stringtranslate.com

Список полупроводниковых материалов

Полупроводниковые материалы номинально представляют собой изоляторы с малой запрещенной зоной . Определяющим свойством полупроводникового материала является то, что его можно скомпрометировать путем легирования примесями, которые изменяют его электронные свойства контролируемым образом. [1] Из-за их применения в компьютерной и фотоэлектрической промышленности — в таких устройствах, как транзисторы , лазеры и солнечные элементы — поиск новых полупроводниковых материалов и улучшение существующих материалов является важной областью исследований в материаловедении .

Наиболее часто используемые полупроводниковые материалы представляют собой кристаллические неорганические твердые вещества. Эти материалы классифицируются в соответствии с группами составляющих их атомов в периодической таблице .

Различные полупроводниковые материалы различаются по своим свойствам. Таким образом, по сравнению с кремнием сложные полупроводники имеют как преимущества , так и недостатки. Например, у арсенида галлия (GaAs) подвижность электронов в шесть раз выше , чем у кремния, что обеспечивает более быструю работу; более широкая запрещенная зона , что позволяет работать силовым устройствам при более высоких температурах и обеспечивает меньший тепловой шум маломощным устройствам при комнатной температуре; его прямая запрещенная зона придает ему более благоприятные оптоэлектронные свойства, чем непрямая запрещенная зона кремния; его можно легировать в тройные и четверичные составы с регулируемой шириной запрещенной зоны, что позволяет излучать свет на выбранных длинах волн, что делает возможным согласование с длинами волн, наиболее эффективно передаваемыми через оптические волокна. GaAs также можно выращивать в полуизолирующей форме, которая подходит в качестве изолирующей подложки, соответствующей решетке, для устройств GaAs. И наоборот, кремний прочен, дешев и прост в обработке, тогда как GaAs хрупок и дорог, а изоляционные слои невозможно создать путем простого выращивания оксидного слоя; Поэтому GaAs используется только там, где кремния недостаточно. [2]

Путем легирования нескольких соединений некоторые полупроводниковые материалы можно регулировать, например, по запрещенной зоне или постоянной решетки . В результате получаются тройные, четверичные и даже пятеричные композиции. Тройные составы позволяют регулировать ширину запрещенной зоны в пределах используемых бинарных соединений; однако в случае комбинации материалов с прямой и непрямой запрещенной зоной существует соотношение, при котором преобладает непрямая запрещенная зона, что ограничивает диапазон, используемый для оптоэлектроники; например, светодиоды AlGaAs ограничены этим значением до 660 нм. Постоянные решетки соединений также имеют тенденцию быть разными, а несоответствие решеток подложки, зависящее от соотношения компонентов, вызывает дефекты в количествах, зависящих от величины несоответствия; это влияет на соотношение достижимых излучательных/безызлучательных рекомбинаций и определяет светоотдачу устройства. Четвертичные и более высокие составы позволяют одновременно регулировать ширину запрещенной зоны и постоянную решетки, позволяя повысить эффективность излучения в более широком диапазоне длин волн; например, AlGaInP используется для светодиодов. Материалы, прозрачные для генерируемой длины волны света, являются предпочтительными, поскольку это позволяет более эффективно извлекать фотоны из основной массы материала. То есть в таких прозрачных материалах светопропускание не ограничивается только поверхностью. Показатель преломления также зависит от состава и влияет на эффективность извлечения фотонов из материала. [3]

Виды полупроводниковых материалов

Сложные полупроводники

Сложный полупроводник — это полупроводниковое соединение , состоящее из химических элементов как минимум двух разных видов. Эти полупроводники образуют, например, группы 13–15 таблицы Менделеева (старые группы III–V), например, элементы из группы бора (старая группа III, бор , алюминий , галлий , индий ) и из группы 15 (старая группа V, азот , фосфор , мышьяк , сурьма , висмут ). Диапазон возможных формул довольно широк, поскольку эти элементы могут образовывать бинарные (два элемента, например, арсенид галлия (III) (GaAs)), тройные (три элемента, например, арсенид индия-галлия (InGaAs)) и четвертичные сплавы (четыре элемента), такие как как сплав фосфида алюминия-галлия-индия (AlInGaP)) и фосфид антимонида арсенида индия (InAsSbP). Свойства полупроводников соединений III-V аналогичны свойствам их аналогов IV группы. Более высокая ионность в этих соединениях, особенно в соединениях II-VI, имеет тенденцию к увеличению фундаментальной запрещенной зоны по сравнению с менее ионными соединениями. [4]

