種C-C鍵（雙，單）富勒烯碳籠分子家族中的其他成員：C70、C72、C76、C84等。117原子的結(jié)合方式－介于金剛石與石墨結(jié)構(gòu)之間金剛石：sp3雜化軌道；4個(gè)共價(jià)單鍵，鍵長(zhǎng)1.54?石墨：sp2雜化軌道：3個(gè)共價(jià)單鍵，鍵長(zhǎng)1.42?。層間距長(zhǎng)達(dá)3.36?，一個(gè)p電子形成

鍵。

C60：a）軌道雜化介于sp3與sp2之間，每個(gè)碳原子近似以sp2雜化軌道與其最近鄰碳原子形成共價(jià)鍵結(jié)合，而另一個(gè)p電子則生成

鍵

b）60個(gè)

電子形成

電子體系c）C60分子間以范德瓦爾斯力結(jié)合

高溫－面心立方低溫－簡(jiǎn)立方118C60是理想的光電子材料a)直接躍遷型，禁帶較寬，Eg在1.7

2.3eVb)PL實(shí)驗(yàn)表明C60薄膜有一定強(qiáng)度的室溫光熒光；c)通過選擇摻雜改變其能帶結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步改善其發(fā)光特性。3)碳納米管（CNT）定義：一種長(zhǎng)約一到數(shù)微米、直徑數(shù)納米到數(shù)十納米的中空閉合管狀物圖2-7三種理想碳納米管示意圖，其螺旋矢量參數(shù)（n,m）從上至下順次為（10,10），（17,0）和（12,6）結(jié)構(gòu)模型119碳納米管的應(yīng)用因碳納米管PN結(jié)可制作，故可用來制造二極管、晶體管等電子器件；具有納米尺度曲率半徑的尖端，能在很低電壓下發(fā)射出大量電子，具有良好的場(chǎng)致發(fā)射性能，是場(chǎng)發(fā)射平板顯示器、氣體放電燈和熒光燈、X－射線管和微波發(fā)生器等器件的理想陰極材料；具有很高的比表面積（單位質(zhì)量物質(zhì)的表面積）和良好的導(dǎo)電性，是制造超級(jí)電容器的理想材料。

1202001

logicgate1998

CNT-FET2002Top-gated

CNTFETSelf-aligned

anddopedCNTFET

2004Fully-integratedCMOScircuit

2006碳納米管器件進(jìn)展19982001200220042006(IBM)121碳納米管器件的挑戰(zhàn)問題和挑戰(zhàn)：

在硅襯底上生長(zhǎng)納米碳管對(duì)納米碳管實(shí)現(xiàn)任意操控布局低的歐姆接觸電路集成技術(shù)

W200nm122石墨烯

改變世界的新材料新材料之王告別硅芯時(shí)代，迎接碳芯時(shí)代123應(yīng)用開發(fā)制造出紙片般薄的超輕型飛機(jī)材料、制造出超堅(jiān)韌的防彈衣，甚至能讓科學(xué)家夢(mèng)寐以求的2.3萬英里長(zhǎng)太空電梯成為現(xiàn)實(shí)。代替硅生產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)。成為下一代超高頻率晶體管的基礎(chǔ)材料而廣泛應(yīng)用于高性能集成電路和新型納米電子器件中，構(gòu)成的全碳電路。光子傳感器。太陽(yáng)能電池和液晶顯示屏。超級(jí)電容器。

1242010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予英國(guó)曼徹斯特大學(xué)兩位俄裔科學(xué)家安德烈海姆和康斯坦丁諾沃肖洛夫,以表彰他們!有關(guān)二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)。海姆現(xiàn)年51歲,而諾沃肖洛夫年僅36歲,是1973年以來最年輕的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。125石墨烯結(jié)構(gòu)

