碲镉汞分子束外延材料生长工序简介

碲镉汞分子束外延材料生长工序简介

碲镉汞（HgCdTe）分子束外延（MBE）材料即在分子束外延系统中生长的HgCdTe薄膜材料。全世界商用的分子束外延系统有多个公司的多种型号，但基本配置大同小异。这里介绍法国Riber公司的RIBER 32P 3英寸分子束外延系统，该套系统主要由一个预处理室、一个过渡室、一个生长室组成。预处理室用于完成衬底的进样和预先除气；过渡室用于样品的传递或暂存；在生长室中则主要完成样品的高温脱氧、缓冲层的生长和HgCdTe薄膜材料的外延。进样室和过渡室采用溅射离子泵，真空度可以达到10-10Torr。由于Hg材料的特殊性质，生长室的真空靠低温泵和冷阱来维持，外延生长时真空度保持在10-9Torr 的水平。

生长室的装置如图1所示，主要包括束源炉、液氮冷却系统、衬底加热装置、真空检测系统以及束源炉和衬底的温度监测控制系统。样品架具有旋转机构，以保证外延材料组分和厚度的均匀性，其中心位置装有非接触式测温热电偶，另外在样品架的对面装有红外辐射测温仪用的窗口。在生长过程中主要依靠热电偶和红外测温仪进行精确的衬底温度测量。样品的装片方式采用3英寸无In衬底架，由于衬底为红外透明材料，测温仪受到衬底加热器的热辐射干扰，无法获得衬底材料表面的真实温度，这时介于样品和加热器之间的热电偶测量信号将发挥重要的温度测量和指导温度控制的作用。生长所用的主要源材料为高纯的Hg(7N)，Te

(7N)，CdTe(7N)。超高真空环境结合高纯源材料，保障

2

了其他材料杂质含量较少，避免了引入不必要的杂质掺杂。

图1 生长室装置示意图

HgCdTe外延材料的生长工艺

分子束外延生长工艺按时间顺序可以主要分为三个部分：衬底的预处理，装片工艺，HgCdTe生长条件的控制，后道工艺和材料评价。每一部分又由许多道更小的工序步骤组成。

●衬底处理工艺

一般包括衬底的选片、抛光、清洗、腐蚀等环节，根据衬底材料的不同其处理方式也有一定区别。如Si衬底材料：Si衬底由于其反应性较强，与空气中的气体作用会在衬底表面产生杂质，从而将阻止正常的单晶生长并成为外延层内缺陷的主要起因。因此外延生长前，必须经过高温脱氧将衬底表面吸附的原子级杂质去除干净，才能继续外延生长。Si表面的原子级杂质主要是氧化层和碳化层，Lander 和Morrison报道了当Si衬底加热至800 ～1000℃时氧化层可完全去除，而去除碳化层的温度却要高达1200℃以上。这样的高温将引起杂质的互扩散，改变Si衬底中的掺杂浓度，除此之外还将增加晶体缺陷如位错和层错，在衬底中产生滑移线，而且RIBER 32P MBE的衬底加热能力有限，如何通过衬底前道清洁处理工艺把Si脱氧温度降到900℃以下，是首先要解决的问题。以Ishizaka方法为基础，通过改变人工氧化层生长方法以及HF腐蚀时间，降低脱氧温度的合适衬底制备工艺：（1）有机清洗，去油脂（2）化学方法对Si进行多次循环的氧化、去氧化，以完全去除Si表面的碳化层和氧化层（3）Cl原子进行Si表面钝化，防止Si与空气中的O、C原子发生反应（4）干燥后进行进样前的衬底筛选检验。

●装片工艺

衬底的装片模式现在主要采用无In装片方式，即将3英寸衬底直接装配在无In钼环上。其装片方式，由图2可见，衬底在衬底架内自由放置，依赖于背后加热器的辐射加热，无热应力问题，并可保证衬底材料的横向温度均匀性。

图2 衬底的加热和旋转示意图

HgCdTe生长条件的控制

分子束外延生长技术被誉为柔性生长技术，其柔性就体现在可以根据不同的需要随时调整生长不同组分的外延薄膜或多层异质结结构，外延出的材料具备很高的晶体质量。所有这些都依赖于合适的外延生长条件，关键参数主要包括合适的束流配比、合适的晶体成核和长晶温度。分子束流可通过束流规（Pressure Gauge）测得，并从外延后的材料厚度、组分、生长速率等评价结果得到真实信息反馈。

衬底温度是外延条件的关键参数之一，它的监控主要依靠热电偶和红外测温仪进行综合测量。通过热电偶测得的电信号反馈到温控仪，由温控仪来自动调整加热丝的电压或电流，达到控温的目的。一般情况，热电偶放在样品中心位置，热电偶和钼块之间留有一定的空间，保证钼块转动时，不会碰到热电偶，由于钼块和热电偶不接触，因此，热电偶测得的温度与钼块的实际温度有一定的偏差。红外测温仪用于对HgCdTe表面温度进行监测，根据红外辐射的原理分析表面温度的变化趋势，可以很好地控制生长温度；对于采用3英寸无In 衬底架装片的样品，由于衬底为红外透明材料，测温仪受到衬底加热器的热辐射干扰，无法获得衬底材料表面的真实温度，这时介于样品和加热器之间的热电偶测量信号将发挥重要的温度测量和指导温度控制的作用。

反射式高能电子衍射（RHEED）是分子束外延生长过程中一个最基本最主要的检测监控手段。它可用来在生长的原位实时观察样品表面的清洁度、平整度、样品的表面结构，利用它对晶体生长动力学和表面结构进行研究，确定合适的生长条件。高能电子衍射装置由高能电子枪和荧光屏两部分组成，从电子枪发射出来的具有一定能量的电子束以1～2o的掠入射形式射到样品表面，在这种情况下，由于电子垂直于样品表面的动量分量很小，又受到库仑场的散射，所以电子束的透入深度仅1～2个原子层，因此所反映的完全是样品表面的结构信息。同时高能电子的掠入射不影响垂直入射的束流，两者在几何位置上是高度兼容的，可以完成实时检测。从RHEED图象的衍射条纹的位置和形状，可以了解材料表面的再构形态。RHEED图象强度和形状的变化反映了晶体生长的动力学过程。在MBE生长过程中，随着表面的平整化，衍射图形会由点逐渐变成线，进而还有可能会在由点拉长的线之间出现附加的线，这些信息可以用

