半导体论文
半导体材料研究的新进展
摘要本文重点对半导体硅材料，GaAs和InP单晶材料，半导体超晶格、量子阱材料，一维量子线、零维量子点半导体微结构材料，宽带隙半导体材料，光子晶体材料，量子比特构建与材料等达到的水平和器件概况及其趋势作了概述。最后，提出了发展我国半导体材料的建议。
关键词半导体材料量子线量子点材料光子晶体
1半导体材料的战略地位
上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地着世界的、格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。
2几种主要半导体材料的发展现状与趋势
2.1硅材料
从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。
从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smart cut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI 的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。
2.2 GaAs和InP单晶材料
GaAs和InP与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。
目前，世界GaAs单晶的总年产量已超过200吨，其中以低位错密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）生长的2－3英寸的导电GaAs衬底材料为主；近年来，为满足高速移动通信的迫切需求，大直径（4，6和8英寸）的SI－GaAs 发展很快。美国莫托罗拉公司正在筹建6英寸的SI－GaAs集成电路生产线。InP 具有比GaAs更优越的高频性能，发展的速度更快，但研制直径3英寸以上大直径的InP单晶的关键技术尚未完全突破，价格居高不下。
GaAs和InP单晶的发展趋势是：
（1）增大晶体直径，目前4英寸的SI－GaAs已用于生产，预计本世纪初的头几年直径为6英寸的SI－GaAs也将投入工业应用。
（2）提高材料的电学和光学微区均匀性。
（3）降低单晶的缺陷密度，特别是位错。
（4）GaAs和InP单晶的VGF生长技术发展很快，很有可能成为主流技术。
2.3半导体超晶格、量子阱材料
半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术（MBE，MOCVD）的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想，出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴，是新一代固态量子器件的基础材料。
（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。 GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP ／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速，超高频微电子器件和单片集成电路。高电子迁移率晶体管（HEMT），赝配高电子迁移率晶体管（P－HEMT）器件最好水平已达fmax=600GHz，输出功率58mW，功率增益6.4db；双异质结双极晶体管（HBT）的最高频率fmax也已高达500GHz，HEMT逻辑电路研制也发展很快。基于上述材料体系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探测器，红、黄、橙光发光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器已商品化；表面光发射器件和光双稳器件等也已达到或接近达到实用化水平。目前，研制高质量的1.5μm分布反馈（DFB）激光器和电吸收（EA）调制器单片集成InP基多量子阱材料和超高速驱动电路所需的低维结构材料是解决光纤通信瓶颈问题的关键，在实验室西门子公司已完成了80×40Gbps传输40km 的实验。另外，用于制造准连续兆瓦级大功率激光阵列的高质量量子阱材料也受到人们的重视。虽然常规量子阱结构端面发射激光器是目前光电子领域占统治地位的有源器件，但由于其有源区极薄（～0.01μm）端面光电灾变损伤，大电流电热烧毁和光束质量差一直是此类激光器的性能改善和功率提高的难题。采用多有源区量子级联耦合是解决此难题的有效途径之一。我国早在1999年，就研制成功980nm InGaAs带间量子级联激光器，输出功率达5W以上；2000年初，法国汤姆逊公司又报道了单个激光器准连续输出功率超过10瓦好结果。最近，我国的科研工作者又提出并开展了多有源区纵向光耦合垂直腔面发射激光器，这是
一种具有高增益、极低阈值、高功率和高光束质量的新型激光器，在未来光通信、光互联与光电信息处理方面有着良好的应用前景。为克服PN结半导体激光器的能隙对激光器波长范围的限制，1994年美国贝尔实验室发明了基于量子阱内子带跃迁和阱间共振隧穿的量子级联激光器，突破了半导体能隙对波长的限制。自从1994年InGaAs／InAIAs／InP量子级联激光器（QCLs）发明以来，Bell 实验室等的科学家，在过去的7年多的时间里，QCLs在向大功率、高温和单膜工作等研究方面取得了显着的进展。2001年瑞士Neuchatel大学的科学家采用双声子共振和三量子阱有源区结构使波长为9.1μm的QCLs的工作温度高达312K，连续输出功率3mW.量子级联激光器的工作波长已覆盖近红外到远红外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光谱、超高灵敏气体传感器、高速调制器和无线光学连接等方面显示出重要的应用前景。中科院上海微系统和信息技术研究所于1999年研制成功120K 5μm和250K 8μm的量子级联激光器；中科院半导体研究所于2000年又研制成功3.7μm室温准连续应变补偿量子级联激光器，使我国成为能研制这类高质量激光器材料为数不多的几个国家之一。
目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作为超薄层微结构材料发展的主流方向，正从直径3英寸向4英寸过渡；生产型的MBE和M0CVD设备已研制成功并投入使用，每台年生产能力可高达3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英国卡迪夫的MOCVD中心，法国的Picogiga MBE基地，美国的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有这种外延材料出售。生产型MBE和MOCVD 设备的成熟与应用，必然促进衬底材料设备和材料评价技术的发展。
（2）硅基应变异质结构材料。
硅基光、电器件集成一直是人们所追求的目标。但由于硅是间接带隙，如何提高硅基材料发光效率就成为一个亟待解决的问题。虽经多年研究，但进展缓慢。人们目前正致力于探索硅基纳米材料（纳米Si／SiO2），硅基SiGeC体系的Si1－yCy/Si1－xGex低维结构，Ge／Si量子点和量子点超晶格材料，Si／SiC量子点材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED 发光器件和有关纳米硅的受激放大现象的报道，使人们看到了一线希望。
另一方面，GeSi／Si应变层超晶格材料，因其在新一代移动通信上的重要应用前景，而成为目前硅基材料研究的主流。Si/GeSi MODFET和MOSFET的最高截止频率已达200GHz，HBT最高振荡频率为160GHz，噪音在10GHz下为0.9db，其性能可与GaAs器件相媲美。尽管GaAs／Si和InP／Si是实现光电子集成理想的材料体系，但由于晶格失配和热膨胀系数等不同造成的高密度失配位错而导致器件性能退化和失效，防碍着它的使用化。最近，Motolora等公司宣称，他们在12英寸的硅衬底上，用钛酸锶作协变层（柔性层），成功的生长了器件级的GaAs外延薄膜，取得了突破性的进展。