石墨烯(graphene)是一種從石墨材料中剝離出的單層碳原子面材料，是石墨的極限形式，是碳的二維結(jié)構(gòu)。厚度只有一個(gè)碳原子厚，0.335納米，把20萬片薄膜疊加到一起，也只有一根頭發(fā)絲那么厚。由六邊形網(wǎng)狀原子構(gòu)成,片層結(jié)構(gòu)，又名“單層石墨片”126石墨烯可以看作是構(gòu)成富勒烯、碳納米管和石墨等同素異形體的結(jié)構(gòu)單元卷曲包裹堆積127石墨烯的特性電學(xué)方面：導(dǎo)電性能優(yōu)異，電導(dǎo)率可與銅媲美。遷移率可達(dá)2X105

cm2

/(Vs),約為硅中電子遷移率的100倍；數(shù)量子霍爾效應(yīng).力學(xué)方面:石墨烯強(qiáng)度高,理想石墨烯的強(qiáng)度約為普通鋼的100倍，是金屬薄膜材料中最軟的一種，重量輕。光學(xué)方面：?jiǎn)螌邮┛晌?.3%的可見光和紅外光,且與波長(zhǎng)無關(guān)，高度透明特性。熱學(xué)方面：石墨烯的熱導(dǎo)率是室溫下銅的熱導(dǎo)率的10倍多。具有超高比表面積。優(yōu)異的吸附材料。128石墨烯制備方法機(jī)械剝離法剖開碳納米管法化學(xué)氣相沉積法還原氧化石墨法有機(jī)合成法加熱SiC法1291

機(jī)械剝離法（是人們最早制備石墨烯的方法。）步驟：利用機(jī)械力將石墨烯片層剝離出來的方法。利用透明膠帶在高定向熱解石墨表面進(jìn)行反復(fù)撕揭，最后將單層石墨烯在丙酮中分離出來。優(yōu)點(diǎn)：它讓人們觀察、認(rèn)識(shí)到了單層石墨烯的形貌，從而揭示了石墨烯的結(jié)構(gòu)是二維晶體缺點(diǎn)：生產(chǎn)成本高和產(chǎn)率低，不符合工業(yè)生產(chǎn)規(guī)?；囊?，因此沒有被廣泛使用130首先將多壁碳納米管均勻的分散在濃硫酸中，再加入一定量的氧化劑高錳酸鉀，緩慢的升溫直到高錳酸鉀反應(yīng)完全。當(dāng)高錳酸鉀的質(zhì)量為碳納米管質(zhì)量5倍時(shí)，碳納米管能完全切割成為石墨烯納米帶。(KosynkinDV,HigginbothamAL,SinitskiiA,etal.Longitudinalunzippingofcarbonnanotubestoformgraphenenanoribbons.Nature,2009,458,872–877.)2縱向切割碳管法即以碳納米管作為原材料來制備石墨烯優(yōu)點(diǎn)：通過這種方法，可以得到各向異性的帶狀石墨烯，這種產(chǎn)物與那些以石墨為原材料，制備出來的各向同性石墨烯片層是截然不同的。1313.石墨插層法缺點(diǎn)：得到的產(chǎn)物大多為多層結(jié)構(gòu)，不易得到單層石墨烯，且插層過程中可能會(huì)破環(huán)石墨的結(jié)構(gòu)，影響產(chǎn)物的性能。石墨步驟：以石墨為起始原料，引入外來分子（酸插層或堿金屬插層）插入到石墨的層片間，借助超聲或攪拌等作用力，在含有表面活性劑的溶液中，制備石墨烯的懸浮液1324.SiC熱解的外延生長(zhǎng)法步驟：首先將樣品進(jìn)行氧氣或氫氣刻蝕處理，然后在高真空下利用電子轟擊加熱除去處理后樣品的氧化物，用俄歇電子能譜確定表面的氧化物是否被完全移除，最后將樣品在1250~1450℃加熱10~20min，從而可獲得極薄的石墨層片結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：可得到單層和雙層石墨烯缺點(diǎn)：SiC晶體表面在高溫加熱過程中表面容易發(fā)生重構(gòu)，導(dǎo)致表面結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，難以獲得大面積、厚度均一的石墨烯；成本高1335.

化學(xué)氣相沉積法步驟：含碳反應(yīng)物質(zhì)在相當(dāng)高的溫度、氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，襯底通常為Ni、Ru等過渡金屬，進(jìn)而制得固體材料。優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)工藝十分完善缺點(diǎn)：制備出的石墨烯，形貌和性能受襯底的影響較大1346.

