同質(zhì)結(jié)異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料的制備和表征課件

同質(zhì)結(jié)異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料的

制備和表征同質(zhì)結(jié)異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料的

制備和表征報(bào)告內(nèi)容背景介紹制備方法表征方法報(bào)告內(nèi)容背景介紹半導(dǎo)體基本概念＋＋＋＋＋VBCB－－－－－P型N型半導(dǎo)體基本概念＋＋＋＋＋VBCB－－－－－P型N型PN結(jié)N------------

++++++++++++P空間電荷區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)空穴擴(kuò)散力電子擴(kuò)散力PN結(jié)N---+++P空間電荷區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)空穴PN結(jié)N------------

++++++++++++P_+ρ(C/cm3)+eNd-eNaxpxpxnxnNaxp=NdxnPN結(jié)N---+++P_+ρ(C/cm3)+同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)結(jié)同質(zhì)結(jié)：由禁帶寬度相同、導(dǎo)電類型不同或雖導(dǎo)電類型相同但摻雜濃度不同的單晶材料組成的晶體界面稱為同質(zhì)結(jié)。如：n-GaAs/p-GaAsn-GaAs/N-GaAs異質(zhì)結(jié)：

由禁帶寬度不同的兩種單晶材料一起構(gòu)成的晶體界面稱為異質(zhì)結(jié)。同型異質(zhì)結(jié)：n-GaAs/N-Alx

Ga1

-

xAs異型異質(zhì)結(jié):n-GaAs/P-Alx

Ga1

-

xAs同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)結(jié)同質(zhì)結(jié)：同質(zhì)結(jié):同一單晶xpxnExEfEcEv同質(zhì)結(jié):同一單晶xpxnExEfEcEv異質(zhì)結(jié)：不同單晶xpxnExEfEcEvEcEvPN異質(zhì)結(jié)：不同單晶xpxnExEfEcEvEcEvPN表征方法電流－電壓法（I-V）電容－電壓法（C-V）擴(kuò)散反射吸收

法（DRS）表面光伏法（SPV）電容－電壓法（C-V）表面光伏法（SPV）表征方法電流－電壓法（I-V）C=；C-V法：1/C2~V2(Vd-Va).(ε1Na+ε2Nd)qε1ε2NdNa1/C2=_+ρ(C/cm3)+eNd-eNaxpxnVaVa+dVC：電容Vd:內(nèi)建電勢(shì)Va:外加電壓ε:介電常數(shù)N：攙雜濃度+dQ-dQdQdVaC=；C-V法：1/C2~SPV:SurfacePhotoVoltage表面光電壓技術(shù):基于固體表面的光生伏特效應(yīng)而發(fā)展的一種被測(cè)物理量隨著光子能量變化的光譜檢測(cè)技術(shù)。檢測(cè)信息

樣品表層的性質(zhì)（一般為幾十nm）。檢測(cè)內(nèi)容：

半導(dǎo)體類型表面態(tài)能級(jí)位置表面電荷分布情況半導(dǎo)體的能帶帶隙SPV:SurfacePhotoVoltage表面光電壓Ef<Esurfacee:體相表面E內(nèi)建：體相表面能帶：向下彎曲SPV應(yīng)用：半導(dǎo)體類型檢測(cè)N型P型Ef>Esurfacee:體相表面E內(nèi)建：體相表面能帶：向上彎曲Ef<EsurfaceSPV應(yīng)用：半導(dǎo)體類型SPV應(yīng)用：半導(dǎo)體類型檢測(cè)光照時(shí)：ΔV=V2-V1<0光照＋正電壓：ΔV=V3-V1>0光照＋負(fù)電壓：ΔV=V4-V1<0V：表面電勢(shì)P型N型光照時(shí)：ΔV=V2-V1<0光照＋正電壓：ΔV=V3-V1<0光照＋負(fù)電壓：ΔV=V4-V1>0V：表面電勢(shì)SPV應(yīng)用：半導(dǎo)體類型檢測(cè)光照時(shí)：Δ制備方法電化學(xué)沉積（ED）液相外延法（LPE）金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法（MOCVD）分子束外延（MBE）制備方法電化學(xué)沉積（ED）電化學(xué)沉積電沉積是一種電化學(xué)過程,也是一種氧化還原過程。從理論上說,只要陰極電位負(fù)于金屬的還原電位,金屬就可在陰極表面沉積影響多元組分共沉積的主要因素有:(1)電解液中單個(gè)離子的放電電位(2)放電電位差異引起的電極極化(3)電解液中離子的相對(duì)濃度(4)氫在陰極表面的析出電位(5)陰極表面的導(dǎo)電性電化學(xué)沉積電沉積是一種電化學(xué)過程,也是一種氧化還原過程。電化學(xué)共沉積φ放電=φ°+RT/nFlna+ΔφφA°+RT/nFlna+Δφ≈φB°+RT/nFlna+Δφφ°:標(biāo)準(zhǔn)電極電位;a:離子活度Δφ:超電壓;R:氣體常數(shù)F:法拉弟常數(shù);n:得失電子數(shù)目T:絕對(duì)溫度電化學(xué)共沉積φ放電=φ°+RT/nFlna+ED法制備GaAs薄膜φAs=0.254-0.0394pH+0.0197

lgaAsO++ΔφAsφGa=

-0.529+0.0197

lgaGa3++ΔφGaφAs≠φGa提高電流密度,加強(qiáng)陰極極化作用。采用不同的離子濃度：較高的Ga3+

濃度和較低的AsO+

濃度。ED法制備GaAs薄膜φAs=0.254-0.0394p同質(zhì)結(jié)異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料的