来确定合适的生长条件。

后道工艺

诸多工序构成了一个完整的MBE生长过程，其中的某一道工序发生问题都会对整个生长过程带来不同程度的影响，因此，为保证生长工艺的稳定，每一道工序必须按着工艺流程标准进行。标准的工艺流程是经过大量的对比实验确定下来的，具有相对的稳定性。例如由于束源炉随着生长过程中源材料的变化，每次生长时束流和温度的关系都有变化，所以对于每一轮次生长中的不同束源炉的温度和束流大小的关系，就是进行生长前多次测束流和温度得到的不同经验曲线，从而指导进一步的生长过程。

同时，在HgCdTe MBE生长过程中存在许多不确定因素，使得相同的生长条件外延生长出的薄膜材料，其性能会有一定的差别，为此，需要不断地调整生长条件使材料的参数变化相对较小，例如对衬底温度的控制。衬底的温度对晶体质量和材料组分都有很大的影响，采用了红外测温仪对HgCdTe表面温度进行监测，根据红外辐射的原理分析表面温度的变化趋势，以便较好地控制温度，从而得到想要的HgCdTe外延薄膜材料。

半导体材料课程教学大纲

半导体材料课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称：半导体材料 所属专业：微电子科学与工程 课程性质：专业限选 学分： 3 （二）课程简介：本课程重点介绍第一代和第二代半导体材料硅、锗、砷化镓等的制备基本原理、制备工艺和材料特性，介绍第三代半导体材料氮化镓、碳化硅及其他半导体材料的性质及制备方法。 目标与任务：使学生掌握主要半导体材料的性质以及制备方法，了解半导体材料最新发展情况、为将来从事半导体材料科学、半导体器件制备等打下基础。 （三）先修课程要求：《固体物理学》、《半导体物理学》、《热力学统计物理》； 本课程中介绍半导体材料性质方面需要《固体物理学》、《半导体物理学》中晶体结构、能带理论等章节作为基础。同时介绍材料生长方面知识时需要《热力学统计物理》中关于自由能等方面的知识。 （四）教材：杨树人《半导体材料》 主要参考书：褚君浩、张玉龙《半导体材料技术》 陆大成《金属有机化合物气相外延基础及应用》 二、课程内容与安排 第一章半导体材料概述 第一节半导体材料发展历程 第二节半导体材料分类 第三节半导体材料制备方法综述 第二章硅和锗的制备 第一节硅和锗的物理化学性质 第二节高纯硅的制备 第三节锗的富集与提纯

第三章区熔提纯 第一节分凝现象与分凝系数 第二节区熔原理 第三节锗的区熔提纯 第四章晶体生长 第一节晶体生长理论基础 第二节熔体的晶体生长 第三节硅、锗单晶生长 第五章硅、锗晶体中的杂质和缺陷 第一节硅、锗晶体中杂质的性质 第二节硅、锗晶体的掺杂 第三节硅、锗单晶的位错 第四节硅单晶中的微缺陷 第六章硅外延生长 第一节硅的气相外延生长 第二节硅外延生长的缺陷及电阻率控制 第三节硅的异质外延 第七章化合物半导体的外延生长 第一节气相外延生长（VPE） 第二节金属有机物化学气相外延生长（MOCVD） 第三节分子束外延生长（MBE） 第四节其他外延生长技术 第八章化合物半导体材料（一）：第二代半导体材料 第一节 GaAs、InP等III-V族化合物半导体材料的特性第二节 GaAs单晶的制备及应用 第三节 GaAs单晶中杂质控制及掺杂 第四节 InP、GaP等的制备及应用 第九章化合物半导体材料（二）：第三代半导体材料 第一节氮化物半导体材料特性及应用 第二节氮化物半导体材料的外延生长 第三节碳化硅材料的特性及应用 第十章其他半导体材料

分子束外延

分子束外延（英文名称；Molecular Beam Epitaxy） 1、定义：分子束外延是一种新的晶体生长技术，简记为MBE。其 方法是将半导体衬底放置在超高真空腔体中，和将需要生长的单晶物质按元素的不同分别放在喷射炉中（也在腔体内）。由分别加热到相应温度形成蒸汽，经小孔准直后形成分子束或原 子束直接喷射到上述衬底上，同时控制分子束对衬底的扫描， 就可以生长出极薄的（可薄至单原子层水平）单晶体和几种物质交替的超晶格结构。 2、研究对象：分子束外延主要研究的是不同结构或不同材料的晶 体和超晶格的生长。 3、MBE的一般结构： 目前最典型的MBE系统是由进样室、预备分析室、和外延生长室串连而成。 进样室：进样室用于换取样品，是整个设备和外界联系的通道，也可同时放入多个衬底片。 预备分析室：对衬底片进行除气处理，对样品进行表面成分、电子结构和杂质污染等分析。通常在这个真空室配置AES、SIMIS、XPS、UPS等分析仪器。 外延生长室：是MBE系统中最重要的一个真空工作室，用于样品的分子束外延生长。配置有分子束源、样品架、电离记、高能电子衍射仪和四极质谱仪等部件。

监测分子束流有以下几种： ●（1）石英晶体常用于监测束流，束流屏蔽和冷却适当，可得满 意结果。但噪音影响稳定性。几个 m后，石英晶体便失去了线性。调换频繁，主系统经常充气，这不利于工作。 ●（2）小型离子表，测分子束流压，而不是测分子束流通量。由 于系统部件上的淀积而使其偏离标准。 ●（3）低能电子束，横穿分子束，利用所探测物种的电子激发荧 光。原子被激发并很快衰退到基态产生UV荧光，光学聚焦后荧光密度正比于束流密度。可做硅源的反馈控制。不足之处：切断电子束，大部分红外荧光和背景辐射也会使信噪比恶化到不稳定的程度。它只测原子类，不能测分子类物质。 生长室结构：

