薄膜半導體有哪些分類,求大神講解
來源:新能源網(wǎng)
時間:2024-08-17 08:12:07
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薄膜半導體有哪些分類,求大神講解【專家解說】:透明導電薄膜。雖然目前電阻率等性能仍較低,但由于材料成本低、制造工藝簡單,因此有望替代ITO用作液晶顯示器等的透明導電薄膜。 空心陰極
【專家解說】:透明導電薄膜。雖然目前電阻率等性能仍較低,但由于材料成本低、制造工藝簡單,因此有望替代ITO用作液晶顯示器等的透明導電薄膜。 空心陰極法生長半導體薄膜.
以非晶態(tài)半導體材料為主體制成的固態(tài)電子器件。非晶態(tài)半導體雖然在整體上分子排列無序,但是仍具有單晶體的微觀結構,因此具有許多特殊的性質(zhì)。1975年,英國W.G.斯皮爾在輝光放電分解硅烷法制備的非晶硅薄膜中摻雜成功,使非晶硅薄膜的電阻率變化10個數(shù)量級,促進非晶態(tài)半導體器件的開發(fā)和應用。同單晶材料相比,非晶態(tài)半導體材料制備工藝簡單,對襯底結構無特殊要求,易于大面積生長,摻雜后電阻率變化大,可以制成多種器件。非晶硅太陽能電池吸收系數(shù)大,轉(zhuǎn)換效率高,面積大,已應用到計算器、電子表等商品中。非晶硅薄膜場效應管陣列可用作大面積液晶平面顯示屏的尋址開關。利用某些硫系非晶態(tài)半導體材料的結構轉(zhuǎn)變來記錄和存儲光電信息的器件已應用于計算機或控制系統(tǒng)中。利用非晶態(tài)薄膜的電荷存儲和光電導特性可制成用于靜態(tài)圖像光電轉(zhuǎn)換的靜電復印機感光體和用于動態(tài)圖像光電轉(zhuǎn)換的電視攝像管的靶面。
具有半導體性質(zhì)的非晶態(tài)材料。非晶態(tài)半導體是半導體的一個重要部分。50年代B.T.科洛米耶茨等人開始了對硫系玻璃的研究,當時很少有人注意,直到1968年S.R.奧弗申斯基關於用硫系薄膜制作開關器件的專利發(fā)表以后,才引起人們對非晶態(tài)半導體的興趣。1975年W.E.斯皮爾等人在硅烷輝光放電分解制備的非晶硅中實現(xiàn)了摻雜效應,使控制電導和制造PN結成為可能,從而為非晶硅材料的應用開辟了廣闊的前景。在理論方面,P.W.安德森和莫脫,N.F.建立了非晶態(tài)半導體的電子理論,并因而榮獲1977年的諾貝爾物理學獎。目前無論在理論方面,還是在應用方面,非晶態(tài)半導體的研究正在很快地發(fā)展著。
分類 目前主要的非晶態(tài)半導體有兩大類。
硫系玻璃。含硫族元素的非晶態(tài)半導體。例如As-Se、As-S,通常的制備方法是熔體冷卻或汽相沉積。
四面體鍵非晶態(tài)半導體。如非晶Si、Ge、GaAs等,此類材料的非晶態(tài)不能用熔體冷卻的辦法來獲得,只能用薄膜淀積的辦法(如蒸發(fā)、濺射、輝光放電或化學汽相淀積等),只要襯底溫度足夠低,淀積的薄膜就是非晶態(tài)結構。四面體鍵非晶態(tài)半導體材料的性質(zhì),與制備的工藝方法和工藝條件密切相關。圖1 不同方法制備非晶硅的光吸收系數(shù) 給出了不同制備工藝的非晶硅光吸收系數(shù)譜,其中a、b制備工藝是硅烷輝光放電分解,襯底溫度分別為500K和300K,c制備工藝是濺射,d制備工藝為蒸發(fā)。非晶硅的導電性質(zhì)和光電導性質(zhì)也與制備工藝密切相關。其實,硅烷輝光放電法制備的非晶硅中,含有大量H,有時又稱為非晶的硅氫合金;不同工藝條件,氫含量不同,直接影響到材料的性質(zhì)。與此相反,硫系玻璃的性質(zhì)與制備方法關系不大。圖2 汽相淀積濺射薄膜和熔體急冷成塊體AsSeTe的光吸收系數(shù)譜 給出了一個典型的實例,用熔體冷卻和濺射的辦法制備的AsSeTe樣品,它們的光吸收系數(shù)譜具有相同的曲線。