化學(xué)氧化-分散-還原法氧化石墨烯天然石墨粉石墨烯前體超聲石墨烯還原劑強(qiáng)氧化劑是目前應(yīng)用最廣泛的合成方法

經(jīng)典Hummer方法：使用濃硫酸、NaNO3及KMnO4

作氧化劑常用的還原劑有水合肼、

NaBH4、對(duì)苯二酚(不含水)、強(qiáng)堿超聲還原維生素C作為還原劑，并用氨基酸作為穩(wěn)定劑，得到了還原的石墨烯應(yīng)用于醫(yī)藥方面135136三星石墨烯強(qiáng)悍智能機(jī)即將上市

屏幕可彎曲不易碎

英國(guó)《每日郵報(bào)》

三星GalaxySkin手機(jī)非常柔韌，甚至可以“翻卷”。采用石墨烯屏幕的手機(jī)可以承受捶打,幾乎弄不碎.137石墨烯的應(yīng)用石墨烯傳感器pH傳感器氣體分子傳感器超導(dǎo)材料離子篩生物應(yīng)用生物分子檢測(cè)活細(xì)胞成像藥物載體儲(chǔ)氫材料納米電子器件電極材料138背柵石墨烯MOSFET

(IBM-MITGroup)139石墨烯MOSFET

(ColumbiaGroup)MeasuredModeledforR=0140

硅襯底上生長(zhǎng)高質(zhì)量的石墨烯材料適合于邏輯集成電路的材料帶隙低電阻的歐姆接觸電路集成工藝

石墨烯的困難和挑戰(zhàn)

141（3）灰錫（

-Sn）IV族錫（Sn）灰錫：金剛石結(jié)構(gòu)，立方晶系白錫：四方晶系,常見態(tài)，金屬

-Sn

-Sn

加熱13.2℃冷卻13.2℃應(yīng)用：窄帶隙約0.08ev(0.075-0.094)窄禁帶－制作遠(yuǎn)紅外探測(cè)器AlZn促進(jìn)轉(zhuǎn)變銻鉍阻止轉(zhuǎn)變142（4）鍺（Ge）地殼中鍺的含量只有大約百萬分之一，以分散狀態(tài)存在-稀有金屬鍺主要來源:雜散型礦物資源，從煤灰中提取。因而鍺富集和提純成本都很高鍺的m高（3900；1800）且在某些重?fù)角闆r下對(duì)紅外高度敏感（0.66），在高頻小功率晶體管以及中、遠(yuǎn)紅外探測(cè)器和遙測(cè)溫度計(jì)等方面維持著有限的應(yīng)用。工作在3～5微米和8～14微米波段的摻金鍺光電二極管和摻Hg鍺光電二極管。Ge的最新應(yīng)用－Si1-xGex143（5）硅（Si）應(yīng)用最廣的元素半導(dǎo)體

為什么？SiO2有什么作用？3有效地掩蔽大多數(shù)雜質(zhì)的擴(kuò)散，使器件的幾何圖形得到精確的控制。解決表面的鈍化問題，易使器件特性獲得良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性。穩(wěn)定的絕緣介質(zhì)，構(gòu)成的MOS系統(tǒng)硅仍然是IC最理想的材料為什么？純度最高完整性最理想大直徑IC產(chǎn)業(yè)對(duì)芯片材料的基本要求之一

144晶片面積利用率

討論R越大，h越高縮小芯片面積可降低生產(chǎn)成本直徑從200mm增大到300mm,成本下降了30－40％對(duì)材料的結(jié)構(gòu)缺陷、純度及其均勻性都提出了十分苛刻的要求。應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)制備方法的要求：直拉法

工藝比較簡(jiǎn)單，成本低，但氧、碳雜質(zhì)含量很高

區(qū)熔單晶硅

磁場(chǎng)拉晶（MCZ）難以制備1000V以上器件

電力半導(dǎo)體器件，功率集成電路

氧、碳含量較低但大直徑比較困難降低直拉晶的氧、碳含量，改善摻雜均勻性，易生長(zhǎng)大直徑單晶145硅的其它結(jié)晶類型與用途：多晶硅(poly-Si)：制造太陽(yáng)電池制造薄膜晶體管（TFT）重?fù)诫s代替鋁作為柵電極，提高了器件的增益和電路的集成度與工作頻率。a-Si：太陽(yáng)電池TFT，優(yōu)勢(shì)在成本多孔硅含有大量納米級(jí)微孔的薄膜或表層可見光器件用化學(xué)腐蝕或陽(yáng)極氧化等方法在硅片表面形成材料單電池電池組件區(qū)熔單晶硅24－2521－23直拉單晶硅22－2415－18澆鑄多晶硅18－2014－15EFG硅帶14－1511－13蹼形硅帶15－1714網(wǎng)線硅帶14－1512非晶硅薄膜12－137－8146讓Si及SiC發(fā)出各種顏色的光