分子束外延技术(MBE)的原理及其制备先进材料的研究进展

分子束外延技术（MBE）的原理 及其制备先进材料的研究进展 XX （XXXX大学材料学院，西安710000） 摘要：分子束外延(MBE)是50年代用真空蒸发技术制备半导体薄膜材料发展而来的,是为了满足在电子器件工艺中越来越高的要求.MBE是一个动力学过程，而不是一个热力学过程.与其它外延薄膜生长技术相比，MBE具有许多特点,如生长速率低、衬底温度较低等.在超薄层材料外延生长技术方面，MBE的问世使原子、分子数量级厚度的外延生长得以实现，开拓了能带工程这一新的半导体领域.半导体材料科学的发展对于半导体物理学和信息科学起着积极的推动作用.MBE是制备新型器件较为有用的方法，但是有其缺点.未来的发展趋势是结合其他生长技术不断改进MBE，如MBE与VPE并用、气态源分子束外延(GSMBE)、激光分子束外延（LaserMBE）等. 关键词：分子束外延；薄膜；生长技术；半导体 The principle of Molecular Beam Epitaxy (MBE) and the research progress in the preparation of advanced materials XX (Department of Materials,XXX,Xian 710000) Abstract:Molecular Beam Epitaxywas developed forthe preparation of semiconductor thin film materials by vacuumevaporationtechnique in the 50's，which aims to meet the requirements ofthe electronic devices in the process of higher and higher.MBE is a dynamic process, not a thermodynamic process.MBE has many characteristics whencomparing with other epitaxial thin film growth techniques , such as low growth rate, low substrate temperature and so on.The advent of MBE letthe thicknessof order of magnitudeof atomic, molecular of epitaxial growth be achieved in ultrathin layer epitaxial growth technique, that has opened upBand Engineering,anew field of semiconductors.The development of semiconductor materials science plays an active role in the development of semiconductor physics and information science.MBE is a more useful way to prepare new devices, but there areshortcomings.In the future,the development trend is to continuous improving MBE with the combination of other growth techniques,such as combining MBE with VPE,Gas Source Molecular Beam Epitaxy,Laser Molecular Beam Epitaxy etc. Key words:Molecular Beam Epitaxy;thin film;growth techniques;semiconductor

GaN外延片的主要生长方法

2008-1-14 外延技术与设备是外延片制造技术的关键所在，金属有机物化学气相淀积(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD)技术生长III-V族，II-VI族化合物及合金的薄层单晶的主要方法。II、III族金属有机化合物通常为甲基或乙基化合物，如：Ga(CH3)3，In(CH3)3，Al(CH3)3，Ga(C2H5)3，Zn(C2H5)3等，它们大多数是高蒸汽压的液体或固体。用氢气或氮气作为载气，通入液体中携带出蒸汽，与V族的氢化物（如NH3，PH3，AsH3）混合，再通入反应室，在加热的衬底表面发生反应，外延生长化合物晶体薄膜。 MOCVD具有以下优点： 用来生长化合物晶体的各组份和掺杂剂都可以以气态方式通入反应室中，可以通过控制各种气体的流量来控制外延层的组分，导电类型，载流子浓度，厚度等特性。 因有抽气装置，反应室中气体流速快，对于异质外延时，反应气体切换很快，可以得到陡峭的界面。 外延发生在加热的衬底的表面上，通过监控衬底的温度可以控制反应过程。 在一定条件下，外延层的生长速度与金属有机源的供应量成正比。 MOCVD及相关设备技术发展现状： MOCVD 技术自二十世纪六十年代首先提出以来，经过七十至八十年代的发展，九十年代已经成为砷化镓、磷化铟等光电子材料外延片制备的核心生长技术。目前已经在砷化镓、磷化铟等光电子材料生产中得到广泛应用。日本科学家Nakamura将MOCVD应用氮化镓材料制备，利用他自己研制的MOCVD设备(一种非常特殊的反应室结构)，于1994年首先生产出高亮度蓝光和绿光发光二极管，1998年实现了室温下连续激射10,000小时，取得了划时代的进展。到目前为止，MOCVD是制备氮化镓发光二极管和激光器外延片的主流方法，从生长的氮化镓外延片和器件的性能以及生产成本等主要指标来看，还没有其它方法能与之相比。 国际上MOCVD设备制造商主要有三家：德国的AIXTRON公司、美国的EMCORE公司（Veeco）、英国的Thomas Swan 公司（目前Thomas Swan公司被AIXTRON公司收购），这三家公司产品的主要区别在于反应室。 这些公司生产MOCVD设备都有较长的历史，但对氮化镓基材料而言，由于材料本身研究时间不长，对材料生长的一些物理化学过程还有待认识，因此目前对适合氮化镓基材料的MOCVD设备还在完善和发展之中。国际上这些设备商也只是1994年以后才开始生产适合氮化镓的MOCVD设备。目前生产氮化镓中最大MOCVD设备一次生长24片（AIXTRON公司产品）。国际上对氮化镓研究得最成功的单位是日本日亚公司和丰田合成，恰恰这些公司不出售氮化镓生产的 MOCVD设备。日本酸素公司生产的氮化镓-MOCVD设备性能优良，但该公司的设备只在日本出售。 MOCVD设备的发展趋势： 研制大型化的MOCVD设备。为了满足大规模生产的要求，MOCVD设备更大型化。目前一次生产24片2英寸外延片的设备已经有商品出售，以后将会生产更大规模的设备，不过这些设备一般只能生产中低档产品；研制有自己特色的专用MOCVD设备。这些设备一般只能一次生产1片2英寸外延片，但其外延片质量很高。目前高档产品主要由这些设备生产，不过这些设备一般不出售。 1）InGaAlP

激光分子束外延系统LMBE

激光分子束外延系统（LMBE） 1主要技术参数与要求 (1) 主腔体： 1. 腔体材料采用优质304不锈钢，全金属密封连接，腔体直径16英寸 （圆柱形设计）； 2. 观察窗采取保护措施（加装含铅玻璃）以防止辐射，腔体预留仪器升 级窗口； 3. 真空系统采用德国普发分子泵（Hipace700），分子泵需配有数据接 口以实现软件控制，抽速为650L/s，并配合使用爱德华涡旋式干泵（dry pump，减少返油污染），抽速5.4 m3/hr，本底极限真空度优于5×10-9mbar （烘烤后）。分子泵与腔体之间采用软连接（配有Damper），以减小分子泵震动对RHEED的影响。 4. 主腔体配备两套不同的真空计，一套组合pirani/Bayard-Alpert（真空 计类型）真空计，量程5×10-10 mbar 到1 bar，用于测量真空度； ★5. 另外配置一套精确的Baratron（真空计类型）真空计，量程10-4到 1 mbar，专门用于精确控制生长时的工艺压力。 (2) 快速进样室： 1. 进样室配备单独的分子泵（普发Hipace80），可软件控制，抽速为 70L/s，配前级隔膜泵，本底真空优于5×10-5 mbar； 2. 能够通过磁力杆方便地传递样品以及靶材，与主腔体之间采用 DN100CF插板阀隔离； 2. 配备Pirani/capacitive（真空计类型）真空计，量程5×10-5 mbar 到 1bar； 3. 进样室配有观察窗； (3) 加热系统： 1. 电阻式加热器，最高加热温度900°C，温度稳定性 1°C，容纳样品尺 寸1英寸，对于1英寸的加热区域温度均匀性为3%； ★2．加热器为插拔式设计，即整个加热器（包括加热丝）可通过磁力杆

