• 半導體材料

    2016-10-19
    半導體材料在我們生活中無處不在??梢院敛豢鋸埖恼f,只要有電器就有半導體的存在與應用。比如說電腦、家用電器、手機、太陽能和城市的霓虹燈……這些都離不開半導體材料。

    物質可以根據導電性分為導體、半導體和絕緣體。半導體材料與導體及絕緣體的區別就是材料的電阻率大小不一樣,導體的電阻率ρ小于10-2Ω·cm;半導體的電阻率則處于10-2109Ω·cm;絕緣體的電阻率ρ大于109Ω·cm。

    半導體的摻雜性質:半導體的電阻比較大,那我們怎樣能使其導電良好呢?其實我們可以在半導體中加入一些微量元素,使得半導體導電。而根據加入微量元素的不同,我們可以將半導體分為P型半導體和N型半導體。P型半導體是空穴導電。即在半導體中加入微量硼、鋁、鎵等元素,半導體就會產生許多缺少電子的空穴,使半導體中空穴濃度大大高于自由電子的濃度。而N型半導體是電子導電。即在半導體中加入微量磷、砷、銻等元素,半導體就會產生許多帶負電的電子,使半導體中自由電子的濃度大大高于空穴濃度。

    半導體的特性

    1、負電阻溫度效應,它是由英國物理學家、化學家法拉第在1833年研究半導體材料Ag2S時發現的。即隨著溫度升高,半導體的電阻值下降。

    2、光電導效應,它是由英國的史密斯在1873年用光照在硒的表面,發現了半導體的光電導效應。即由輻射引起了被照射材料的電阻率改變。

    3、整流效應,德國物理學家布勞恩在1874年,他觀察到某些硫化物的電導與所加電場方向有關。即在它兩端通一個正向電壓,它是導通的;如果把電壓極性反過來,它就不導通。

    4、光生伏特效應:1876年,英國物理學家亞當斯發現晶體硒和金屬接觸在光照的條件下產生了電動勢。而光生伏特效應最重要的應用就是把太陽能直接轉化成電能,就是我們現在所說的太陽能電池。

    5、霍爾效應。在1879年,霍爾研究通有電流的導體在磁場中受力,發現在垂直于磁場和電流的方向上產生了電動勢。根據霍爾效應,我們可以測量半導體材料的載流子濃度、遷移率、電阻率等重要參數。

    半導體材料的分類:

    1、元素半導體:鍺、硅、硒、硼等。

    2、化合物半導體:砷化鎵、碳化硅等。

    3、無定形半導體:氧化物玻璃和非氧化物玻璃。

    4、有機半導體:萘、蒽、聚丙烯腈等。

    ??? 半導體材料中的主角:硅材料

    50年代,鍺材料占主導地位。但是后來硅元素憑借著1、豐富的資源,因為地殼里面元素含量占第二位,僅次于氧元素2、優質的特性,3、完善的工藝:硅的純度達99.9999999%以及廣泛的用途等綜合優勢而成為了當代電子工業中應用最多的半導體材料。在半導體材料中98%是硅。半導體器件中95%以上是用硅材料制成的。90%以上的大規模集成電路、超大規模集成電路、甚大規模集成電路都是制作在高純優質的硅拋光片和外延片上的。硅片被稱作集成電路的核心材料。硅材料產業的發展和集成電路的發展緊密相關。

    ??? 砷化鎵和磷化銦單晶材料

    砷化鎵和磷化銦是直接帶隙材料,具有電子飽和漂移速度高,耐高溫,抗輻照等特點。在高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路,特別在光電子器件和光電集成方面獨占優勢。它主要應用在微電子領域,主要用于無線通訊、光纖通訊、汽車電子等用的微波器。在光電子領域,主要用于電子器件和光電子器件。

    但是它有兩個缺點:1、砷化鎵有毒。2、價格昂貴,是硅材料價格的10倍以上。

    ??? 低維半導體材料

    低維半導體材料就是人們所說的納米材料。就是人們能在原子、分子或者納米的尺度水平上來控制和制造功能強大、性能優越的納米電子、光電子器件和電路,納米生物傳感器件等。比如說,碳納米管:抗拉強度是鋼的100倍;直徑小于6nm時,具有良好的導電性能和傳熱性能等??梢灶A料,納米科學技術的發展和應用不僅將徹底改變人們的生活和生產方式,也必將改變社會政治格局和戰爭的對抗形式。

    總結:半導體材料是信息時代數字化生活的“幕后功勛”。在21世紀的今天,半導體只會越來越重要,我們的生活絕對不可能離開半導體材料。只會對半導體材料的要求越來越高,所以,作為當代的我們,只有潛心鉆研,因為世界的明天是屬于我們的。

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