四川廣瑞半導體有限公司
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相關材料

相關材料

  • 分類:公司新聞
  • 作者:
  • 來源:
  • 發布時間:2019-07-24
  • 訪問量:5

【概要描述】為了消除多晶材料中各小晶體之間的晶粒間界對半導體材料特性參量的巨大影響,半導體器件的基體材料一般采用單晶體。

相關材料

【概要描述】為了消除多晶材料中各小晶體之間的晶粒間界對半導體材料特性參量的巨大影響,半導體器件的基體材料一般采用單晶體。

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詳情

  單晶制備

  為了消除多晶材料中各小晶體之間的晶粒間界對半導體材料特性參量的巨大影響,半導體器件的基體材料一般采用單晶體。單晶制備一般可分大體積單晶(即體單晶)制備和薄膜單晶的制備。體單晶的產量高,利用率高,比較經濟。但很多的器件結構要求厚度為微米量級的薄層單晶。由于制備薄層單晶所需的溫度較低,往往可以得到質量較好的單晶。

  具體的制備方法有:①從熔體中拉制單晶:用與熔體相同材料的小單晶體作為籽晶,當籽晶與熔體接觸并向上提拉時,熔體依靠表面張力也被拉出液面,同時結晶出與籽晶具有相同晶體取向的單晶體。②區域熔煉法制備單晶:用一籽晶與半導體錠條在頭部熔接,隨著熔區的移動則結晶部分即成單晶。③從溶液中再結晶。④從汽相中生長單晶。前兩種方法用來生長體單晶,用提拉法已經能制備直徑為200毫米,長度為1~2米的鍺、硅單晶體。后兩種方法主要用來生長薄層單晶。這種薄層單晶的生長一般稱外延生長,薄層材料就生長在另一單晶材料上。這另一單晶材料稱為襯底,一方面作為薄層材料的附著體,另一方面即為單晶生長所需的籽晶。襯底與外延層可以是同一種材料(同質外延),也可以是不同材料(異質外延)。采用從溶液中再結晶原理的外延生長方法稱液相外延;采用從汽相中生長單晶原理的稱汽相外延。液相外延就是將所需的外延層材料(作為溶質,例如GaAs),溶于某一溶劑(例如液態鎵)成飽和溶液,然后將襯底浸入此溶液,逐漸降低其溫度,溶質從過飽和溶液中不斷析出,在襯底表面結晶出單晶薄層。汽相外延生長可以用包含所需材料為組分的某些化合物氣體或蒸汽通過分解或還原等化學反應淀積于襯底上,也可以用所需材料為源材料,然后通過真空蒸發、濺射等物理過程使源材料變為氣態,再在襯底上凝聚。分子束外延是一種經過改進的真空蒸發工藝。利用這種方法可以精確控制射向襯底的蒸氣速率,能獲得厚度只有幾個原子厚的超薄單晶,并可得到不同材料不同厚度的互相交疊的多層外延材料。非晶態半導體雖然沒有單晶制備的問題,但制備工藝與上述方法相似,一般常用的方法是從汽相中生長薄膜非晶材料。

  寬帶隙半導體材料

  氮化鎵、碳化硅和氧化鋅等都是寬帶隙半導體材料,因為它的禁帶寬度都在3個電子伏以上,在室溫下不可能將價帶電子激發到導帶。器件的工作溫度可以很高,比如說碳化硅可以工作到600攝氏度;金剛石如果做成半導體,溫度可以更高,器件可用在石油鉆探頭上收集相關需要的信息。它們還在航空、航天等惡劣環境中有重要應用。廣播電臺、電視臺,唯一的大功率發射管還是電子管,沒有被半導體器件代替。這種電子管的壽命只有兩三千小時,體積大,且非常耗電;如果用碳化硅的高功率發射器件,體積至少可以減少幾十到上百倍,壽命也會大大增加,所以高溫寬帶隙半導體材料是非常重要的新型半導體材料。這種材料非常難生長,硅上長硅,砷化鎵上長GaAs,它可以長得很好。但是這種材料大多都沒有塊體材料,只得用其它材料做襯底去長。比如說氮化鎵在藍寶石襯底上生長,藍寶石跟氮化鎵的熱膨脹系數和晶格常數相差很大,長出來的外延層的缺陷很多,這是最大的問題和難關。另外這種材料的加工、刻蝕也都比較困難??茖W家正在著手解決這個問題,如果這個問題一旦解決,就可以提供一個非常廣闊的發現新材料的空間。