Изготовление

Газофазная эпитаксия из металлорганических соединений (MOVPE) — наиболее популярная технология осаждения сложных полупроводниковых тонких пленок для устройств. [ нужна цитация ] Он использует сверхчистые металлорганические соединения и/или гидриды в качестве исходных материалов-прекурсоров в окружающем газе, таком как водород .

Другие методы выбора включают в себя:

Таблица полупроводниковых материалов

Table of semiconductor alloy systems

The following semiconducting systems can be tuned to some extent, and represent not a single material but a class of materials.

See also

References

  1. ^ Jones, E.D. (1991). "Control of Semiconductor Conductivity by Doping". In Miller, L. S.; Mullin, J. B. (eds.). Electronic Materials. New York: Plenum Press. pp. 155–171. doi:10.1007/978-1-4615-3818-9_12. ISBN 978-1-4613-6703-1.
  2. ^ Milton Ohring Reliability and failure of electronic materials and devices Academic Press, 1998, ISBN 0-12-524985-3, p. 310.
  3. ^ a b c d John Dakin, Robert G. W. Brown Handbook of optoelectronics, Volume 1, CRC Press, 2006 ISBN 0-7503-0646-7 p. 57
  4. ^ Yu, Peter; Cardona, Manuel (2010). Fundamentals of Semiconductors (4 ed.). Springer-Verlag Berlin Heidelberg. p. 2. Bibcode:2010fuse.book.....Y. doi:10.1007/978-3-642-00710-1. ISBN 978-3-642-00709-5.
  5. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u "NSM Archive - Physical Properties of Semiconductors". www.ioffe.ru. Archived from the original on 2015-09-28. Retrieved 2010-07-10.
  6. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q Safa O. Kasap; Peter Capper (2006). Springer handbook of electronic and photonic materials. Springer. pp. 54, 327. ISBN 978-0-387-26059-4.
  7. ^ Isberg, Jan; Hammersberg, Johan; Johansson, Erik; Wikström, Tobias; Twitchen, Daniel J.; Whitehead, Andrew J.; Coe, Steven E.; Scarsbrook, Geoffrey A. (2002-09-06). "High Carrier Mobility in Single-Crystal Plasma-Deposited Diamond". Science. 297 (5587): 1670–1672. Bibcode:2002Sci...297.1670I. doi:10.1126/science.1074374. ISSN 0036-8075. PMID 12215638. S2CID 27736134.
  8. ^ Pierre, Volpe (2010). "High breakdown voltage Schottky diodes synthesized on p-type CVD diamond layer". Physica Status Solidi. 207 (9): 2088–2092. Bibcode:2010PSSAR.207.2088V. doi:10.1002/pssa.201000055. S2CID 122210971.
  9. ^ Y. Tao, J. M. Boss, B. A. Moores, C. L. Degen (2012). Single-Crystal Diamond Nanomechanical Resonators with Quality Factors exceeding one Million. arXiv:1212.1347
  10. ^ S.H. Groves, C.R. Pidgeon, A.W. Ewald, R.J. Wagner Journal of Physics and Chemistry of Solids, Volume 31, Issue 9, September 1970, Pages 2031-2049 (1970). Interband magnetoreflection of α-Sn.
  11. ^ "Tin, Sn". www.matweb.com.
  12. ^ Abass, A. K.; Ahmad, N. H. (1986). "Indirect band gap investigation of orthorhombic single crystals of sulfur". Journal of Physics and Chemistry of Solids. 47 (2): 143. Bibcode:1986JPCS...47..143A. doi:10.1016/0022-3697(86)90123-X.