2.4一维量子线、零维量子点半导体微结构材料
基于量子尺寸效应、量子干涉效应，量子隧穿效应和库仑阻效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造（通过能带工程实施）的新型半导体材料，是新一代微电子、光电子器件和电路的基础。它的发展与应用，极有可能触发新的技术革命。目前低维半导体材料生长与制备主要集中在几个比较成熟的材料体系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP，InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在纳米微电子和光电子研制方面取得了重大进展。俄罗斯约飞技术物理所MBE小组，柏林的俄德联合研制小组和中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子点激光器，工作波长lμm左右，单管室温连续输出功率高达3.6～4W.特别应当指出的是我国上述的MBE小组，2001年通过在高功率量子点激光器的有源区材料结构中引入应力缓解层，抑制了缺陷和位错的产生，提高了量子点激光器的工作寿命，室温下连续输出功率为1W时工作寿命超过5000小时，这是大功率激光器的一个关键参数，至今未见国外报道。
在单晶体管和单电子存贮器及其电路的研制方面也获得了重大进展，1994年日本NTT就研制成功沟道长度为30nm纳米单电子晶体管，并在150K观察到栅控源－漏电流振荡；1997年美国又报道了可在室温工作的单电子开关器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工艺技术实现了128Mb的单电子存贮器原型样机的制造，这是在单电子器件在高密度存贮电路的方面迈出的关键一步。，基于量子点
的自适应机，单光子源和应用于量子计算的量子比特的构建等方面的也正在进行中。与半导体超晶格和量子点结构的生长制备相比，高度有序的半导体量子线的制备技术难度较大。中科院半导体所半导体材料重点实验室的MBE小组，在继利用MBE技术和SK生长模式，成功地制备了高空间有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子线和量子线超晶格结构的基础上，对InAs／InAlAs量子线超晶格的空间自对准（垂直或斜对准）的物理起因和生长控制进行了研究，取得了较大进展。王中林教授领导的乔治亚理工大学的材料科学与工程系和化学与生物化学系的研究小组，基于无催化剂、控制生长条件的氧化物粉末的热蒸发技术，成功地合成了诸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半导体氧化物纳米带，它们与具有圆柱对称截面的中空纳米管或纳米线不同，这些原生的纳米带呈现出高纯、结构均匀和单晶体，几乎无缺陷和位错；纳米线呈矩形截面，典型的宽度为20－300nm，宽厚比为5－10，长度可达数毫米。这种半导体氧化物纳米带是一个理想的材料体系，可以用来研究载流子维度受限的输运现象和基于它的功能器件制造。香港城市大学李述汤教授和瑞典隆德大学固体物理系纳米中心的Lars Samuelson教授领导的小组，分别在SiO2／Si和InAs／InP半导体量子线超晶格结构的生长制各方面也取得了重要进展。低维半导体结构制备的很多，主要有：微结构材料生长和精细加工工艺相结合的方法，应变自组装量子线、量子点材料生长技术，图形化衬底和不同取向晶面选择生长技术，单原子操纵和加工技术，纳米结构的辐照制备技术，及其在沸石的笼子中、纳米碳管和溶液中等通过物理或化学方法制备量子点和量子线的技术等。目前的主要趋势是寻找原子级无损伤加工方法和纳米结构的应变自组装可控生长技术，以求获得大小、形状均匀、密度可控的无缺陷纳米结构。
2.5宽带隙半导体材料
宽带隙半导体材主要指的是金刚石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶体等，特别是SiC、GaN和金刚石薄膜等材料，因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点，成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器件和电路的理想材料；在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。另外，III族氮化物也是
很好的光电子材料，在蓝、绿光发光二极管（LED）和紫、蓝、绿光激光器（LD）以及紫外探测器等应用方面也显示了广泛的应用前景。随着1993年GaN材料的P型掺杂突破，GaN基材料成为蓝绿光发光材料的研究热点。目前，GaN基蓝绿光发光二极管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大输出功率为0.5W.在微电子器件研制方面，GaN基FET的最高工作频率（fmax）已达140GHz，fT=67 GHz，跨导为260ms／mm；HEMT器件也相继问世，发展很快。此外，256×256 GaN基紫外光电焦平面阵列探测器也已研制成功。特别值得提出的是，日本Sumitomo 电子有限公司2000年宣称，他们采用热力学方法已研制成功2英寸GaN单晶材料，这将有力的推动蓝光激光器和GaN基电子器件的发展。另外，近年来具有反常带隙弯曲的窄禁带InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重视，这是因为它们在长波长光通信用高T0光源和太阳能电池等方面显示了重要应用前景。以Cree公司为代表的体SiC单晶的研制已取得突破性进展，2英寸的4H和6H SiC单晶与外延片，以及3英寸的4H SiC单晶己有商品出售；以SiC 为GaN基材料衬低的蓝绿光LED业已上市，并参于与以蓝宝石为衬低的GaN基发光器件的竟争。其他SiC相关高温器件的研制也取得了长足的进步。目前存在的主要是材料中的缺陷密度高，且价格昂贵。II－VI族兰绿光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美国3M公司成功地解决了II－VI族的P型掺杂难点而得到迅速发展。1991年3M公司利用MBE技术率先宣布了电注入（Zn，Cd）Se ／ZnSe兰光激光器在77K（495nm）脉冲输出功率100mW的消息，开始了II－VI 族兰绿光半导体激光（材料）器件研制的高潮。经过多年的努力，目前ZnSe基II－VI族兰绿光激光器的寿命虽已超过1000小时，但离使用差距尚大，加之GaN 基材料的迅速发展和应用，使II－VI族兰绿光材料研制步伐有所变缓。提高有源区材料的完整性，特别是要降低由非化学配比导致的点缺陷密度和进一步降低失配位错和解决欧姆接触等问题，仍是该材料体系走向实用化前必须要解决的问题。宽带隙半导体异质结构材料往往也是典型的大失配异质结构材料，所谓大失配异质结构材料是指晶格常数、热膨胀系数或晶体的对称性等物理参数有较大差异的材料体系，如GaN／蓝宝石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引发界面处大量位错和缺陷的产生，极大地着微结构材料的光电性能及其器件应用。如何避免和消除这一负面影响，是目前材料制备中的一个迫切要解
决的关键科学问题。这个问题的解泱，必将大大地拓宽材料的可选择余地，开辟新的应用领域。目前，除SiC单晶衬低材料，GaN基蓝光LED材料和器件已有商品出售外，大多数高温半导体材料仍处在实验室研制阶段，不少影响这类材料发展的关键问题，如GaN衬底，ZnO单晶簿膜制备，P型掺杂和欧姆电极接触，单晶金刚石薄膜生长与N型掺杂，II－VI族材料的退化机理等仍是制约这些材料实用化的关键问题，国内外虽已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。