  低維半導體材料

  實際上這里說的低維半導體材料就是納米材料,之所以不愿意使用這個詞,發展納米科學技術的重要目的之一,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,以造福人類??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產和生活方式,也必將改變社會政治格局和戰爭的對抗形式。這也是為什么人們對發展納米半導體技術非常重視的原因。

  電子在塊體材料里,在三個維度的方向上都可以自由運動。

  半導體材料但當材料的特征尺寸在一個維度上比電子的平均自由程相比更小的時候,電子在這個方向上的運動會受到限制,電子的能量不再是連續的,而是量子化的,我們稱這種材料為超晶格、量子阱材料。量子線材料就是電子只能沿著量子線方向自由運動,另外兩個方向上受到限制;量子點材料是指在材料三個維度上的尺寸都要比電子的平均自由程小,電子在三個方向上都不能自由運動,能量在三個方向上都是量子化的。由于上述的原因,電子的態密度函數也發生了變化,塊體材料是拋物線,電子在這上面可以自由運動;如果是量子點材料,它的態密度函數就像是單個的分子、原子那樣,完全是孤立的 函數分布,基于這個特點,可制造功能強大的量子器件。大規模集成電路的存儲器是靠大量電子的充放電實現的。

  大量電子的流動需要消耗很多能量導致芯片發熱,從而限制了集成度,如果采用單個電子或幾個電子做成的存儲器,不但集成度可以提高,而且功耗問題也可以解決。激光器效率不高,因為激光器的波長隨著溫度變化,一般來說隨著溫度增高波長要紅移,所以光纖通信用的激光器都要控制溫度。如果能用量子點激光器代替現有的量子阱激光器,這些問題就可迎刃而解了?;贕aAs和InP基的超晶格、量子阱材料已經發展得很成熟,廣泛地應用于光通信、移動通訊、微波通訊的領域。量子級聯激光器是一個單極器件,是近十多年才發展起來的一種新型中、遠紅外光源,在自由空間通信、紅外對抗和遙控化學傳感等方面有著重要應用前景。它對MBE制備工藝要求很高,整個器件結構幾百到上千層,每層的厚度都要控制在零點幾個納米的精度,中國在此領域做出了國際先進水平的成果;又如多有源區帶間量子隧穿輸運和光耦合量子阱激光器,它具有量子效率高、功率大和光束質量好的特點,中國已有很好的研究基礎;在量子點(線)材料和量子點激光器等研究方面也取得了令國際同行矚目的成績。

  材料中的雜質和缺陷

  雜質控制的方法大多數是在晶體生長過程中同時摻入一定類型一定數量的雜質原子。這些雜質原子最終在晶體中的分布,除了決定于生長方法本身以外,還決定于生長條件的選擇。例如用提拉法生長時雜質分布除了受雜質分凝規律的影響外,還受到熔體中不規則對流的影響而產生雜質分布的起伏。此外,無論采用哪種晶體生長方法,生長過程中容器、加熱器、環境氣氛甚至襯底等都會引入雜質,這種情況稱自摻雜。晶體缺陷控制也是通過控制晶體生長條件(例如晶體周圍熱場對稱性、溫度起伏、環境壓力、生長速率等)來實現的。隨著器件尺寸的日益縮小,對晶體中雜質分布的微區不均勻和尺寸為原子數量級的微小缺陷也要有所限制。因此如何精心設計,嚴格控制生長條件以滿足對半導體材料中雜質、缺陷的各種要求是半導體材料工藝中的一個中心問題。

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