外延生长技术概述

外延生长技术概述 由 LED 工作原理可知,外延材料是LED的核心部分,事实上,LED的波长、亮度、正向电压等主要光电参数基本上取决于外延材料。发光二极管对外延片的技术主要有以下四条： ①禁带宽度适合。 ②可获得电导率高的P型和N型材料。 ③可获得完整性好的优质晶体。 ④发光复合几率大。 外延技术与设备是外延片制造技术的关键所在,金属有机物化学气相淀积(Metal-Organic Chemical VaporDeposition,简称MOCVD)技术生长III-V族,II-VI族化合物及合金的薄层单晶的主要方法。II、III族金属有机化合物通常为甲基或乙基化合物,如：Ga(CH3)3,In(CH3)3,Al(CH3)3,Ga(C2H5)3,Zn(C2H5)3等,它们大多数是高蒸汽压的液体或固体。用氢气或氮气作为载气,通入液体中携带出蒸汽,与V族的氢化物(如NH3,PH3,AsH3)混合,再通入反应室,在加热的衬底表面发生反应,外延生长化合物晶体薄膜。 MOCVD具有以下优点： 用来生长化合物晶体的各组份和掺杂剂都可以以气态方式通入反应室中,可以通过控制各种气体的流量来控制外延层的组分,导电类型,载流子浓度,厚度等特性。 因有抽气装置,反应室中气体流速快,对于异质外延时,反应气体切换很快,可以得到陡峭的界面。 外延发生在加热的衬底的表面上,通过监控衬底的温度可以控制反应过程。 在一定条件下,外延层的生长速度与金属有机源的供应量成正比。 MOCVD及相关设备技术发展现状： MOCVD技术自二十世纪六十年代首先提出以来,经过七十至八十年代的发展,九十年代已经成为砷化镓、磷化铟等光电子材料外延片制备的核心生长技术。目前已经在砷化镓、磷化铟等光电子材料生产中得到广泛应用。日本科学家Nakamura将MOCVD应用氮化镓材料制备,利用他自己研制的MOCVD设备(一种非常特殊的反应室结构),于1994年首先生产出高亮度蓝光和绿光发光二极管 ,1998年实现了室温下连续激射10,000小时,取得了划时代的进展。到目前为止,MOCVD是制备氮化镓发光二极管和激光器外延片的主流方法,从生长的氮化镓外延片和器件的性能以及生产成本等主要指标来看,还没有其它方法能与之相比。 国际上MOCVD设备制造商主要有三家：德国的AIXTRON公司、美国的EMCORE公司(Veeco)、英国的ThomasSwan 公司(目前Thomas Swan公司被AIXTRON公司收购),这三家公司产品的主要区别在于反应室。 这些公司生产MOCVD设备都有较长的历史,但对氮化镓基材料而言,由于材料本身研究时间不长,对材料生长的一些物理化学过程还有待认识,因此目前对适合氮化镓基材料的MOCVD设备还在完善和发展之中。国际上这些设备商也只是1994年以后才开始生产适

液相外延和分子束外延

液相外延 液相外延【liquid phase epitaxy】由溶液中析出固相物质并沉积在衬底上生成单晶薄层的方法。液相外延由尼尔松于1963年发明，成为化合物半导体单晶薄层的主要生长方法，被广泛的用于电子器件的生产上。薄层材料和衬底材料相同的称为同质外延，反之称为异质外延。液相外延可分为倾斜法、垂直法和滑舟法三种，其中倾斜法是在生长开始前，使石英管内的石英容器向某一方向倾斜，并将溶液和衬底分别放在容器内的两端；垂直法是在生长开始前，将溶液放在石墨坩锅中，而将衬底放在位于溶液上方的衬底架上；滑舟法是指外延生长过程在具有多个溶液槽的滑动石墨舟内进行。在外延生长过程中，可以通过四种方法进行溶液冷却：平衡法、突冷法、过冷法和两相法。 与其他外延方法相比；它具有如下的优点：1）生长设备比较简单，；2）有较高的生长速率；3）掺杂剂选择范围广；4）晶体完整性好，外延层位错密度较衬底低；5）晶体纯度高，生长系统中没有剧毒和强腐蚀性的原料及产物，操作安全、简便等。 LPE的不足在于，当外延层与衬底晶格常数差大于1%时，不能进行很好的生长。其次，由于分凝系数的不同，除生长很薄的外延层外，在生长方向上控制掺杂和多元化合物组合均匀性遇到困难。再者LPE的外延层表面一般不如气相外延好。 分子束外延 Molecular Beam Epitaxy 内容 分子束外延的英文缩写为ＭＢＥ，这是一种在晶体基片上生长高质量的晶体薄膜的新技术。在超高真空条件下，由装有各种所需组分的炉子加热而产生的蒸气，经小孔准直后形成的分子束或原子束，直接喷射到适当温度的单晶基片上，同时控制分子束对衬底扫描，就可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。该技术的优点是：使用的衬底温度低，膜层生长速率慢，束流强度易于精确控制，膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而迅速调整。用这种技术已能制备薄到几十个原子层的单晶薄膜，以及交替生长不同组分、不同掺杂的薄膜而形成的超薄层量子阱微结构材料。 特点 （1）生长速率极慢，大约1um/小时，相当于每秒生长一个单原子层，因此有利于实现精确控制厚度、结构与成分和形成陡峭的异质结构等。实际上是一种原子级的加工技术，因此MBE特别适于生长超晶格材料。（2）外延生长的温度低，因此降低了界面上热膨胀引入的晶格失配效应和衬底杂质对外延层的自掺杂扩散影响。（3）由于生