  13. ^ Nielsen, Rasmus; Youngman, Tomas H.; Moustafa, Hadeel; Levcenco, Sergiu; Hempel, Hannes; Crovetto, Andrea; Olsen, Thomas; Hansen, Ole; Chorkendorff, Ib; Unold, Thomas; Vesborg, Peter C. K. (2022). "Origin of photovoltaic losses in selenium solar cells with open-circuit voltages approaching 1 V". Journal of Materials Chemistry A. 10 (45): 24199–24207. doi:10.1039/D2TA07729A.
  14. ^ Todorov, T. (2017). "Ultrathin high band gap solar cells with improved efficiencies from the world's oldest photovoltaic material". Nature Communications. 8 (1): 682. Bibcode:2017NatCo...8..682T. doi:10.1038/s41467-017-00582-9. PMC 5613033. PMID 28947765. S2CID 256640449.
  15. ^ Nielsen, Rasmus; Crovetto, Andrea; Assar, Alireza; Hansen, Ole; Chorkendorff, Ib; Vesborg, Peter C.K. (12 March 2024). "Monolithic Selenium/Silicon Tandem Solar Cells". PRX Energy. 3 (1): 013013. arXiv:2307.05996. Bibcode:2024PRXE....3a3013N. doi:10.1103/PRXEnergy.3.013013.
  16. ^ Rajalakshmi, M.; Arora, Akhilesh (2001). "Stability of Monoclinic Selenium Nanoparticles". Solid State Physics. 44: 109.
  17. ^ a b Dorf, Richard (1993). The Electrical Engineering Handbook. CRC Press. pp. 2235–2236. ISBN 0-8493-0185-8.
  18. ^ a b Evans, D A; McGlynn, A G; Towlson, B M; Gunn, M; Jones, D; Jenkins, T E; Winter, R; Poolton, N R J (2008). "Determination of the optical band-gap energy of cubic and hexagonal boron nitride using luminescence excitation spectroscopy" (PDF). Journal of Physics: Condensed Matter. 20 (7): 075233. Bibcode:2008JPCM...20g5233E. doi:10.1088/0953-8984/20/7/075233. hdl:2160/612. S2CID 52027854.
  19. ^ "Boron nitride nanotube". www.matweb.com.
  20. ^ a b c d Madelung, O. (2004). Semiconductors: Data Handbook. Birkhäuser. p. 1. ISBN 978-3-540-40488-0.
  21. ^ Claus F. Klingshirn (1997). Semiconductor optics. Springer. p. 127. ISBN 978-3-540-61687-0.
  22. ^ "Lead(II) sulfide". www.matweb.com.
  23. ^ Patel, Malkeshkumar; Indrajit Mukhopadhyay; Abhijit Ray (26 May 2013). "Annealing influence over structural and optical properties of sprayed SnS thin films". Optical Materials. 35 (9): 1693–1699. Bibcode:2013OptMa..35.1693P. doi:10.1016/j.optmat.2013.04.034.
  24. ^ Burton, Lee A.; Whittles, Thomas J.; Hesp, David; Linhart, Wojciech M.; Skelton, Jonathan M.; Hou, Bo; Webster, Richard F.; O'Dowd, Graeme; Reece, Christian; Cherns, David; Fermin, David J.; Veal, Tim D.; Dhanak, Vin R.; Walsh, Aron (2016). "Electronic and optical properties of single crystal SnS2: An earth-abundant disulfide photocatalyst". Journal of Materials Chemistry A. 4 (4): 1312–1318. doi:10.1039/C5TA08214E. hdl:10044/1/41359.
  25. ^ Haacke, G.; Castellion, G. A. (1964). "Preparation and Semiconducting Properties of Cd3P2". Journal of Applied Physics. 35 (8): 2484–2487. Bibcode:1964JAP....35.2484H. doi:10.1063/1.1702886.
  26. ^ a b Borisenko, Sergey; et al. (2014). "Experimental Realization of a Three-Dimensional Dirac Semimetal". Physical Review Letters. 113 (27603): 027603. arXiv:1309.7978. Bibcode:2014PhRvL.113b7603B. doi:10.1103/PhysRevLett.113.027603. PMID 25062235. S2CID 19882802.