3光子晶体光子晶体是一种人工微结构材料，介电常数周期的被调制在与工作波长相比拟的尺度，来自结构单元的散射波的多重干涉形成一个光子带隙，与半导体材料的电子能隙相似，并可用类似于固态晶体中的能带论来描述三维周期介电结构中光波的传播，相应光子晶体光带隙（禁带）能量的光波模式在其中的传播是被禁止的。如果光子晶体的周期性被破坏，那么在禁带中也会引入所谓的“施主”和“受主”模，光子态密度随光子晶体维度降低而量子化。如三维受限的“受主”掺杂的光子晶体有希望制成非常高Q值的单模微腔，从而为研制高质量微腔激光器开辟新的途径。光子晶体的制备方法主要有：聚焦离子束（FIB）结合脉冲激光蒸发方法，即先用脉冲激光蒸发制备如Ag/MnO多层膜，再用FIB 注入隔离形成一维或二维平面阵列光子晶体；基于功能粒子（磁性纳米颗粒Fe2O3，发光纳米颗粒CdS和介电纳米颗粒TiO2）和共轭高分子的自组装方法，可形成适用于可光范围的三维纳米颗粒光子晶体；二维多空硅也可制作成一个理想的3－5μm和1.5μm光子带隙材料等。目前，二维光子晶体制造已取得很大进展，但三维光子晶体的研究，仍是一个具有挑战性的课题。最近，Campbell 等人提出了全息光栅光刻的方法来制造三维光子晶体，取得了进展。
4、量子比特构建与材料随着微电子技术的发展，计算机芯片集成度不断增高，器件尺寸越来越小（nm尺度）并最终将受到器件工作原理和工艺技术限制，而无法满足人类对更大信息量的需求。为此，发展基于全新原理和结构的功能强大的计算机是21世纪人类面临的巨大挑战之一。1994年Shor基于量子态叠加性提出的量子并行算法并证明可轻而易举地破译目前广泛使用的公开密钥Rivest，Shamir和Adlman（RSA）体系，引起了人们的广泛重视。所谓量子计算机是应用量子力学原理进行计的装置，上讲它比传统计算机有更快的运算速
度，更大信息传递量和更高信息安全保障，有可能超越目前计算机理想极限。实现量子比特构造和量子计算机的设想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一个实现大规模量子计算的方案。其核心是利用硅纳米电子器件中磷施主核自旋进行信息编码，通过外加电场控制核自旋间相互作用实现其逻辑运算，自旋测量是由自旋极化电子电流来完成，计算机要工作在mK的低温下。这种量子计算机的最终实现依赖于与硅平面工艺兼容的硅纳米电子技术的发展。除此之外，为了避免杂质对磷核自旋的干扰，必需使用高纯（无杂质）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅单晶；减小SiO2绝缘层的无序涨落以及如何在硅里掺入规则的磷原子阵列等是实现量子计算的关键。量子态在传输，处理和存储过程中可能因环境的耦合（干扰），而从量子叠加态演化成经典的混合态，即所谓失去相干，特别是在大规模计算中能否始终保持量子态间的相干是量子计算机走向实用化前所必需克服的难题。
5发展我国半导体材料的几点建议
鉴于我国目前的工业基础，国力和半导体材料的发展水平，提出以下发展建议供。
5.1硅单晶和外延材料硅材料作为微电子技术的主导地位
至少到本世纪中叶都不会改变，至今国内各大集成电路制造厂家所需的硅片基本上是依赖进口。目前国内虽已可拉制8英寸的硅单晶和小批量生产6英寸的硅外延片，然而都未形成稳定的批量生产能力，更谈不上规模生产。建议国家集中人力和财力，首先开展8英寸硅单晶实用化和6英寸硅外延片研究开发，在“十五”的后期，争取做到8英寸集成电路生产线用硅单晶材料的国产化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我国应有8～12英寸硅单晶、片材和8英寸硅外延片的规模生产能力；更大直径的硅单晶、片材和外延片也应及时布点研制。另外，硅多晶材料生产基地及其相配套的高纯石英、气体和化学试剂等也必需同时给以重视，只有这样，才能逐步改观我国微电子技术的落后局面，进入世界发达国家之林。
5.2 GaAs及其有关化合物半导体单晶材料发展建议
GaAs、InP等单晶材料同国外的差距主要表现在拉晶和晶片加工设备落后，没有形成生产能力。相信在国家各部委的统一组织、领导下，并争取介入，建立我国自己的研究、开发和生产联合体，取各家之长，分工协作，到2010年赶上世界先进水平是可能的。要达到上述目的，到“十五”末应形成以4英寸单晶为主2－3吨／年的SI－GaAs和3－5吨／年掺杂GaAs、InP单晶和开盒就用晶片的生产能力，以满足我国不断发展的微电子和光电子工业的需术。到2010年，应当实现4英寸GaAs生产线的国产化，并具有满足6英寸线的供片能力。
5.3发展超晶格、量子阱和一维、零维半导体微结构材料的建议
（1）超晶格、量子阱材料从目前我国国力和我们已有的基础出发，应以三基色（超高亮度红、绿和蓝光）材料和光通信材料为主攻方向，并兼顾新一代微电子器件和电路的需求，加强MBE和MOCVD两个基地的建设，引进必要的适合批量生产的工业型MBE和MOCVD设备并着重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基蓝绿光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料体系的实用化研究是当务之急，争取在“十五”末，能满足国内2、3和4英寸GaAs生产线所需要的异质结材料。到2010年，每年能具备至少100万平方英寸MBE和MOCVD微电子和光电子微结构材料的生产能力。达到本世纪初的国际水平。宽带隙高温半导体材料如SiC，GaN基微电子材料和单晶金刚石薄膜以及ZnO等材料也应择优布点，分别做好研究与开发工作。
（2）一维和零维半导体材料的发展设想。基于低维半导体微结构材料的固态纳米量子器件，目前虽然仍处在预研阶段，但极其重要，极有可能触发微电子、光电子技术新的革命。低维量子器件的制造依赖于低维结构材料生长和纳米加工技术的进步，而纳米结构材料的质量又很大程度上取决于生长和制备技术的水平。因而，集中人力、物力建设我国自己的纳米科学与技术研究发展中心就成为了成败的关键。具体目标是，“十五”末，在半导体量子线、量子点材料制备，量子器件研制和系统集成等若干个重要研究方向接近当时的国际先进水平；2010年在有实用化前景的量子点激光器，量子共振隧穿器件和单电子器件及其集成等研发方面，达到国际先进水平，并在国际该领域占有一席之地。可以预料，它的实施必将极大地增强我国的和国防实力。本文限于篇幅，只讨论了几种最重
要的半导体材料，II－VI族宽禁带与II－VI族窄禁带红外半导体材料，高效太阳电池材料Cu（In，Ga）Se2，CuIn（Se，S）等以及发展迅速的有机半导体材料等没有涉及。
半导体物期末论文(精)
半导体掺杂在光催化中的应用 摘要：作为一种高级氧化工艺，半导体光催化氧化技术能有效降解多种对环境有害的污染物，使污染物矿化为CO 2、H 2O 及其他无机小分子物质。然而现在光催化剂仍有光能利用率不高等缺陷。本文从4个方面介绍了光催化剂改进方法之一掺杂。 关键字：掺杂；半导体；光催化。 1引言： 众所周知，掺杂对半导体材料和半导体器件的性能（包括光、电、磁等）影响很大，而且近年来对半导体掺杂的研究领域备受关注，尤其是应用到光催化中。尽管半导体光催化已经取得了举世瞩目的成就，但从能量的利用方面考虑，仍然存在着严重阻碍光催化技术产业化进程的诸多缺陷。这些缺陷主要体现在：对太阳能的利用率偏低(到达地面的太阳能中只有3%~4%可被利用，单纯的光催化剂光生载流子的复合率偏高等。针对这些缺陷，半导体光催化剂改性的主要目的在于拓展光催化剂对太阳能的吸收范围以及提高光生电子和空穴分离率，降低两者的复合率等。Anpo 用高能注入法的研究表明，过渡金属的掺杂可将光催化剂的光响应拓展到可见光区，其红移的程度不仅取决于过渡金属离子的注入量，而且与所注人的过渡金属类型密切相关。过渡金属离子的掺杂在半导体催化剂中增加了缺陷中心，在能带中引入了杂质能级，这种杂质能级可作为光生载流子的捕获阱，从而延长载流子的寿命。一般来说，过渡金属离子的掺杂量都不大，否则反而有可能成为载流子的复合中心而加速复合过程。 2正文 2.1基本概念 （1）扩散：扩散掺杂工艺的发展是半导体生产的一大进步。扩散，一种材料通过另一种材料的运动，是一种自然的化学过程，在现实生活中有很多例子。扩散