非晶態(tài)半導體的電子結構 非晶態(tài)與晶態(tài)半導體具有類似的基本能帶結構,也有導帶、價帶和禁帶(見固體的能帶)。材料的基本能帶結構主要取決於原子附近的狀況,可以用化學鍵模型作定性的解釋。以四面體鍵的非晶Ge、Si為例,Ge、Si中四個價電子經(jīng)sp雜化,近鄰原子的價電子之間形成共價鍵,其成鍵態(tài)對應於價帶;反鍵態(tài)對應於導帶。無論是Ge、Si的晶態(tài)還是非晶態(tài),基本結合方式是相同的,只是在非晶態(tài)中鍵角和鍵長有一定程度的畸變,因而它們的基本能帶結構是相類似的。然而,非晶態(tài)半導體中的電子態(tài)與晶態(tài)比較也有著本質(zhì)的區(qū)別。晶態(tài)半導體的結構是周期有序的,或者說具有平移對稱性,電子波函數(shù)是布洛赫函數(shù),波矢是與平移對稱性相聯(lián)系的量子數(shù),非晶態(tài)半導體不存在有周期性, 不再是好的量子數(shù)。晶態(tài)半導體中電子的運動是比較自由的,電子運動的平均自由程遠大於原子間距;非晶態(tài)半導體中結構缺陷的畸變使得電子的平均自由程大大減小,當平均自由程接近原子間距的數(shù)量級時,在晶態(tài)半導體中建立起來的電子漂移運動的概念就變得沒有意義了。非晶態(tài)半導體能帶邊態(tài)密度的變化不像晶態(tài)那樣陡,而是拖有不同程度的帶尾(如圖3 非晶態(tài)半導體的態(tài)密度與能量的關系 所示)。非晶態(tài)半導體能帶中的電子態(tài)分為兩類:一類稱為擴展態(tài),另一類為局域態(tài)。處在擴展態(tài)的每個電子,為整個固體所共有,可以在固體整個尺度內(nèi)找到;它在外場中運動類似於晶體中
以非晶態(tài)半導體材料為主體制成的固態(tài)電子器件。非晶態(tài)半導體雖然在整體上分子排列無序,但是仍具有單晶體的微觀結構,因此具有許多特殊的性質(zhì)。1975年,英國W.G.斯皮爾在輝光放電分解硅烷法制備的非晶硅薄膜中摻雜成功,使非晶硅薄膜的電阻率變化10個數(shù)量級,促進非晶態(tài)半導體器件的開發(fā)和應用。同單晶材料相比,非晶態(tài)半導體材料制備工藝簡單,對襯底結構無特殊要求,易于大面積生長,摻雜后電阻率變化大,可以制成多種器件。非晶硅太陽能電池吸收系數(shù)大,轉(zhuǎn)換效率高,面積大,已應用到計算器、電子表等商品中。非晶硅薄膜場效應管陣列可用作大面積液晶平面顯示屏的尋址開關。利用某些硫系非晶態(tài)半導體材料的結構轉(zhuǎn)變來記錄和存儲光電信息的器件已應用于計算機或控制系統(tǒng)中。利用非晶態(tài)薄膜的電荷存儲和光電導特性可制成用于靜態(tài)圖像光電轉(zhuǎn)換的靜電復印機感光體和用于動態(tài)圖像光電轉(zhuǎn)換的電視攝像管的靶面。
具有半導體性質(zhì)的非晶態(tài)材料。非晶態(tài)半導體是半導體的一個重要部分。50年代B.T.科洛米耶茨等人開始了對硫系玻璃的研究,當時很少有人注意,直到1968年S.R.奧弗申斯基關於用硫系薄膜制作開關器件的專利發(fā)表以后,才引起人們對非晶態(tài)半導體的興趣。1975年W.E.斯皮爾等人在硅烷輝光放電分解制備的非晶硅中實現(xiàn)了摻雜效應,使控制電導和制造PN結成為可能,從而為非晶硅材料的應用開辟了廣闊的前景。在理論方面,P.W.安德森和莫脫,N.F.建立了非晶態(tài)半導體的電子理論,并因而榮獲1977年的諾貝爾物理學獎。目前無論在理論方面,還是在應用方面,非晶態(tài)半導體的研究正在很快地發(fā)展著。