外延生长的基本原理与应用领域

外延生长的基本原理与应用领域 外延生长的基本原理是，在一块加热至适当温度的衬底基片（主要有蓝宝石和 SiC，Si）上，气态物质In,Ga,Al,P有控制的输送到衬底 表面，生长出特定单晶薄膜。目前LED外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法。 MOCVD 金属有机物化学气相淀积（Metal-OrganicChemicalVaporDeposition，简称MOCVD），1968 年由美国洛克威尔公司提出来的一项制 备化合物半导体单品薄膜的新技术。该设备集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多学科为一体，是 一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的尖端光电子专用设备，主要用于 GaN（氮化镓）系半导体材料的外延生长和蓝色、绿色 或紫外发光二极管芯片的制造，也是光电子行业最有发展前途的专用设备之一。 日亚化工（株） 日亚化工是GaN系的开拓者，在LED和激光领域居世界首位。在蓝色、白色LED市场遥遥领先于其他同类企业。它以蓝色LED的开发而闻 名于全球，与此同时，它又是以荧光粉为主要产品的规模最大的精细化工厂商。它的荧光粉生产在日本国内市场占据70％的比例，在 全球则占据36％的市场份额。荧光粉除了灯具专用的以外，还有CRT 专用、PDP 专用、X 光专用等类型，这成为日亚化工扩大LED事业的 坚实基础。除此以外，日亚化工还生产磁性材料、电池材料以及薄膜材料等精细化工制品，广泛地涉足于光的各个领域。 在该公司LED 的生产当中，70％是白色LED，主要有单色芯片型和RGB三色型两大 类型。此外，该公司是世界上唯一一家可以同时量产蓝

色LED和紫外线LED两种产品的厂商。以此为基础，日亚化工不断开发出新产品，特别是在SMD（表面封装）型的高能LED方面，新品层 出不穷。 2004 年10月，日亚化工开发出了发光效率为50lm/W的高能白色LED。该产品成功地将之前量产产品约20lm/W的发光效率提高了2.5 倍。 同月底，日亚化工开始向特定客户提供这种产品的样品，并计划在2005年夏季之前使其月产量达到100万个。新LED主要针对车载专用 前灯和照明市场。它的光亮度胜过HID光源，因此对目前占据15％车前灯市场的HID 光源（High Intensity Cischarge）构成了很大的 威胁。日亚化工计划于2006年上半年正式批量生产该产品，并计划于2007年，以与HID 同样的价格正式销售这种更明亮的产品。 以蓝色、白色LED市场的扩大为起爆剂，日亚化工的总销售额也呈现出逐年上升的势头，由1996年的290亿日元增长到2003年的1810 亿 日元。这期间，荧光粉的销售额每年基本稳定在300亿日元左右。到2003年，LED相关产品的销售额已经占了总销售额的85.1％，为 1540 亿日元。2003年全球LED市场约为6000亿日元，因此，日亚化工占据了约25％的全球市场份额。 目前日亚化学的紫外460nmLED，外部量子效率达到36%，白色发光效率达到60 lm/W。 丰田合成（株） 如果将LED比喻为汽车，那么可以说，日亚化工提出了车轮和发动机的概念，而丰田合成则提出了车体和轮胎的概念。1986年，受名 誉教授赤崎先生的委托，丰田合成利用自身在汽车零部件薄膜技术方面的积累，开始展开LED方面的研发工作。1987年，受科学技术振

碲镉汞分子束外延材料生长工序简介

碲镉汞分子束外延材料生长工序简介 碲镉汞（HgCdTe）分子束外延（MBE）材料即在分子束外延系统中生长的HgCdTe薄膜材料。全世界商用的分子束外延系统有多个公司的多种型号，但基本配置大同小异。这里介绍法国Riber公司的RIBER 32P 3英寸分子束外延系统，该套系统主要由一个预处理室、一个过渡室、一个生长室组成。预处理室用于完成衬底的进样和预先除气；过渡室用于样品的传递或暂存；在生长室中则主要完成样品的高温脱氧、缓冲层的生长和HgCdTe薄膜材料的外延。进样室和过渡室采用溅射离子泵，真空度可以达到10-10Torr。由于Hg材料的特殊性质，生长室的真空靠低温泵和冷阱来维持，外延生长时真空度保持在10-9Torr 的水平。 生长室的装置如图1所示，主要包括束源炉、液氮冷却系统、衬底加热装置、真空检测系统以及束源炉和衬底的温度监测控制系统。样品架具有旋转机构，以保证外延材料组分和厚度的均匀性，其中心位置装有非接触式测温热电偶，另外在样品架的对面装有红外辐射测温仪用的窗口。在生长过程中主要依靠热电偶和红外测温仪进行精确的衬底温度测量。样品的装片方式采用3英寸无In衬底架，由于衬底为红外透明材料，测温仪受到衬底加热器的热辐射干扰，无法获得衬底材料表面的真实温度，这时介于样品和加热器之间的热电偶测量信号将发挥重要的温度测量和指导温度控制的作用。生长所用的主要源材料为高纯的Hg(7N)，Te (7N)，CdTe(7N)。超高真空环境结合高纯源材料，保障 2 了其他材料杂质含量较少，避免了引入不必要的杂质掺杂。 图1 生长室装置示意图

HgCdTe外延材料的生长工艺 分子束外延生长工艺按时间顺序可以主要分为三个部分：衬底的预处理，装片工艺，HgCdTe生长条件的控制，后道工艺和材料评价。每一部分又由许多道更小的工序步骤组成。 ●衬底处理工艺 一般包括衬底的选片、抛光、清洗、腐蚀等环节，根据衬底材料的不同其处理方式也有一定区别。如Si衬底材料：Si衬底由于其反应性较强，与空气中的气体作用会在衬底表面产生杂质，从而将阻止正常的单晶生长并成为外延层内缺陷的主要起因。因此外延生长前，必须经过高温脱氧将衬底表面吸附的原子级杂质去除干净，才能继续外延生长。Si表面的原子级杂质主要是氧化层和碳化层，Lander 和Morrison报道了当Si衬底加热至800 ～1000℃时氧化层可完全去除，而去除碳化层的温度却要高达1200℃以上。这样的高温将引起杂质的互扩散，改变Si衬底中的掺杂浓度，除此之外还将增加晶体缺陷如位错和层错，在衬底中产生滑移线，而且RIBER 32P MBE的衬底加热能力有限，如何通过衬底前道清洁处理工艺把Si脱氧温度降到900℃以下，是首先要解决的问题。以Ishizaka方法为基础，通过改变人工氧化层生长方法以及HF腐蚀时间，降低脱氧温度的合适衬底制备工艺：（1）有机清洗，去油脂（2）化学方法对Si进行多次循环的氧化、去氧化，以完全去除Si表面的碳化层和氧化层（3）Cl原子进行Si表面钝化，防止Si与空气中的O、C原子发生反应（4）干燥后进行进样前的衬底筛选检验。 ●装片工艺 衬底的装片模式现在主要采用无In装片方式，即将3英寸衬底直接装配在无In钼环上。其装片方式，由图2可见，衬底在衬底架内自由放置，依赖于背后加热器的辐射加热，无热应力问题，并可保证衬底材料的横向温度均匀性。 图2 衬底的加热和旋转示意图