日經(jīng)BP社報(bào)道

2013/04/18

東京大學(xué)納米光子研究中心大津元一教授讓Si和SiC實(shí)現(xiàn)高效率發(fā)光。這些半導(dǎo)體均具有間接遷移型能帶構(gòu)造。也就是說，導(dǎo)帶的電子向價(jià)帶遷移時(shí)，因?yàn)橐话銦o法實(shí)現(xiàn)動(dòng)量守恒，所以無法遷移。因此，業(yè)界一直認(rèn)為這些半導(dǎo)體“不適合用來制造發(fā)光元件”。1471.2.2無機(jī)化合物半導(dǎo)體148最主要兩類化合物關(guān)于IV族元素對(duì)稱的III、V族和II、VI族不具備這種對(duì)稱性的二元化合物半導(dǎo)體也離不開這幾種元素。在原子結(jié)合力方面，共價(jià)鍵為主，但含離子鍵離子鍵的比例則隨其組成元素在周期表中距離的拉開而增大化合物半導(dǎo)體物理性質(zhì)都與組成元素在周期表中的位置有關(guān)，并且有一定的規(guī)律。149（1）III-V族化合物IIIA族元素中的硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In）VA族元素中的氮(N)、磷(P)、砷(As)、銻(Sb)名稱平均序數(shù)Eg(eV)躍遷性質(zhì)介電常數(shù)熔點(diǎn)(℃)數(shù)據(jù)來源BN66.4間接7.12923[[i]]AlN10數(shù)據(jù)暫缺間接9.14BP106.0間接11.61250[[ii]]AlP142.45間接11.62000[[iii]]BAs191.85間接2027[[iv]]GaN193.2間接9.72500[12]GaP232.26間接11.11467[14]AlAs232.13間接10.91740[14]InN28數(shù)據(jù)暫缺間接15.3AlSb321.62間接14.41080[14]GaAs321.43直接13.181238[14]InP321.34直接12.351070[14]GaSb410.70直接15.69712[14]InAs410.356直接14.55943[14]InSb500.18直接17.72525[14]

（1）、砷化鎵（GaAs）特點(diǎn)：室溫禁帶寬度為1.43eV熱導(dǎo)率較低電子遷移率高半絕緣襯底直接躍遷型能帶抗輻照能力較強(qiáng)耐較高溫度？

不適合于制作電流密度較高的電力電子器件？高頻、高速、低功耗、低噪聲高電子遷移率晶體管和單片微波集成電路高效激光器高效太陽(yáng)電池150負(fù)微分遷移率效應(yīng)能帶結(jié)構(gòu)的三個(gè)特征：(1)存在導(dǎo)帶電子的子能谷；(2)子能谷與主能谷的能量差小于禁帶寬度而遠(yuǎn)大于kT；(3)電子在子能谷中的有效質(zhì)量大于在主能谷中的有效質(zhì)量，因而子能谷底的有效態(tài)密度較高，遷移率較低。？151全部導(dǎo)帶電子的平均漂移速度Gunn效應(yīng)耿氏二極管，其覆蓋頻段為1－100GHz材料生長(zhǎng)困難152（2）、磷化鎵（GaP）Eg=2.26eV間接躍遷型輻射復(fù)合中心O在GaP導(dǎo)帶底以下0.89eV處產(chǎn)生一條深施主能級(jí)ED,OZn在EV以上0.06eV處產(chǎn)生淺受主能級(jí)EA,Zn等電子陷阱,在導(dǎo)帶底以下0.3eV處產(chǎn)生電子陷阱能級(jí)ET,Zn-O