制備和表征同質(zhì)結(jié)異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料的

制備和表征報(bào)告內(nèi)容背景介紹制備方法表征方法報(bào)告內(nèi)容背景介紹半導(dǎo)體基本概念＋＋＋＋＋VBCB－－－－－P型N型半導(dǎo)體基本概念＋＋＋＋＋VBCB－－－－－P型N型PN結(jié)N------------

++++++++++++P空間電荷區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)空穴擴(kuò)散力電子擴(kuò)散力PN結(jié)N---+++P空間電荷區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)空穴PN結(jié)N------------

++++++++++++P_+ρ(C/cm3)+eNd-eNaxpxpxnxnNaxp=NdxnPN結(jié)N---+++P_+ρ(C/cm3)+同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)結(jié)同質(zhì)結(jié)：由禁帶寬度相同、導(dǎo)電類型不同或雖導(dǎo)電類型相同但摻雜濃度不同的單晶材料組成的晶體界面稱為同質(zhì)結(jié)。如：n-GaAs/p-GaAsn-GaAs/N-GaAs異質(zhì)結(jié)：

由禁帶寬度不同的兩種單晶材料一起構(gòu)成的晶體界面稱為異質(zhì)結(jié)。同型異質(zhì)結(jié)：n-GaAs/N-Alx

Ga1

-

xAs異型異質(zhì)結(jié):n-GaAs/P-Alx

Ga1

-

xAs同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)結(jié)同質(zhì)結(jié)：同質(zhì)結(jié):同一單晶xpxnExEfEcEv同質(zhì)結(jié):同一單晶xpxnExEfEcEv異質(zhì)結(jié)：不同單晶xpxnExEfEcEvEcEvPN異質(zhì)結(jié)：不同單晶xpxnExEfEcEvEcEvPN表征方法電流－電壓法（I-V）電容－電壓法（C-V）擴(kuò)散反射吸收

法（DRS）表面光伏法（SPV）電容－電壓法（C-V）表面光伏法（SPV）表征方法電流－電壓法（I-V）C=；C-V法：1/C2~V2(Vd-Va).(ε1Na+ε2Nd)qε1ε2NdNa1/C2=_+ρ(C/cm3)+eNd-eNaxpxnVaVa+dVC：電容Vd:內(nèi)建電勢(shì)Va:外加電壓ε:介電常數(shù)N：攙雜濃度+dQ-dQdQdVaC=；C-V法：1/C2~SPV:SurfacePhotoVoltage表面光電壓技術(shù):基于固體表面的光生伏特效應(yīng)而發(fā)展的一種被測(cè)物理量隨著光子能量變化的光譜檢測(cè)技術(shù)。檢測(cè)信息

樣品表層的性質(zhì)（一般為幾十nm）。檢測(cè)內(nèi)容：

半導(dǎo)體類型表面態(tài)能級(jí)位置表面電荷分布情況半導(dǎo)體的能帶帶隙SPV:SurfacePhotoVoltage表面光電壓Ef<Esurfacee:體相表面E內(nèi)建：體相表面能帶：向下彎曲SPV應(yīng)用：半導(dǎo)體類型檢測(cè)N型P型Ef>Esurfacee:體相表面E內(nèi)建：體相表面能帶：向上彎曲Ef<EsurfaceSPV應(yīng)用：半導(dǎo)體類型SPV應(yīng)用：半導(dǎo)體類型檢測(cè)光照時(shí)：ΔV=V2-V1<0光照＋正電壓：ΔV=V3-V1>0光照＋負(fù)電壓：ΔV=V4-V1<0V：表面電勢(shì)P型N型光照時(shí)：ΔV=V2-V1<0光照＋正電壓：ΔV=V3-V1<0光照＋負(fù)電壓：ΔV=V4-V1>0V：表面電勢(shì)SPV應(yīng)用：半導(dǎo)體類型檢測(cè)光照時(shí)：Δ制備方法電化學(xué)沉積（ED）液相外延法（LPE）金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法（MOCVD）分子束外延（MBE）制備方法電化學(xué)沉積（ED）電化學(xué)沉積電沉積是一種電化學(xué)過程,也是一種氧化還原過程。從理論上說,只要陰極電位負(fù)于金屬的還原電位,金屬就可在陰極表面沉積影響多元組分共沉積的主要因素有:(1)電解液中單個(gè)離子的放電電位(2)放電電位差異引起的電極極化(3)電解液中離子的相對(duì)濃度(4)氫在陰極表面的析出電位(5)陰極表面的導(dǎo)電性電化學(xué)沉積電沉積是一種電化學(xué)過程,也是一種氧化還原過程。電化學(xué)共沉積φ放電=φ°+RT/nFlna+ΔφφA°+RT/nFlna+Δφ≈φB°+RT/nFlna+Δφφ°:標(biāo)準(zhǔn)電極電位;a:離子活度Δφ:超電壓;R:氣體常數(shù)F:法拉弟常數(shù);n:得失電子數(shù)目T:絕對(duì)溫度電化學(xué)共沉積φ放電=φ°+R