的发生需要两个必要的条件。第一，一种材料的浓度必需高于另外一种。第二，系统内部必须有足够的能量使高浓度的材料进入或通过另一种材料。扩散的原理 被用来将N-型或P-型杂质引进到半导体表层深部。 （2）掺杂特性：掺入微量杂志可引起载流子浓度变化，从而明前改变半导体的导电能力。此外，在同一种材料中掺入不同类型的杂志，可得到不同导型的材料（P 型或N 型） （3）掺杂分为两类：施主掺杂和受主掺杂。施主掺杂：杂质提供自由电子而本身成为带正电的粒子，成为N 型半导体，N 型半导体的载流子是电子。受主掺杂：杂质原子提供空穴而本身变成带负电的粒子，成为P 型半导体，P 型半导体的载流子是空穴。 （4）半导体光催化的基本原理 当采用光子能量大于半导体禁带宽度的光照射半导体表面时，半导体吸收光子，价带电子被激发到导带，并同时在价带中留下空穴，这就产生了电子-空穴对。由于半导体禁带的存在，光生电子和空穴在复合前有足够的时间迁移到半导体表面并与表面吸附物种(羟基自由基、超氧根负离子、有机物等发生能量交换和电荷交换，产生具有强氧化性的羟基自由基、双氧水和超氧根负离子等。在整个光催化反应过程中，界面电荷迁移的总量子效率决定于两个重要的竞争过程，即载流子复合与载流子被捕获的竞争以及随后进行的被捕获载流子复合与界面电荷迁移的竞争显然，被捕获载流子的界面转移是光催化过程的速控步骤，而光生电子与空穴的复合对半导体光催化的量子效率十分不利，因此，光生电子和空穴必须克服相互的静电引力才能达到空间上的分离，进而扩散到半导体表面，以利于后续反应的进行。 2.2提离光催化剂的光谱晌应范围 （1）金属离子掺杂
半导体材料论文
论述半导体材料 一、半导体材料的分类； 半导体材料是导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料，其电导率在10（U-3）～10（U-9）Ω/cm范围内。 半导体材料可按化学组成来分，再将结构与性能比较特殊的非晶态与液态半导体单独列为一类。按照这样分类方法可将半导体材料分为元素半导体、化合物半导体、有机半导体、固溶体半导体和非晶态与液态半导体。元素半导体大约有十几种，处于ⅢA族—ⅦA族的金属元素与非金属元素交界处，如Ge，Si，Se，Te等；化合物半导体分为二元化合物半导体和多元化合物半导体；有机半导体分为有机分子晶体、有机分子络合物、和高分子聚合物，一般指具有半导体性质的碳-碳双键有机化合物，电导率为10-10~102Ω·cm。固溶体半导体是由两个或多个晶格结构类似的元素化合物相融合而成，有二元系和三元系之分，如ⅣA-ⅣA组成的Ge-Si固溶体，ⅤA-ⅤA组成的Bi-Sb 固溶体。原子排列短程有序、长程无序的半导体成为非晶态半导体，主要有非晶硅、非晶锗等。 二、半导体材料的特性参数； 半导体材料的特性参数对半导体的应用甚为重要，因为不用的性质决定着不同的用途。下面介绍晶体管、光电器件和温差电器件对半导体材料特性的要求。
1.晶体管对半导体材料特性的要求：根据晶体管的工作原理，要求材料有较大的非平衡载流子寿命和载流子迁移率。用载流子迁移率大的材料制成的晶体管可以工作于更高的频率（有较好的频率响应）。晶体缺陷会影响晶体管的特性甚至使其失效。晶体管的工作温度高温限决定于禁带宽度的大小。禁带宽度越大，晶体管正常工作的高温限也越高。 2.光电器件对材料特性的要求：利用半导体的光电导（光照后增加的电导）性能的辐射探测器所适用的辐射频率范围与材料的禁带宽度有关。材料的非平衡载流子寿命越大，则探测器的灵敏度越高，而从光作用于探测器到产生响应所需的时间(即探测器的弛豫时间)也越长。因此，高的灵敏度和短的弛豫时间二者难于兼顾。对于太阳电池来说，为了得到高的转换效率，要求材料有大的非平衡载流子寿命和适中的禁带宽度(禁带宽度于1.1至1.6电子伏之间最合适)。晶体缺陷会使半导体发光二极管、半导体激光二极管的发光效率大为降低。 3.温差电器件对材料特性的要求：为提高温差电器件的转换效率首先要使器件两端的温差大。当低温处的温度（一般为环境温度）固定时，温差决定于高温处的温度，即温差电器件的工作温度。为了适应足够高的工作温度就要求材料的禁带宽度不能太小，其次材料要有大的温差电动势率、小的电阻率和小的热导率。 三、半导体材料的应用举例； 1.元素半导体材料：硅在当前的应用相当广泛，他不仅是半导体集成电路、半导体器件和硅太阳能电池的基础材料，而且用半导体制
半导体论文 (1)
制备P型氧化锌薄膜的方法 摘要近年来随着光电器件的发展，对于短波长光电材料的需求也日益提高，而氧化锌（ZnO）作为直接宽带隙半导体材料，有着高达 60 meV 的激子束缚能，是下一代短波长光电材料的潜在材料。有效的p 型氧化锌薄膜掺杂是实现氧化锌基光电器件的基础，但是氧化锌p型掺杂非常难以实现。本文主要是简述制备氧化锌p型的五种方法及其每种方法的制备机制并为氧化锌p型的发展稍作展望。 关键词 氧化锌（ZnO）薄膜、p型、制备方法 正文 一、p型氧化锌薄膜的重要性 首先，我们来说一下，为什么现在都在大力研发制备p型氧化膜。氧化锌是一种新型的Ⅱ－Ⅵ族直接带隙宽禁带化合物半导体材料，具有优异的光学和电学特性，具备了发射蓝光或近紫外光的优越条件，有望开发出紫外、绿光、蓝光等多种发光器件。实现氧化锌基光电器件的关键技术是制备出优质的p型氧化锌薄膜。本征氧化锌是一种n 型半导体，必须通过受主掺杂才能实现p型转变。但是由于氧化锌中存在较多本征施主缺陷，对受主掺杂产生高度自补偿作用，并且受主杂质固溶度很低，难以实现p型转变，导致无法制得半导体器件的核心——氧化锌p－n结结构，极大地限制了氧化锌基光电器件的开发应用。只有掌握了p型氧化锌薄膜的制备，才能实现上述的一切。二、制备p型氧化锌薄膜的几种方法
下面我将给大家介绍几种氧化锌p型掺杂的方法。 1.第一种，叫做共掺杂法。此方法利用了受主间的静电排斥与施主和受主的静电吸引形成的亚稳定A-D-A复合体。复合体导致强烈的离子特性，引起马德隆能减小，同时，两种掺杂元素不同的原子半径引起晶格松弛，使得固溶度有较大增加。另外施主和受主波函数的强烈杂化导致施主能级向高能量方向移动，而受主能级向低能量方向移动，即由杂质深能级向浅能级变化，其结果是载流子的激活率有较大增加。这种复合体产生短程类偶极子散射，而非单独受主存在时的长程库仑散射，提高了载流子的迁移率。氧化锌掺杂后会引起晶格马德隆能的变化，施主元素的掺入引起马德隆能下降，而受主元素的掺入则引起马德隆能上升，将会影响 p 型氧化锌的形成，而采用施主和受主按 1∶2 进行共掺杂的方法，不仅能够增加固溶度，而且能够降低马德隆能。以单晶氧化锌为衬底，利用真空蒸发在其上沉积一层 Zn3P2薄膜，然后置于KrF激光下进行紫外照射，Zn3P2分解为Zn和P原子，并扩散进入氧化锌晶体，P取代O，得到p型氧化锌，N2/O2分压为4×10 Pa，以防止原子的反蒸发。 2.第二种是磁控溅射法。直流（射频）磁控溅射是利用惰性气体离子高速轰击阴极的靶材，靶材中的原子逸出并沉积到基体的表面形成薄膜。磁控溅射可以在较低工作压强下得到较高的沉积速率，并且可以在较低基片温度下获得高质量薄膜。具有膜层均匀、致密、纯度高、附着牢、沉积速率高等优点。第一次用直流反应磁控溅射制备c 轴取向的p型氧化锌薄膜，以α-Al2O3和p型Si为衬底材料，纯锌
半导体材料介绍论文