空穴的束縛能級(jí)Eh,O在價(jià)帶頂以上0.037eV

等電子陷阱ET,N位于導(dǎo)帶底以下0.008eV處空穴束縛能級(jí)Eh,N在價(jià)帶頂之上0.011eV

153III－N化合物Eg=3.4eV

藍(lán)光高擊穿電場(chǎng)特性SiC高頻率特性GaAsGaN－優(yōu)越的微波材料

康奈爾大學(xué)和加州大學(xué)的GaN功率器件研究小組同時(shí)研制出功率密度在10GHz頻率下達(dá)到或超過10W/mm的GaN晶體管。與之相比，普通硅管只能有效放大最高2-3GHz的信號(hào)；SiC微波器件如果在功率密度上達(dá)到這個(gè)水平，則其頻率一般不會(huì)高于3.5GHz；如果頻率能達(dá)到10GHz，則功率密度一般只能達(dá)到這個(gè)水平的一半；GaAs晶體管的頻率也可達(dá)到10GHz，但其功率密度在此頻率下比SiC微波器件還要低得多，不到1W/mm；使用SiGe可以達(dá)到更高的頻率，但跟GaAs一樣無法得到較高的功率密度。開發(fā)GaN器件的主要問題

非常昂貴的襯底！GaN襯底；SiC襯底、藍(lán)寶石襯底154AlN－熱導(dǎo)率高，電阻率近于絕緣體應(yīng)用：大功率器件及其模塊和超大規(guī)模集成電路的封裝基板。BN－閃鋅礦結(jié)構(gòu)，性質(zhì)類似于金剛石薄膜，容易實(shí)現(xiàn)n和p型摻雜；熱脹系數(shù)接近于硅和砷化鎵應(yīng)用：理想的高溫電子材料。理想的VLSI及功率器件的傳熱材料。BN體單晶的制備雖然很難，但閃鋅礦結(jié)構(gòu)的BN結(jié)晶薄膜可以用氣相沉積法來制備。155III－N化合物的性質(zhì)規(guī)律:熱力學(xué)穩(wěn)定相都是纖鋅礦直接躍遷型，能發(fā)藍(lán)光離子性較強(qiáng)n型摻雜劑是Si，而p型摻雜選Mg156(4)、銻化鎵（GaSb）Eg＝0.72eV，直接躍遷電子遷移率高(1.5倍Ge)太陽(yáng)電池

熱輻射電池：用禁帶較窄的半導(dǎo)體，將波長(zhǎng)在800–2000nm范圍的紅外熱輻射轉(zhuǎn)換成電能在微波器件和超高速集成電路領(lǐng)域157能量的相對(duì)大小波長(zhǎng)λ/nm400800120016002000紫外線可見光紅外線黃綠光太陽(yáng)輻射0158(5)、磷化銦（InP）InP能帶結(jié)構(gòu)與GaAs類似

E=0.53eV閾值電場(chǎng)高

電子的峰值漂移速度高

1.05

104V/cm20%圖2-10GaAs與InP的電子平均漂移速度與電場(chǎng)的關(guān)系制作超高頻電子器件和超高速集成電路目前，商品化的GaAs高速IC的截止頻率fT可達(dá)110GHz，只適用于10Gb/s的光纖通信系統(tǒng)。40Gb/s的光纖通信系統(tǒng)需要fT超過150GHz的器件，而以InP為基礎(chǔ)的HEMT的fT早已達(dá)到340GHz，成為毫米波高端的支柱產(chǎn)品。直接躍遷、Eg＝1.34eV－在光電子學(xué)領(lǐng)域的重要地位

InP用IV族元素?fù)诫s有很強(qiáng)的選擇性，不會(huì)成為雙性雜質(zhì)，Si和Sn@In－施主C和Ge@P－受主159(6)銻化銦（InSb）和砷化銦（InAs）

InSb:Eg=0.18eV，電子遷移率最高（105）遠(yuǎn)紅外探測(cè)器和超低溫下工作器件提高器件的工作頻率比硅高70倍，InSb晶體管的工作頻率比硅晶體管高得多。因此，英特爾已著手開發(fā)InSb微處理器芯片砷化銦的電子遷移率也很高160III-V族化合物半導(dǎo)體材料目前已在光電子器件、微波器件、霍爾器件及其他敏感元器件方面獲得廣泛應(yīng)用。同時(shí)，由于這些化合物相互之間可以無限共溶，很容易制備組分可以連續(xù)變化的固溶體，因而也是半導(dǎo)體能帶工程最常使用的材料。161（2）II-VI族化合物半導(dǎo)體IIB族－鋅(Zn)、鎘(Cd)、汞(Hg)VIA族－硫(S)、硒(Se)、碲(Te)半金屬閃鋅礦型