  27. ^ Kimball, Gregory M.; Müller, Astrid M.; Lewis, Nathan S.; Atwater, Harry A. (2009). "Photoluminescence-based measurements of the energy gap and diffusion length of Zn3P2" (PDF). Applied Physics Letters. 95 (11): 112103. Bibcode:2009ApPhL..95k2103K. doi:10.1063/1.3225151. ISSN 0003-6951.
  28. ^ Syrbu, N. N.; Stamov, I. G.; Morozova, V. I.; Kiossev, V. K.; Peev, L. G. (1980). "Energy band structure of Zn3P2, ZnP2 and CdP2 crystals on wavelength modulated photoconductivity and photoresponnse spectra of Schottky diodes investigation". Proceedings of the First International Symposium on the Physics and Chemistry of II-V Compounds: 237–242.
  29. ^ a b Botha, J. R.; Scriven, G. J.; Engelbrecht, J. A. A.; Leitch, A. W. R. (1999). "Photoluminescence properties of metalorganic vapor phase epitaxial Zn3As2". Journal of Applied Physics. 86 (10): 5614–5618. Bibcode:1999JAP....86.5614B. doi:10.1063/1.371569.
  30. ^ a b c Rahimi, N.; Pax, R. A.; MacA. Gray, E. (2016). "Review of functional titanium oxides. I: TiO2 and its modifications". Progress in Solid State Chemistry. 44 (3): 86–105. doi:10.1016/j.progsolidstchem.2016.07.002.
  31. ^ S. Banerjee; et al. (2006). "Physics and chemistry of photocatalytic titanium dioxide: Visualization of bactericidal activity using atomic force microscopy" (PDF). Current Science. 90 (10): 1378.
  32. ^ O. Madelung; U. Rössler; M. Schulz, eds. (1998). "Cuprous oxide (Cu2O) band structure, band energies". Landolt-Börnstein – Group III Condensed Matter. Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology. Landolt-Börnstein - Group III Condensed Matter. Vol. 41C: Non-Tetrahedrally Bonded Elements and Binary Compounds I. pp. 1–4. doi:10.1007/10681727_62. ISBN 978-3-540-64583-2.
  33. ^ Lee, Thomas H. (2004). Planar Microwave Engineering: A practical guide to theory, measurement, and circuits. UK: Cambridge Univ. Press. p. 300. ISBN 978-0-521-83526-8.
  34. ^ Shin, S.; Suga, S.; Taniguchi, M.; Fujisawa, M.; Kanzaki, H.; Fujimori, A.; Daimon, H.; Ueda, Y.; Kosuge, K. (1990). "Vacuum-ultraviolet reflectance and photoemission study of the metal-insulator phase transitions in VO 2, V 6 O 13, and V 2 O 3". Physical Review B. 41 (8): 4993–5009. Bibcode:1990PhRvB..41.4993S. doi:10.1103/physrevb.41.4993. PMID 9994356.
  35. ^ Sinha, Sapna (2020). "Atomic structure and defect dynamics of monolayer lead iodide nanodisks with epitaxial alignment on graphene". Nature Communications. 11 (1): 823. Bibcode:2020NatCo..11..823S. doi:10.1038/s41467-020-14481-z. PMC 7010709. PMID 32041958. S2CID 256633781.
  36. ^ Kobayashi, K.; Yamauchi, J. (1995). "Electronic structure and scanning-tunneling-microscopy image of molybdenum dichalcogenide surfaces". Physical Review B. 51 (23): 17085–17095. Bibcode:1995PhRvB..5117085K. doi:10.1103/PhysRevB.51.17085. PMID 9978722.
  37. ^ a b Arora, Himani; Erbe, Artur (2021). "Recent progress in contact, mobility, and encapsulation engineering of InSe and GaSe". InfoMat. 3 (6): 662–693. doi:10.1002/inf2.12160. ISSN 2567-3165.