半导体材料介绍 摘要：本文主要介绍半导体材料的特征、分类、制备工艺以及半导体材料的一些参数。 半导体在我们的日常生活中应用很广泛，半导体材料的一些结构和参数决定了 它的特性。以二氧化钛为例，它就是一种半导体材料，其结构和性能决定了它 在降解有机污染物方面的应用，人们现在研究了有关它的性质，并将进一步研 究提高它的光催化效果。 关键词：半导体材料导电能力载流子电阻率电子空穴 正文： 半导体材料是导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料，其电导率在10（U-3）～10（U-9）欧姆/厘米范围内。 半导体材料可按化学组成来分，再将结构与性能比较特殊的非晶态与液态半导体单独列为一类。按照这样分类方法可将半导体材料分为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体。 制备不同的半导体器件对半导体材料有不同的形态要求，包括单晶的切片、磨片、抛光片、薄膜等。半导体材料的不同形态要求对应不同的加工工艺。常用的半导体材料制备工艺有提纯、单晶的制备和薄膜外延生长。 半导体材料虽然种类繁多但有一些固有的特性，称为半导体材料的特性参数。这些特性参数不仅能反映半导体材料与其他非半导体材料之间的差别，而且更重要的是能反映各种半导体材料之间甚至同一种材料在不同情况下特性上的量的差别。常用的半导体材料的特性参数有：禁带宽度、电阻率、载流子迁移率(载流子即半导体中参加导电的电子和空穴)、非平衡载流子寿命、位错密度。禁带宽度由半导体的电子态、原子组态决定，反映组成这种材料的原子中价电子从束缚状态激发到自由状态所需的能量。电阻率、载流子迁移率反映材料的导电能力。非平衡载流子寿命反映半导体材料在外界作用（如光或电场）下内部的载流子由非平衡状态向平衡状态过渡的弛豫特性。位错是晶体中最常见的一类晶体缺陷。位错密度可以用来衡量半导体单晶材料晶格完整性的程度。当然，对于非晶态半导体是没有这一反映晶格完整性的特性参数的。 半导体材料的特性参数对于材料应用甚为重要。因为不同的特性决定不同的用途。晶体管对材料特性的要求：根据晶体管的工作原理，要求材料有较大的非平衡载流子寿命和载流子迁移率。用载流子迁移率大的材料制成的晶体管可以工作于更高的频率（有较好的频率响应）。晶体缺陷会影响晶体管的特性甚至使其失效。晶体管的工作温度高温限决定于禁带宽度的大小。禁带
半导体材料论文
砷化镓单晶的制备及应用 摘要 随着全球科技的快速发展，当今世界已经进入了信息时代。作为信息领域的命脉，光电子技术和微电子技术无疑成为了科技发展的焦点。砷化镓作为第二代III-V族化合物半导体材料，现在虽然还没有硅材料应用的普及，但它凭借着工作速度和频率上的优势也在迅速地扩大着它的使用领域。为了能让大家更好地了解砷化镓这个具有无限潜力和广阔前景的半导体单晶，我决定对砷化镓的制备工艺过程及其应用做一些介绍。 Summary As the global technologe developes fast,the world has entered the information age.To be the lifeblood of the field of information,optoelectronics and microelectronics technology undoubtedly become the focus of scientific and technological development.As the second generation of III-V compound semiconductor,Though GaAs is not as universal as Si,with the superiority of its work speed and frequency,it is expanding its field of use fast.In order to let you know GaAs better,I decide to introduce something about GaAs's preparation process and application 关键词：制备密封熔体直拉法热传递缺陷性能发展动态应用领域一、砷化镓的制备过程 随着对砷化镓使用的愈加广泛，人类对砷化镓的制备工艺也在进行着不断地研究和完善，到目前为止已经有多种砷化镓的制备工艺技术，其中最主要的要属水平布里奇曼法和液态密封法。下面我将对液态密封法制备砷化镓工艺全过程做一些介绍。 液态密封法也称LEP法或LEC法，它是目前拉制大直径III-V族化合物晶体的最重要的方法。它的大概过程是再高压炉内，将欲拉制的化合物材料盛于石英坩埚中，上面覆盖一层透明而黏滞的惰性熔体，将整个化合物熔体密封起来，然后再在惰性熔体上充以一定压力的惰性气体，用此法来抑制化合物材料的离解。 LEC法制备砷化镓单晶的工艺流程如下: 1.装料：一石英杯装Ga，一石英安瓶装As，石英坩埚中装B2O3。 2.抽真空下，B2O3加热脱水（900-1000度），Ga杯，As瓶烘烤除去氧化膜。 3.降温至600-700度，将Ga倒入坩埚内沉没在B2O3下，充Ar气。
《半导体器件测试技术》课程论文模板
2011—2012年第二学期《半导体器件测试技术》期末考核课程论文 西数WDC WD3200AAJS-08L7A0 (320GB) 硬盘测试报告 学院：物理与电子工程学院 专业班级：电子信息科学与技术专业2010级 姓名：张三 学号： XXXXXXXXXXXX 2012年6月23日 西数WDC WD3200AAJS-08L7A0 (320GB) 硬盘测试报告 张三XXXXXXXXXX 摘要：一台计算机的主要组成原件有三大件，即：CPU、主板、内存。一台计算机的性能优劣也主要由这三大件来决定的，它们的好坏直接决定了整台计算机给不给力。但随着时代的进步，人们在计算机里存储的资料也越来越多，越来越大，说到这里就不得不提出计算机内还有一样东西也越来越重要，那就是硬盘了。 关键字：硬盘、转速、传输速率、容量、缓存 引言 硬盘是一种主要的电脑存储媒介，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料。绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。不过，现在可移动硬盘越来越普及，种类也越来越多。 绝大多数台式电脑使用的硬盘要么采用 IDE 接口，要么采用 SCSI 接口。SCSI 接口硬盘的优势在于，最多可以有七种不同的设备可以联接在同一个控制器面板上。由于硬盘以每秒3000—10000转的恒定高速度旋转，因此，从硬盘上读取数据只需要很短的时间。 如今市场上的硬盘生产厂商很多，硬盘的品牌也就很多，今天我测试的一款硬盘呢是一款PC兼容机的西数的WD3200AAJS-08L7A0(320GB)的硬盘。测试硬盘有很多方法，也有很多专业的硬盘测试软件。这次我就采取了用专业软件测试，所以在测试之前呢，首先要去选择下载一个硬盘测试软件，我选择的是一个硬盘测试的专业版软件，HD Tune 专业版 v4.60 –硬盘专业工具。测试硬盘主要就是对硬盘的一些主要参数进行测量。一块硬盘的主要参数包括：
半导体材料ZnO专题介绍
深圳大学考试答题纸 (以论文、报告等形式考核专用) 二○～二○学年度第学期 课程编号课程名称主讲教师评分学号姓名专业年级 教师评语： 题目：
目录 摘要 (4) 1.ZnO的发展历史与基本性质 (5) 1.1 ZnO的发展历史 (5) 1.2 ZnO的基本性质 (5) 1.2.1 ZnO的晶体结构 (5) 1.2.2 ZnO的物理化学性质 (6) 1.2.3 ZnO的其他性质 (7) 1.2.3.1 紫外受激发射特性 (7) 1.2.3.2透明导体特性 (8) 1.2.3.3 气敏性 (8) 1.2.3.4 压敏特性 (8) 1.2.3.5 P-N结特性 (9) 1.2.3.6压电特性 (9) 2.ZnO的原料的获取与提纯 (10) 2.1原料的获取 (10) 2.2原料的提纯 (11) 2.2.1直接法（美国法） (11) 2.2.2间接法（法国法） (11) 2.2.3化学湿法 (12) 3.ZnO的单晶的制备 (13) 3.1水热法 (13) 3.2 化学气相输运法 (14) 4.ZnO的薄膜的制备 (16) 4.1 脉冲激光沉积法PLD (16) 4.2 金属有机物气相外延法MOCVD (17) 4.3 喷雾热解法 (17) 4.4磁控溅射法 (18)
4.5溶胶-凝胶法Sol-gel (19) 5.ZnO的应用与前景 (21) 5.1ZnO的应用方向 (21) 5.1.1短波长发光材料 (21) 5.1.2氮化镓薄膜的缓冲层 (22) 5.1.3集成光学 (22) 5.1.4电声器件与声光器件 (22) 5.1.5 传感器和高效率器件 (22) 5.2 ZnO的问题与挑战 (23) 5.3 ZnO的前景 (24) 谢辞 (25) 参考文献 (26)