？特點(diǎn)：寬禁帶直接躍遷型光電子技術(shù)的理想材料應(yīng)用：在陰極射線管（CRT）的熒光體涂層、場(chǎng)致平面彩色顯示器、LED、太陽(yáng)電池、光探測(cè)器、直至激光器、光波導(dǎo)和光調(diào)制器等多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用制備困難晶格缺陷自補(bǔ)償效應(yīng)單極性半導(dǎo)體

難于制作pn結(jié)

162（I）、硫化鋅（ZnS）低溫－閃鋅礦β-ZnS自然界中穩(wěn)定存在高溫－纖鋅礦α-ZnS1020℃ZnS粉體能帶結(jié)構(gòu)改變量子尺寸效應(yīng)Eg＝4.13eV－藍(lán)移（3nm）提高發(fā)光的量子效率，縮短衰減時(shí)間電致發(fā)光材料163ZnS作為電子顯示和發(fā)光材料，其發(fā)射光譜和發(fā)光效率都可以通過摻雜和晶粒尺寸的控制來加以調(diào)制。雜質(zhì)添加劑及計(jì)量（重量百分比）燒成條件（1小時(shí)）發(fā)光色氣氛溫度℃）Cu，ClCu,0.1%;NH4Cl,10%N21075藍(lán)Pb,Cu,ClPb,0.003%,Cu,0.06%;ZnCl2,5%大氣950藍(lán)綠Cu，AlCu,0.2%;Al,0.2%H2S＋H2O1100綠Cu，MnCu,0.3%;Mn,0.7%干H2S1100橙紅Cu,ICu,2%;NH4I,10%N21075黃CuCu,0.3%干H2S1100紅164（II）、CdS、CdSe和CdTe特點(diǎn)：光電導(dǎo)靈敏度較高制作光電池和光敏電阻？陷阱CdS和CdSe屬n型單極性材料空穴陷阱Cu陷阱俘獲空穴少子壽命增高CdS和CdSe光敏電阻是應(yīng)用于照相機(jī)自動(dòng)曝光，機(jī)電設(shè)備光電控制、光電耦合、光電檢測(cè)，以及光控玩具、光控照明開關(guān)等場(chǎng)合的光敏元件。165CdTe――太陽(yáng)電池材料，因?yàn)?。。。Eg＝1.5eV；直接躍遷型1.5eV太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率最高CdTe吸收系數(shù)

大1μm吸收入射光的99%II-VI中唯一的雙極性P-CdTeN-CdSCd對(duì)人體和環(huán)境有害

166能量的相對(duì)大小波長(zhǎng)λ/nm400800120016002000紫外線可見光紅外線黃綠光太陽(yáng)輻射0167（3）氧化物半導(dǎo)體材料在金屬氧化物中，－Cu2O和ZnO特點(diǎn)：離子性強(qiáng)、纖鋅礦結(jié)構(gòu)，直接躍遷型，Eg＝3.37eV。結(jié)構(gòu)特征和光電特性跟GaN相似其他特性室溫激子束縛能高達(dá)60meV。作為發(fā)光器件的閾值電壓低，溫度穩(wěn)定性好，發(fā)光效率高。紫外LED和白光照明

良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。高溫度下工作時(shí)不會(huì)有缺陷的增殖，使用壽命長(zhǎng)。3)較低的外延生長(zhǎng)溫度。300－600℃。減小熱失配缺陷，降低外延層間互擴(kuò)散，有利于陡峭異質(zhì)結(jié)形成168ZnO面臨的困難：難以實(shí)現(xiàn)p型摻雜施主作用的氧空位？解決：97年報(bào)道了第一篇ZnOp型摻雜2005年初日本東北大學(xué)報(bào)道的ZnO藍(lán)光p-i-nLED。該器件的p區(qū)空穴濃度只有2×1016cm-3，雖然不高，但具有良好的穩(wěn)定性和可重復(fù)性