分子束外延

分子束外延是一种新的晶体生长技术，简记为MBE。其方法是将半导体衬底放置在超高真空腔体中，和将需要生长的单晶物质按元素的不同分别放在喷射炉中（也在腔体内）。由分别加热到相应温度的各元素喷射出的分子流能在上述衬底上生长出极薄的（可薄至单原子层水平）单晶体和几种物质交替的超晶格结构。分子束外延主要研究的是不同结构或不同材料的晶体和超晶格的生长。该法生长温度低，能严格控制外延层的层厚组分和掺杂浓度，但系统复杂，生长速度慢，生长面积也受到一定限制。 分子束外延是50年代用真空蒸发技术制备半导体薄膜材料发展而来的。随着超高真空技术的发展而日趋完善，由于分子束外延技术的发展开拓了一系列崭新的超晶格器件，扩展了半导体科学的新领域，进一步说明了半导体材料的发展对半导体物理和半导体器件的影响。分子束外延的优点就是能够制备超薄层的半导体材料；外延材料表面形貌好，而且面积较大均匀性较好；可以制成不同掺杂剂或不同成份的多层结构；外延生长的温度较低，有利于提高外延层的纯度和完整性；利用各种元素的粘附系数的差别，可制成化学配比较好的化合物半导体薄膜 分子束外延（Molecular Beam Epitaxy）技术是在真空沉积法和1968年阿尔瑟(Arthur)对镓砷原子与GaAs表面相互作用的反应动力学研究的基础上，由美国贝尔实验室的卓以和在70年代初开创的。它推动了以超薄层微结构材料为基础的新一代半导体科学技术的发展。分子束外延（MBE）是一种灵活的外延薄膜技术，可以表述为在超高真空环境中通过把热蒸发产生的原子或分子束投射到具有一定取向、一定温度的清洁衬底上而生成高质量的薄膜材料或各种所需结构。晶体生长受分子束相互作用的动力学过程支配，而异于常规的化学气相淀积(VPE)和液相外延(LPE)中的准热力学平衡。随着MBE技术的发展，出现了迁移增强外延技术（MEE）和气源分子束外延（GS-MEE）技术，近年来又出现了激光分子束外延技术。 作为国防创新实验室的重要部门，材器中心现拥有两台MBE设备，分别为RIBER 32P和RIBER EPINEAT，均用于碲镉汞（HgCdTe）材料的制备。RIBER 32P作为早期研究型的设备在材器中心已经运行十多年，从早期在ZnCdTe衬底到后来在异质衬底(GaAs、Si、Ge) 上均做过很多Ⅱ-Ⅵ材料外延研究工作，参与了很多工程项目。RIBER EPINEAT作为生产型设备，自2004年引进材料组以来目前主要

石墨烯及范德瓦尔斯异质结的分子束外延生长

目录 摘要 (i) ABSTRACT ......................................................................................................... i i 第一章绪论 (1) 1.1 二维材料 (1) 1.2 范德瓦尔斯异质结 (3) 1.3 本论文的研究思路 (4) 第二章实验仪器与原理 (6) 2.1 超高真空技术（UHV） (6) 2.2 分子束外延（MBE） (8) 2.3 扫描隧道显微镜（STM） (9) 2.4 X射线光电子能谱仪（XPS） (11) 第三章石墨烯的外延生长研究 (12) 3.1 Ru(0001)基底上石墨烯的外延生长 (12) 3.2 6H-SiC(0001)基底上石墨烯的外延生长 (16) 第四章二维材料及范德瓦尔斯异质结的分子束外延生长 (19) 4.1 Graphene/SiC基底上Bi2Se3的MBE生长 (20) 4.2 Graphene/SiC基底上Bi2Te3的MBE生长 (25) 4.3 Graphene/SiC基底上MoSe2的MBE生长 (27) 4.4 Graphene/SiC基底上MoTe2的MBE生长 (31) 第五章结论与展望 (37) 5.1 本论文主要工作 (37) 5.2 后续研究展望 (37) 致谢 (39) 参考文献 (40) 作者在学期间取得的学术成果 (45)

图目录 图1.1 二维材料家族 (1) 图1.2 部分常见二维材料的带隙[8] (1) 图1.3 部分常见二维材料的晶格结构[2,51] (2) 图1.4 范德瓦尔斯异质结[1] (3) 图1.5 定向图样再生长过程示意图[16] (4) 图1.6 定点转移过程示意图[17] (4) 图2.1 超高真空分子束外延—X射线光电子能谱—扫描隧道显微镜系统 (6) 图2.2 机械泵、分子泵、离子泵和钛泵 (7) 图2.3 MBE示意图 (8) 图2.4 RHEED示意图 (8) 图2.5 薄膜生长的过程[26] (9) 图2.6 STM结构及原理示意图 (10) 图2.7 XPS示意图 (11) 图3.1 外延石墨烯的STM图像及其（12×11）模型 (13) 图3.2 改变扫描偏压引起的石墨烯摩尔条纹变化 (14) 图3.3 连续多个循环氩刻、退火处理后样品不同位置的STM图像 (15) 图3.4 外延石墨烯的RHEED条纹与STM图像 (16) 图3.5 多层石墨烯交界处原子分辨的STM图像 (17) 图3.6 单双层石墨烯交界处的STM图像与示意图[40] (18) 图4.1 Bi-Se的二元合金相图 (20) 图4.2 Si(111)表面生长Bi薄膜的RHEED条纹 (21) 图4.3 Si(111)-7×7重构及生长40min Bi薄膜后STM图像 (22) 图4.4 Si(111)表面Bi薄膜两种相的示意图[65] (22) 图4.5 MBE生长Bi2Se3的RHEED条纹与STM形貌 (23) 图4.6 退火后的Bi2Se3薄膜表面 (24) 图4.7 原子分辨的STM图像 (24) 图4.8 Bi2Se3的XPS谱 (25) 图4.9 Bi-Te的二元合金相图 (26) 图4.10 Bi2Te3的RHEED条纹与STM图像 (26) 图4.11 Bi2Te3的XPS谱 (27) 图4.12 Mo-Se的二元合金相图 (28) 图4.13 MBE生长MoSe2的RHEED条纹与STM形貌 (28)