半导体材料论文
1半导体材料的战略地位 上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。 2几种主要半导体材料的发展现状与趋势 2.1硅材料 从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。 从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smart cut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。 理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI 的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。 2.2 GaAs和InP单晶材料 GaAs和InP与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。 目前，世界GaAs单晶的总年产量已超过200吨，其中以低位错密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生长的2－3英寸的导电GaAs衬底材料为主；近年来，为满足
半导体材料概念简介---选修课论文
半导体材料 摘要：目前半导体产品广泛应用于生活生产中，半导体材料及其应用已经成为衡量一个国家经济发展和科技进步的重要标志。本文对半导体材料的定义、特性性能、材料分类及应用和发展方向作出简要解析。 关键词：半导体材料半导体材料分类半导体特性制备方法半导体材料应用引言：20世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；70年代光纤通讯技术迅速发展并逐步形成高新技术产业，使人类进入信息时代；超晶格概念的提出及其半导体超晶格，量子阱材料的诞生，改变了光电器件的发展，纳米技术的发展与运用使得半导体进入纳米时代。然而半导体材料的价值仍在于它的光学、电学及其他各种特性，自硅出现在很长时间内，硅仍将是大规模集成电路的主要材料，如在军事领域中应用的抗辐射硅单体、高效太阳能电池用硅单体、红外CCD器件用硅单体等。 随着半导体技术的发展和半导体材料的研究，微电子技术朝着高密度，高可靠性方向发展，各种各样新的半导体材料出现，而 GaAs和InP基材料等还是化合物半导体及器件的主要支柱材料。与此同时以硅材料为核心的当代微电子技术趋向于纳米级，到达这一尺寸后，一些列来自期间工作原理和工艺技术本身的物理限制以及制造成本大幅度提高等将成为难以克服的问题，为满足人类社会不断增长的对更大信息量的需求，近年来新的半导体材料制备方法出现，新的制备方法的研究与发展极有可能触发当前国际前沿研究热点，从而引起新的技术革命。 中国半导体材料经过40多年的研究与发展，已具备了相当的基础，特别是在改革开放后，中国的半导体材料和半导体技术获得明显发展，除满足国内需求外，一些材料已经进入国际市场，然而综观中国半导体产业链的全局，上端的设计，制造业较弱，尤其凸显的瓶颈部位式设计与材料设备业，但是可以相信整个发展大路上市顺利的，中国半导体材料应该掌握自主知识产权，系统技术的开发人才，规模化产业化生产，尽快在材料设备业发展。 1.半导体材料的定义及性质 当今，以半导体材料为芯片的各种产品已广泛进入人们的生活生产中，电视机，电子计算机，电子表等等，半导体材料为什么会拥有如此巨大的应用，我们
论文书写格式
南昌大学本科生毕业设计（论文）书写式样 一、页面设置：上2.54cm,下2.54cm,左3.67cm,右2.67cm，行间距1.35倍。 二、目录：“目录”两字小三号宋体加粗，目录内容小四号宋体。 三、摘要 1．中文摘要：标题小二号宋体加粗，“专业、学号、姓名、指导教师”五号宋体，“摘要”两字四号宋体，摘要内容小四号宋体，“关键词”三字小 四号宋体加粗， 2．英文摘要：标题小二号Times New Roman 体加粗，“Abstract”四号Times New Roman 体；“Abstract”内容小四号Times New Roman 体，“Keyword” 小四号Times New Roman 体加粗。 四、正文：标题四号宋体，正文内容小四号宋体。 五、图表：图表内容五号宋体。 六、参考文献：参考文献四字四号宋体，参考文献内容小四号宋体，其中英文用 小四号Times New Roman 体。 七、致谢：致谢两字四号宋体，致谢内容小四号宋体。 具体书写式样如下： 1、目录式样（内容小四号宋体） 目录（小三号宋体） 摘要 (Ⅰ) Abstract (Ⅱ) 第一章GaN基半导体材料及器件进展（多数文章为“绪论”） (1) 1 .1III族氮化物材料及其器件的进展与应用 (1) 1. 2III族氮化物的基本结构和性质 (4) 1. 3掺杂和杂质特性 (12) 1. 4 氮化物材料的制备 (13) 1. 5 氮化物器件 (19) 1. 6 GaN基材料与其它材料的比较 (22) 1. 7本论文工作的内容与安排 (24) 第二章氮化物MOCVD生长系统和生长工艺 (31) 2.1 MOCVD材料生长机理 (31) 2. 2本论文氮化物生长所用的MOCVD设备 (32) …………
半导体材料
半导体材料论文 1半导体材料的简介 自然界的物质、材料按导电能力大小可分为导体、半导体、和绝缘体三大类。半导体的电导率在10～10欧／厘米之间。在一般情况下，半导体电导率随温度的升高而增大，这与金属导体恰好相反。凡具有上述两种特征的材料都可归入半导体材料的范围。反映半导体内在基本性质的却是各种外界因素如光、热、磁、电等作用于半导体而引起的物理效应和现象，这些可统称为半导体材料的半导体性质。 2半导体材料的主要种类 半导体材料可按化学组成来分，再将结构与性能比较特殊的非晶态与液态半导体单独列为一类。按照这样分类方法可将半导体材料分为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体。 3最主要的集中半导体材料 3.1几种半导体材料：硅材料，GaAs和InP单晶材料，半导体超晶格、量子阱材料， 宽带隙半导体材料, 低维半导体材料。 3.2这几种半导体材料的发展现状与趋势 3.2.1硅材料 从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si 单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC…s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。 从进一步提高硅IC…S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smart cut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。 理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。 3.2.2 GaAs和InP单晶材料 GaAs和InP与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。 目前，世界GaAs单晶的总年产量已超过200吨，其中以低位错密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生长的2－3英寸的导电GaAs衬底材料为主；近年来，为满足高速移动通信的迫切需求，大直径（4，6和8英寸）的SI－GaAs发展
砷化镓半导体材料论文