ZnO結(jié)晶薄膜的生長(zhǎng)以c軸作為擇優(yōu)取向－壓電效應(yīng)和機(jī)電耦合性能。SAWZnO－負(fù)微分遷移率特性，其閾值電場(chǎng)強(qiáng)度和峰值漂移速度都要比GaAs和InP高抗輻照能力強(qiáng)，這一特征歸因于輻照缺陷對(duì)的快速湮滅169單晶生長(zhǎng)技術(shù)體單晶用水熱法薄膜－器件應(yīng)用MBE，MOCVD含少量Al、Ga或In的ZnO薄膜電導(dǎo)率高，對(duì)可見光有高度透明性（90%）。So用途？作為透明電極用于太陽(yáng)電池和液晶顯示。其他透明電極SnO2和氧化銦錫（ITO－In2O3和SnO2的合金），改變二者的組成比例，可調(diào)整其電導(dǎo)率和光的透過率。170SnO2在吸附某些氣體后電導(dǎo)率會(huì)發(fā)生靈敏改變，雜質(zhì)添加物不同對(duì)不同氣體的敏感度也不同的特點(diǎn)主要用來制作氣敏或濕敏傳感器。其應(yīng)用常態(tài)為多晶薄膜，晶粒的大小和取向與制備方法，特別是淀積溫度有關(guān)。171（4）IV-VI族化合物半導(dǎo)體材料IV族－Ge、Sn、PbVIA族－S、Se、Te價(jià)電子數(shù)之和為10，含有共價(jià)鍵、離子鍵、類金屬鍵成分。配位數(shù)為6的非四面體晶體結(jié)構(gòu)。

電負(fù)性差?。蔷担?/p>

型），例如GeTe；電負(fù)性差大－立方晶系（

型），例如PbS；還有的屬于斜方晶系（

型），例如GeS和GeSe。172PbS、PbSe、PbTe，稱鉛鹽特點(diǎn)：直接躍遷型，禁帶窄，介電常數(shù)大用于紅外探測(cè)器和激光器對(duì)電荷的屏蔽作用強(qiáng)，因而這些材料中電離雜質(zhì)和荷電缺陷對(duì)載流子運(yùn)動(dòng)的散射作用較小，低溫下電離雜質(zhì)作為主要散射機(jī)構(gòu)時(shí)的載流子遷移率就會(huì)很高。作低溫器件p型制備：Ag，Cu替位Pb－淺受主。鉛空位是淺受主n型：填隙式Ag，Cu雜質(zhì)為淺施主。173（5）IV－IV族化合物半導(dǎo)體SiC

Si3C-SiC6H-SiC禁帶寬度（eV）1.122.393.02臨界擊穿電場(chǎng)(

106Vcm-1)0.252.122.5電子飽和速度(

106cms-1)9.92020熱導(dǎo)率(W

cm-1

℃-1)1.53.24.9Eg和熱導(dǎo)率都差不多是硅的2－3倍，－―制造藍(lán)色發(fā)光二極管、抗輻照晶體管和可在500℃以上高溫狀態(tài)下穩(wěn)定工作的器件等。臨界雪崩擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度比硅高1個(gè)數(shù)量級(jí)－―制作大功率電子飽和速度是硅的2倍。――高頻率模擬表明，一個(gè)5000V碳化硅MOSFET和一個(gè)4500V硅可關(guān)斷晶閘管（GTO）相比，在通態(tài)壓降相等時(shí)，這種單極性器件的電流密度，比GTO雙極性器件高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。174SiC是目前所知最硬的物質(zhì)之一（9.3），略低于金剛石（10）和碳化硼（9.36）；耐高溫，化學(xué)性能穩(wěn)定，常溫常壓下不受任何氣液腐蝕。碳化硅制備難。因?yàn)槠淙埸c(diǎn)高，2300℃左右會(huì)升華，因而無法熔體冷凝生長(zhǎng)。控制單一結(jié)晶困難。最近十來年才有較大進(jìn)展。175（6）V-VI族化合物半導(dǎo)體材料VA族－As、Sb、BiVIA族－O、S、Se、TeV2VI3電負(fù)性差最小的Sb2Te3和Bi2Te3屬三角晶系，例外Bi2Se3電負(fù)性差最大的Sb2S3和Bi2S3屬斜方晶系，例外Sb2Se3主要特點(diǎn)：熱電耦合特性好，主要應(yīng)用于半導(dǎo)體制冷和溫差發(fā)電。176S