有机分子束外延技术与研究进展

第20卷　第4期 物　理　学　进　展Vol.20,No.4　2000年10月PRO GRESS IN PH YSICS Oct.,2000文章编号:1000Ο0542(2000)04Ο0395Ο12 收稿日期:2000Ο05Ο24;修改日期:2000Ο07Ο17 基金项目:国家自然科学基金和中国科学院“九五” 重大基础研究基金的资助有机分子束外延技术与研究进展 周淑琴　刘云圻　邱文丰　朱道本 (中国科学院化学研究所有机固体室,北京　100080) 摘　要:　本文介绍了超高真空分子束外延生长有机薄膜的技术及其研究进展,讨论了外延材料的纯化过程和杂质对外延薄膜结构的影响;从理论和实验观点评论了薄膜的生长性质和膜的有序结构。超高真空有机分子束外延技术是一种多用途的高技术,可以生长有机、无机、有机/无机混和的薄膜结构。这种薄膜结构是未来光学和电子器件有希望应用的新一类工程材料。 关键词:　 有机分子束外延;超高真空;有机薄膜;分子器件中图分类号:　484.1 文献标识码:　A 0　引　言 薄膜科学始终是一门发展迅速、内容丰富、极其有意义的独立学科。随着分子电子学的发展,薄膜技术特别是有序薄膜技术,在微观电子学和纳米电子学方面深受重视。在过去的十年,超薄的有机分子薄膜和具有特殊光、电、磁功能的多层结构膜的研究有了惊人的进展。完成这种有序超薄有机膜的一个重要方法之一是分子束外延生长技术。这种技术的主要特点是使用超高真空(U HV )技术。如果化合物的纯度很高,结构完整,那么就能够很好的控制单分子有机膜的外延生长[1～3]。多年来,这种有机单分子膜的控制是采用众所周知的LB 膜沉积技术[4]。近年来,一种分子自组装技术也能完成单分子膜的制备[5]。但这两种薄膜技术,都要求对成膜分子进行化学修饰,使其带有特定的基团,从而限制了分子材料的研究范围。超薄有机分子薄膜真空生长技术也称为有机分子束沉积(OMBD )技术,或有机分子外延(OMB E )技术,它的优点在于无需对材料进行修饰,外延层的厚度可控,基片及环境的清洁度可达到原子级,在沉积超薄膜的过程中能够原位实时地监控膜的结构生长情况。OMB E 技术为了解超薄有机膜系统的基础结构和光、电、磁性质提供了全新的可行性操作。 超薄有机分子薄膜在分子电子学或纳米电子学领域具有广泛的实际应用前景,目前,

分子束外延 (MBE) 技术---基质加热器

MBE 组件 完全按照操作标准加工，旨在提供高度可靠、灵活的性能。Veeco 提供了一套完整的 MBE 系统组件，包括专为 MBE 工艺开发的先进的加热器、电源、设备控制器、布线和软件包。 1. 基质加热器 适用于特定温度和生长环境 Veeco 提供适用于特定应用领域、专为特定温度和生长环境条件而制造的基底加热器。标准设计使用 PBN 扩散器板和高级线丝，可提供优异的跨区一致性并降低了能耗。 ? 优异的热均匀性 ? 低能耗 ? 清洁操作 ? 提供多丝材料 ? 适合于特定应用领域的设计和材料 ? 延长了氧和氨环境下的寿命 ? 提供双丝加热器 ? 适用于所有标准 MBE 系统 2. MBE 线性移动快门 动作更快、寿命更长 借助 Veeco 线性移动快门可替代整体快门来控制分子束外延 (MBE) 系统中的射束流量，从而实现更快的动作。该快门带阻尼设计，实现了更长的使用寿命（>1 百万次），活动部件由波纹管密封并由气压驱动，而且轴受到保护可防止气动启动器阻塞。 ? 可靠、耐用、动作快速（50 ms 即可打开或关闭），因此可替代整体快门来控制 MBE 系统中的射束流量 ? 带阻尼设计的快门受到的冲击与振动降低 - 设计使用寿命 >1 百万次 ? 活动部件由波纹管密封并由气压驱动 ? 轴受到轴壳保护，可防止凝结的蒸发物阻塞启动器 ? 气动启动器可避免干扰 RHEED 或其他敏感设备 ? 适用于所有标准 MBE 系统 3. 气体源交付系统 用于 Veeco MBE 气体源精确控制 Veeco 的气体源传送系统 (GSDS) 提供对气体的精确控制、互锁和监测惰性气体、有害气体和/或可燃气体。Molly ? ECS1 生长控制软件可轻松与您的现有系统实现集成。 提供各种组合选项以符合您的需求及预算。所有组合均附带每条管路的手动气管切断阀、气体过滤净化器、质量流量控制器和气动控制运行排气阀。 ? 对 Veeco MBE 气体源实现高效、安全的气体控制 ? 便捷的操作和监测流程 ? 三种模型配置以满足特定应用和预算