分類 目前主要的非晶態(tài)半導體有兩大類。
硫系玻璃。含硫族元素的非晶態(tài)半導體。例如As-Se、As-S,通常的制備方法是熔體冷卻或汽相沉積。
四面體鍵非晶態(tài)半導體。如非晶Si、Ge、GaAs等,此類材料的非晶態(tài)不能用熔體冷卻的辦法來獲得,只能用薄膜淀積的辦法(如蒸發(fā)、濺射、輝光放電或化學汽相淀積等),只要襯底溫度足夠低,淀積的薄膜就是非晶態(tài)結構。四面體鍵非晶態(tài)半導體材料的性質(zhì),與制備的工藝方法和工藝條件密切相關。圖1 不同方法制備非晶硅的光吸收系數(shù) 給出了不同制備工藝的非晶硅光吸收系數(shù)譜,其中a、b制備工藝是硅烷輝光放電分解,襯底溫度分別為500K和300K,c制備工藝是濺射,d制備工藝為蒸發(fā)。非晶硅的導電性質(zhì)和光電導性質(zhì)也與制備工藝密切相關。其實,硅烷輝光放電法制備的非晶硅中,含有大量H,有時又稱為非晶的硅氫合金;不同工藝條件,氫含量不同,直接影響到材料的性質(zhì)。與此相反,硫系玻璃的性質(zhì)與制備方法關系不大。圖2 汽相淀積濺射薄膜和熔體急冷成塊體AsSeTe的光吸收系數(shù)譜 給出了一個典型的實例,用熔體冷卻和濺射的辦法制備的AsSeTe樣品,它們的光吸收系數(shù)譜具有相同的曲線。
非晶態(tài)半導體的電子結構 非晶態(tài)與晶態(tài)半導體具有類似的基本能帶結構,也有導帶、價帶和禁帶(見固體的能帶)。材料的基本能帶結構主要取決於原子附近的狀況,可以用化學鍵模型作定性的解釋。以四面體鍵的非晶Ge、Si為例,Ge、Si中四個價電子經(jīng)sp雜化,近鄰原子的價電子之間形成共價鍵,其成鍵態(tài)對應於價帶;反鍵態(tài)對應於導帶。無論是Ge、Si的晶態(tài)還是非晶態(tài),基本結合方式是相同的,只是在非晶態(tài)中鍵角和鍵長有一定程度的畸變,因而它們的基本能帶結構是相類似的。然而,非晶態(tài)半導體中的電子態(tài)與晶態(tài)比較也有著本質(zhì)的區(qū)別。晶態(tài)半導體的結構是周期有序的,或者說具有平移對稱性,電子波函數(shù)是布洛赫函數(shù),波矢是與平移對稱性相聯(lián)系的量子數(shù),非晶態(tài)半導體不存在有周期性, 不再是好的量子數(shù)。晶態(tài)半導體中電子的運動是比較自由的,電子運動的平均自由程遠大於原子間距;非晶態(tài)半導體中結構缺陷的畸變使得電子的平均自由程大大減小,當平均自由程接近原子間距的數(shù)量級時,在晶態(tài)半導體中建立起來的電子漂移運動的概念就變得沒有意義了。非晶態(tài)半導體能帶邊態(tài)密度的變化不像晶態(tài)那樣陡,而是拖有不同程度的帶尾(如圖3 非晶態(tài)半導體的態(tài)密度與能量的關系 所示)。非晶態(tài)半導體能帶中的電子態(tài)分為兩類:一類稱為擴展態(tài),另一類為局域態(tài)。處在擴展態(tài)的每個電子,為整個固體所共有,可以在固體整個尺度內(nèi)找到;它在外場中運動類似於晶體中
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