半导体材料 ---- GaAs的制备和应用 摘要：本文将以GaAs半导体为例介绍介绍有关半导体材料的制备、分类、特征及半导体材料的一些参数。半导体材料的结构和参数决定了它的特性，而半导体材料的结构和性能同时决定了他的适用范围。GaAs在生活中也有着广泛的应用，通过对它的讨论希望能有助于对半导体材料的理解和认识。 关键字：半导体材料 GaAs 导电能力载流子电子空穴 引言：从半导体材料进入人们的视线以来，在短短的几十年间半导体材料有了飞速的发展，人们对半导体材料的研究越来越来深，半导体的种类越来越到多，应用方面越来越广。由于半导体学科的飞速发展，其产品涉及到了世界的各个方面，包括了通讯、医疗、军事等等各个领域，使得世界发生了翻天覆地的变化。 正文：首先，简单介绍一下半导体材料的一些特性和发展历史。导电能力介于道题与绝缘体之间的物质称为半导体。半导体材料是一类具有半导体性能，可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。半导体材料的电学性质对光、热、电、磁灯外界因素的变化十分敏感，在半导体材料中掺入少量杂质可以控制这类材料的导电率。同时也是因为这些因素使得半导体材料可以制成多种多样的元器件，称为现代工业的基础。 现在使用的半导体材料种类非常多，大致可以分为这么几类：1,元素类半导体，包括了硅、鍺、硒等等，大多数是使用硅材料；2，化合物半导体，有两种或两种以上的元素化合而成的半导体材料，包括了砷化镓、磷化铟、碳化硅等等；3，无定形半导体材料，用作
半导体的玻璃是一种非晶无定形半导体材料，分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃两种，具有良好的开关和记忆特性和很强的抗辐射能力；4，有机增半导体材料，已知的有机半导体材料有几十种，包罗了萘、聚丙烯晴和一些芳香族化合物等等。 下面我选择介绍的是GaAs，这是一种Ⅲ--Ⅴ族化合物半导体材料，到目前为止是一种用来制作微波器件和集成电路的重要材料。类比于其他种类的半导体材料，GaAs具有Ⅲ--Ⅴ族化合物半导体材料的独特性质：带隙大，制作的期间耐受较大功率，工作温度更高；为直接跃迁型带隙，因而光电转换效率高，适合制作光电器件；电子迁移率高，适合制作高频、高速器件。 GaAs是闪锌矿结构：V族原子的5个共价键电子中拿出一个给Ⅲ族原子，相互作用产生sp3杂化，形成类似金刚石结构的共价键。GaAs在300K时禁带宽度Eg为1.43eV，最高工作温度450。GaAs单晶的（111）A和（111）B面有不同的腐蚀性。 一：砷化镓半导体材料的制备 下面来介绍一下GaAs单晶的制备方法：目前单晶主要是从熔体中生长的，有直拉法和横拉法。 制备砷气压有两种方法：一是采用石英密封系统，系统置于双温区炉中，低温端放As源控制系统中砷气压，高温端合成化合物并拉制晶体，而整个系统的问的都必须高于As源端温度，以防止As 正气凝结。目前使用的水平布里奇曼法是这一类，污染少，纯度较高。第二种方法是在熔体上覆盖惰性熔体，在向单晶炉内充入大于熔体离解压的惰性气体，以控制熔体离解，一般惰性熔体用的是 B2O3，所以这种方法通常称为B2O3液态密封法。生产效率高。 水平布里奇曼法
论文-浅谈半导体材料的应用
浅谈半导体材料的应用 摘要：半导体材料是近年来新兴的一种材料，它作为一种新型材料，越来越受到人们的青睐。在人们生活中，受到了相当广泛的应用。另外，半导体材料也是军事国防科学中必不可少的材料之一。作为一种新型材料，半导体材料有着很重要的地位。 关键词：半导体；生活；材料；电工学； 0 引言 20世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；70年代光纤通讯技术迅速发展并逐步形成高新技术产业，是人类进入信息时代；超晶格概念的提出及其半导体超晶格，量子阱材料的诞生，改变了光电器件的发展，纳米技术的发展与运用使得半导体进入纳米时代。然而半导体材料的价值仍在于它的光学，电学及其他各种特性，自硅出现在很长时间内，硅仍将是大规模集成电路的主要材料，如在军事领域中应用的抗辐射硅单体（NTD）,高效太阳能电池用硅单体，红外CCD器件用硅单体的等。随着半导体技术的发展和半导体材料的研究，微电子技术朝着高密度，高可靠性方向发展，各种各样新的半导体材料出现，而 GaAs和InP基材料等还是化合物半导体及器件的主要支柱材料。与此同时以硅材料为核心的当代微电子技术趋向于纳米级。 1 半导体材料的概念与特性 当今，以半导体材料为芯片的各种产品已广泛进入人们的生活生产中，电视机，电子计算机，电子表等等，半导体材料为什么会拥有如此巨大的应用，我们需要从半导体材料的概念和特性开始了解。 半导体材料是导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料，其电导率在10（U-3）～10（U-9）欧姆/厘米范围内。在某些情况下，半导体具有导电的性质。首先，一般的半导体材料的电导率随温度的升高迅速增大，各种热敏电阻的开发就是利用了这个特性；其次，杂质掺入对半导体的性质起着决定性的作用，他们可使半导体的特性多样化，使得PN结形成，进而制作各种二极管和三极管；再次，半导体的电学性质会因光照引起变化，光敏电阻随之诞生；一些半导体具有较强的温差效应，可以利用它制作半导体制冷剂等；化合物半导体还具有超高速，低功耗，多功能，抗辐射等特性，在智能化，光纤通信等领域具有广泛运用；半导体基片可以实现原器件集中制作在一个芯片上，于是产生了各种规模的集成电路，正是由于半导体材料的各种各样的特性使得半导体材料拥有多种多样的用途，在科技发展和人们的生活中起到十分重要的作用。 2 半导体的分类与制备 2．1 半导体的分类 半导体材料是导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料，电阻率约在1mΩ·cm～1GΩ·cm范围内。半导体材料可按化学组成来分，再将结构与性能比较特殊的非晶态与液态半导体单独列为
HX108-2七管半导体收音机论文模板
电子技术课程设计论文 袖珍无线电接收机的研制 学院： 专业： 班级： 学生姓名： 指导教师: 起止时间: 吉林农业大学发展学院 电子信息工程学院
目录 一、设计题目 二、课程设计目的 三、电路原理简介 四、元件列表及HX108-2型收音机装配图 五、性能指标 六、安装步骤 1.清点材料 2.二极管电容电阻的区分认识 3.焊接前的准备工作 4.元件的焊接安装 5.机械部件的安装与调整 七、安装过程中易出现的问题及故障检测 1.实习组装调整中易出现的问题 2.HX108-2型外差式收音机修理检测方法 3.具体维修方法 八、设计心得与体会
一、设计题目 HX108-2 七管半导体收音机安装与调试。 二、课程设计目的 1、对已学过的模拟电子技术理论知识进行复习、总结。 2、熟悉HX108-2七管半导体收音机的组成、工作原理；熟悉手工焊锡的常用工具的使用及其维护与修理； 3、基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接。熟悉电子产品的安装工艺的生产流程； 4、熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查阅有关的电子器件图书； 5、能够正确识别和选用常用的电子器件，并且能够熟练使用普通万用表和数字万用表； 6、训练动手能力，做到学以至用。培养职业道德和职业技能，培养工程实践观念及严谨细致的科学作风。 7、接触电学知识，实现理论联系实际，并为后续课程的学习打下一定的基础。增补高频电子技术内容，进一步拓宽电子技术的应用面。 8、对电子技术的工程设计和计算理出一套方法。 三、电路原理简介