MOCVD外延生长技术简介

MOCVD外延生长技术简介 摘要：MOCVD外延技术是国内目前刚起步的技术，本文主要介绍外延的基本原理以及目前世界上主要外延生产系统的设计原理及基本构造。 外延生长的基本原理是，在一块加热至适当温度的衬底基片（主要有红宝石和SiC两种）上，气态物质In,Ga,Al,P有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。目前LED外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法。 MOCVD 金属有机物化学气相淀积（Metal-OrganicChemicalVaporDeposition，简称MOCVD），1968年由美国洛克威尔公司提出来的一项制备化合物半导体单品薄膜的新技术。该设备集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的尖端光电子专用设备，主要用于GaN（氮化镓）系半导体材料的外延生长和蓝色、绿色或紫外发光二极管芯片的制造，也是光电子行业最有发展前途的专用设备之一。 第一章外延在光电产业角色 近十几年来为了开发蓝色高亮度发光二极管，世界各地相关研究的人员无不全力投入。而商业化的产品如蓝光及绿光发光二级管ＬＥＤ及激光二级管ＬＤ的应用无不说明了Ⅲ－Ⅴ族元素所蕴藏的潜能，表 １－１ 为目前商品化ＬＥＤ之材料及其外延技术，红色及绿色发光二极管之外延技术大多为液相外延成长法为主，而黄色、橙色发光二极管目前仍以气相外延成长法成长磷砷化镓 ＧａＡｓＰ 材料为主。ＭＯＣＶＤ机台是众多机台中最常被使用来制造ＬＥＤ之机台。而ＬＥＤ或是ＬＤ亮度及特性的好坏主要是在于其发光层品质及材料的好坏，发光层主要的组成不外乎是单层的ＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井 Ｓｉｎｇｌ ｅＱｕａｎｔｕｍＷｅｌｌ 或是多层的量子井 ＭｕｌｔｉｐｌｅＱｕａｎｔｕ ｍＷｅｌｌ ，而尽管制造ＬＥＤ的技术一直在进步但其发光层 ＭＱＷ 的品质并没有成正比成长，其原是发光层中铟 Ｉｎｄｉｕｍ 的高挥发性和氨 ＮＨ３ 的热裂解效率低是ＭＯＣＶＤ机台所难于克服的难题，氨气ＮＨ３与铟Ｉｎｄｉｕｍ的裂解须要很高的裂解温度和极佳的方向性才能顺利的沉积在ＩｎＧａＮ的表面。但要如何来设计适当的ＭＯＣＶＤ机台为一首要的问题而解决此问题须要考虑下列因素： １ 要能克服ＧａＮ成长所须的高温 ２ 要能避免ＭＯＧａｓ金属有机蒸发源与ＮＨ３在预热区就先进行反应 ３ 进料流速与薄膜长成厚度均。 一般来说ＧａＮ的成长须要很高的温度来打断ＮＨ３之Ｎ－Ｈ的键解，另外一方面由动力学仿真也得知ＮＨ３和ＭＯＧａｓ会进行反应产生没有挥发性的副产物。了解这些问题之后要设计适当的ＭＯＣＶＤ外延机台的最主要前题是要先了解ＧａＮ的成长机构，且又能降低生产成本为一重要发展趋势。

硅基锗材料的外延生长及其应用

硅基锗材料的外延生长及其应用 摘要:硅是最重要的半导体材料,在信息产业中起着不可替代的作用。但是硅材料也有一些物理局限性,比如它是间接带隙半导体材料,它的载流子迁移率低,所以硅材料的发光效率很低,器件速度比较慢。在硅衬底上外延生长其它半导体材料,可以充分发挥各自的优点,弥补硅材料的不足。本文介绍了硅衬底上的锗材料外延生长技术进展,讨论了该材料在微电子和光电子等方面的可能应用,重点介绍了它在硅基高速长波长光电探测器研制方面的应用。 关键词:硅基;锗,外延;光电探测器 Epitaxy and application of Ge layer on Silicon substrate Huiwen Nie1, Buwen Cheng2 (1.Hunan Chemical Engineering Machinery School, Hunan Industrial Technology College 2.State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083)

Abstract: Silicon is the most important semiconductor material and it is irreplaceable in the information industry. But Silicon also has some shortcomings, such as very low luminescence efficiency and low device speed due to the indirect bandgap and low carrier mobility. Growing other semiconductors on Si substrate can take the advantages of the different semiconductors and improve the performance of the Si-based devices and integrated circuits. The progress of Ge growth on Si was introduced in the paper. The application of the Si-based Ge epitaxy layer was discussed, especially the application on Si-based high speed photodetectors operating at long wavelength. Key words: Si-based, Germanium, Epitaxy, Photodetector 1引言 硅基光电集成将微电子技术和光子学技术进行融合,是 微电子技术的继承和发展,是信息技术发展的重要前沿研究 领域。其研究内容包括硅基高效光源、硅基高速光电探测器、硅基高速光调制器、低损耗光波导器件等。硅衬底上外延生长的锗(Ge)材料是硅基高速长波长光电探测器的首选材料

半导体材料 复习

第一章绪论 1．半导体材料的五大特性：整流效应、光电导效应、负电阻温度效应、光生伏特效应和霍尔效应 所谓光电导效应，是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。 电导与所加电场的方向有关，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导通，这就是半导体的整流效应。 2．能带结构 3．外延生长：在单晶衬底上生长单晶薄膜称为外延生长。如果衬底材料和外延层是同一种材料，称为同质外延；如果衬底材料和外延层不是同一种材料，称为异质外延 4．摩尔定律：1965年英特尔公司主要创始人摩尔提出了“随着芯片上电路的复杂度提高，元件数目必将增加，每个元件的成本将每年下降一半”。1965，Gordon Moore 预测半导体芯片上的晶体管数目每两年翻两番，存储器容量每三年，翻两番。 5．（简答）半导体概念及分类 物质根据其导电能力分为导体，绝缘体和半导体，半导体是导电性介于导体和绝缘体之间的材料，半导体也是因为这个得名。半导体具有五大特性：整流效应、光电导效应、负电阻温度效应、光生伏特效应和霍尔效应。半导体具有和导体及绝缘体不同的能带结构。 （1）禁带宽度的不同，又可分为：窄带隙半导体材料，Si，Ge；宽带隙半导体材料，GaN，ZnO，SiC，AlN； （2）化学组分和结构的不同，又可分为：元素半导体、化合物半导体、固溶体半导体、非晶半导体、微结构半导体、有机半导体和稀磁半导体等 （3）使用功能的不同，可分为：电子材料、光电材料、传感材料、热电致冷材料等 第二章半导体材料的基本性质 1．（简答）P型、n型半导体概念及pn节相关知识 为了控制半导体的性质而人为的掺入杂质，这些半导体称为杂质半导体，可以分为：N型半导体和P型半导体。以 在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，即构成N 型半导体(或称电子型半导体)。V 族杂质在硅中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心，称为施主杂质。 在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，即构成P 型半导体(或称空穴型半导体)。III 族杂质在硅中电离时，能够释放空穴而产生导电空穴并形成负电中心，称为受主杂质。 2．自补偿效应：有些半导体中，既有n型杂质又有p型杂质。N型杂质和P型杂质先相互补偿，称为自补偿效应。 第三章元素半导体材料 轻掺杂掺杂浓度为1017 cm-3，杂质离子100%电离 中度掺杂掺杂浓度为1017～1019 cm-3，载流子浓度低于掺杂浓度 重掺杂掺杂浓度大于1019 cm-3 第四章化合物半导体材料 高亮度白光LED的实现：