  38. ^ a b Arora, Himani; Jung, Younghun; Venanzi, Tommaso; Watanabe, Kenji; Taniguchi, Takashi; Hübner, René; Schneider, Harald; Helm, Manfred; Hone, James C.; Erbe, Artur (2019-11-20). "Effective Hexagonal Boron Nitride Passivation of Few-Layered InSe and GaSe to Enhance Their Electronic and Optical Properties". ACS Applied Materials & Interfaces. 11 (46): 43480–43487. doi:10.1021/acsami.9b13442. hdl:11573/1555190. ISSN 1944-8244. PMID 31651146. S2CID 204884014.
  39. ^ a b c Arora, Himani (2020). "Charge transport in two-dimensional materials and their electronic applications" (PDF). Doctoral Dissertation. Retrieved July 1, 2021.
  40. ^ B. G. Yacobi Semiconductor materials: an introduction to basic principles Springer, 2003, ISBN 0-306-47361-5
  41. ^ Kumar, Manish; Sharma, Anjna; Maurya, Indresh Kumar; Thakur, Alpana; Kumar, Sunil (2019). "Synthesis of ultra small iron oxide and doped iron oxide nanostructures and their antimicrobial activities". Journal of Taibah University for Science. 13 (1): 280–285. Bibcode:2019JTUS...13..280K. doi:10.1080/16583655.2019.1565437. S2CID 139826266.
  42. ^ Synthesis and Characterization of Nano-Dimensional Nickelous Oxide (NiO) Semiconductor S. Chakrabarty and K. Chatterjee
  43. ^ Synthesis and Room Temperature Magnetic Behavior of Nickel Oxide Nanocrystallites Kwanruthai Wongsaprom*[a] and Santi Maensiri [b]
  44. ^ Arsenic sulfide (As2S3)
  45. ^ Temperature Dependence of Spectroscopic Performance of Thallium Bromide X- and Gamma-Ray Detectors
  46. ^ HODES; Ebooks Corporation (8 October 2002). Chemical Solution Deposition of Semiconductor Films. CRC Press. pp. 319–. ISBN 978-0-8247-4345-1. Retrieved 28 June 2011.
  47. ^ Arumona Edward Arumona; Amah A N (2018). "Density Functional Theory Calculation of Band Gap of Iron (II) disulfide and Tellurium". Advanced Journal of Graduate Research. 3: 41–46. doi:10.21467/ajgr.3.1.41-46.
  48. ^ Prashant K Sarswat; Michael L Free (2013). "Enhanced Photoelectrochemical Response from Copper Antimony Zinc Sulfide Thin Films on Transparent Conducting Electrode". International Journal of Photoenergy. 2013: 1–7. doi:10.1155/2013/154694.
  49. ^ Yasantha Rajakarunanayake(1991) Optical properties of Si-Ge superlattices and wide band gap II-VI superlattices Dissertation (Ph.D.), California Institute of Technology
  50. ^ Hussain, Aftab M.; Fahad, Hossain M.; Singh, Nirpendra; Sevilla, Galo A. Torres; Schwingenschlögl, Udo; Hussain, Muhammad M. (2014). "Tin – an unlikely ally for silicon field effect transistors?". Physica Status Solidi RRL. 8 (4): 332–335. Bibcode:2014PSSRR...8..332H. doi:10.1002/pssr.201308300. S2CID 93729786.
  51. ^ Trukhan, V. M.; Izotov, A. D.; Shoukavaya, T. V. (2014). "Compounds and solid solutions of the Zn-Cd-P-As system in semiconductor electronics". Inorganic Materials. 50 (9): 868–873. doi:10.1134/S0020168514090143. S2CID 94409384.
  52. ^ Cisowski, J. (1982). "Level Ordering in II3-V2 Semiconducting Compounds". Physica Status Solidi B. 111 (1): 289–293. Bibcode:1982PSSBR.111..289C. doi:10.1002/pssb.2221110132.
  53. ^ Arushanov, E. K. (1992). "II3V2 compounds and alloys". Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials. 25 (3): 131–201. doi:10.1016/0960-8974(92)90030-T.