HX108-2型7管半导体收音机的主要性能为频率范围：525~1605KHZ；输出功率：100mW（最大）；扬声器：φ57mm，8Ω；电源：3V（5号电池二节）；体积：122×66×26。电原理图如附图2.1所示。由图可见，整机中含有7只三极管，因此称为7管收音机。其中，三极管V1为变频管，V2、V3为中放管，V4为检波管，V5为低频前置放大管，V6、V7为低频功放管。 天线回路选出所需的电台信号，经过变压器Tr1（或B1）耦合到变频管V1的基极。与此同时，由变频管V1、振荡线圈Tr2、双联同轴可变电容C1B等元器件组成的共基调射型变压器反馈式本机振荡器，其本振信号经电容C3注入到变频管V1的发射极。电台信号与本振信号在变频管V1中进行混频，混频后，V1管集电极电流中将含有一系列的组合频率分量，其中也包含本振信号与电台信号的差频（465KHZ）分量，经过中周Tr3（内含谐振电容），选出所需的中频（465KHZ）分量，并耦合到中放管V2的基极。图中电阻R3是用来进一步提高抗干扰性能的，二极管VD3是用以限制混频后中频信号振幅（即二次AGC）。 中放是由V2、V3等元器件组成的两级小信号谐振放大器。通过两级中放将混频后所获得的中频信号放大后，送入下一级的检波器。检波器是由三极管V4（相当于二极管）等元件组成的大信号包络检波器。检波器将放大了的中频调幅信号还原为所需的音频信号，经耦合电容C10送入后级低频放大器中进行放大。在检波过程中，除产生了所需的音频信号之外，还产生了反映了输入信号强弱的直流分量，由检波电容之一C7两端取出后，经R8、C4组成的低通滤波器滤波后，作为AGC电压（－UAGC）加到中放管V2的基极，实现反向AGC。即当输入信号增强时，AGC电压降低，中放管V2的基极偏置电压降低，工作电流IE将减小，中放增益随之降低，从而使得检波器输出的电平能够维持在一
半导体技术论文高分子材料论文半导体材料的发展现状(精)
半导体技术论文高分子材料论文： 半导体材料的发展现状 摘要在半导体产业的发展中，一般将硅、锗称为第一代半导体材料;将砷化镓、磷化铟、磷化镓等称为第二代半导体材料;而将宽禁带(Eg>2.3eV)的氮化镓、碳化硅和金刚石等称为第三代半导体材料。本文介绍了三代半导体的性质比较、应用领域、国内外产业化现状和进展情况等。 关键词半导体材料;多晶硅;单晶硅;砷化镓;氮化镓 1 前言 半导体材料是指电阻率在107Ω·cm~10-3Ω·cm，界于金属和绝缘体之间的材料。半导体材料是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要基础材料[1]，支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等电子信息产业的发展。电子信息产业规模最大的是美国和日本，其2002年的销售收入分别为3189亿美元和2320亿美元[2]。近几年来，我国电子信息产品以举世瞩目的速度发展，2002年销售收入以1.4亿人民币居全球第3位，比上年增长20%，产业规模是1997年的2.5倍，居国内各工业部门首位[3]。半导体材料及应用已成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。 半导体材料的种类繁多，按化学组成分为元素半导体、化合物半导体和固溶体半导体;按组成元素分为一元、二元、三元、多元等;按晶态可分为多晶、单晶和非晶;按应用方式可分为体材料和薄膜材料。大部分半导体材料单晶制片后直接用于制造半导体材料，这些称为“体材料”;相对应的“薄膜材料”是在半导体材料或其它材料的衬底上生长的，具有显著减少“体材料”难以解决的固熔体偏析问题、提高纯度和晶体完整性、生长异质结，能用于制造三维电路等优点。许多新型半导体器件是在薄膜上制成的，制备薄膜的技术也在不断发展。薄膜材料有同质外延薄膜、异质外延薄膜、超晶格薄膜、非晶薄膜等。 在半导体产业的发展中，一般将硅、锗称为第一代半导体材料;将砷化镓、磷化铟、磷化镓、砷化铟、砷化铝及其合金等称为第二代半导体材料;而将宽禁带(Eg>2.3eV)的氮化镓、碳化硅、硒化锌和金刚石等称为第三代半导体材料[4]。上述材料是目前主要应用的半导体材料，三代半导体材料代表品种分别为硅、砷化镓和氮化镓。本文沿用此分类进行介绍。 2 主要半导体材料性质及应用 材料的物理性质是产品应用的基础，表1列出了主要半导体材料的物理性质及应用情况[5]。表中禁带宽度决定发射光的波长，禁带宽度越大发射光波长越短(蓝光发射);禁带宽度越小发射光波长越长。其它参数数值越高，半导体性能越好。电子迁移速率决定半导体低压条件下的高频工作性能，饱和速率决定半导体高压条件下的高频工作性能。
半导体论文
浅谈半导体材料 半导体材料的发展与器件紧密相关。1941年用多晶硅材料制成检波器，是半导体材料应用的开始，1948~1950年用切克劳斯基法成功的拉出了锗单晶，并用它制成了世界上第一个具有放大性能的锗晶体三极管。1951年用四氯化硅锌还原法制出了多硅晶，1952年用直拉法成功拉出世界上第一根硅单晶，同年制出了硅结型晶体管，从而大大推进了半导体材料的广泛应用和半导体器件的飞速发展。 一．半导体材料的分类： 半导体材料是导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料，电阻率约在1mΩ·cm～1GΩ·cm范围内。 半导体材料可按化学组成来分，再将结构与性能比较特殊的非晶态与液态半导体单独列为一类。按照这样分类方法可将半导体材料分为元素半导体、化合物半导体、有机半导体、固溶体半导体和非晶态与液态半导体。元素半导体大约有十几种，处于ⅢA族—ⅦA族的金属元素与非金属元素交界处，如Ge，Si，Se，Te等；化合物半导体分为二元化合物半导体和多元化合物半导体；有机半导体分为有机分子晶体、有机分子络合物、和高分子聚合物，一般指具有半导体性质的碳-碳双键有机化合物，电导率为10-10~102Ω·cm。固溶体半导体是由两个或多个晶格结构类似的元素化合物相融合而成，有二元系和三元系之分，如ⅣA-ⅣA组成的Ge-Si固溶体，ⅤA-ⅤA组成的Bi-Sb固溶体。原子排列短程有序、长程无序的半导体成为非晶态半导体，主要有非晶硅、非晶锗等。 二．半导体材料的制备工艺： 不同的半导体器件对半导体材料有不同的形态要求，包括单晶的切片、磨片、抛光片、薄膜等。半导体材料的不同形态要求对应不同的加工工艺。常用的半导体材料制备工艺有提纯、单晶的制备和薄膜外延生长。 所有的半导体材料都需要对原料进行提纯，要求的纯度在6个“9”以上，最高达11个“9”以上。提纯的方法分两大类，一类是不改变材料的化学组成进行提纯，称为物理提纯；另一类是把元素先变成化合物进行提纯，再将提纯后的化合物还原成元素，称为化学提纯。物理提纯的方法有真空蒸发、区域精制、拉晶提纯等，使用最多的是区域精制。化学提纯的主要方法有电解、络合、萃取、精
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新型材料的半导体性能研究 提要： 在上世纪50 年代，随着锗、硅材料作为第一代半导体的出现，以集成电路为核心的微电子工业开始逐渐发展起来，此类材料被广泛应用于集成电路中。此后的几十年时间里，电子信息产业发展壮大。进入90 年代以后，第二代半导体砷化镓、磷化铟等具有高迁移率的半导体材料逐渐出现，使得有线通讯技术迅速发展。随后在本世纪初，碳化硅，氮化镓等具有宽禁带的第三代半导体材料也相继问世，将当代的信息技术推向了更高的台阶。 关键词： 半导体氮化镓碳化硅一氧化石墨烯 正文： 随着信息、生物、航空航天、核技术等新兴高技术产业的发展和传统材料的高技术化，新材料产业蓬勃发展。当今世界上各种新材料市场规模每年已超过4000多亿元，由新材料带动而产生的新产品和新技术则是更大的市场，新材料产业成为21世纪初发展最快的高新技术产业之一。 其中笔电、手机等3C产品都需要半导体晶片，半导体的新材料研究也取得各种成果，比如：氮化镓，碳化硅，一氧化石墨烯等。 氮化镓作为第三代半导体的代表，其化学性质非常稳定，在室温下不溶于水，酸和碱，且融点高达1700℃，硬度较大。由以上基本性质就可知用氮化镓做成的材料具有耐高温，耐酸碱腐蚀和抗外力变形等优越的性能。目前，氮化镓和氮化镓基半导体材料已经成为了世界各国研究的热点。氮化镓的合成与制备方法目前对氮化镓的主要研究对象之一，单晶氮化镓薄膜和纳米氮化镓的合成方法是研究的重中之重。 半导体发光二极管和半导体激光器类似，也是一个PN结，也是利用外电源向PN结注入电子来发光的。半导体发光二极管记作LED，是由P型半导体形成的P层和N型半导体形成的N层，以及中间的由双异质结构成的有源层组成。 氮化镓单晶材料是用于氮化镓生长的最理想的LED材料，这样可以大大提高晶圆膜的晶体质量，降低位错密度，提高器件工作寿命，提高发光效率，提高器件工作电流密度。可是，制备氮化镓体单晶材料非常困难，到目前为止尚未有行之有效的办法。有研究人员通过