stringtranslate.com

Список полупроводниковых материалов

Полупроводниковые материалы номинально являются малозонными изоляторами . Определяющим свойством полупроводникового материала является то, что его можно испортить, легировав его 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 периодической таблицы их составляющих атомов .

Различные полупроводниковые материалы различаются по своим свойствам. Таким образом, по сравнению с кремнием , сложные полупроводники имеют как преимущества, так и недостатки. Например, арсенид галлия (GaAs) имеет в шесть раз более высокую подвижность электронов , чем кремний, что обеспечивает более быструю работу; более широкую запрещенную зону , что позволяет работать силовым устройствам при более высоких температурах и дает меньший тепловой шум маломощным устройствам при комнатной температуре; его прямая запрещенная зона дает ему более благоприятные оптоэлектронные свойства, чем непрямая запрещенная зона кремния; его можно легировать до тройных и четверных составов 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. Напротив, кремний прочен, дешев и прост в обработке, тогда как GaAs хрупок и дорог, и изоляционные слои не могут быть созданы путем простого выращивания оксидного слоя; поэтому GaAs используется только там, где кремния недостаточно. [2]

Сплавляя несколько соединений, некоторые полупроводниковые материалы можно настраивать, например, по ширине запрещенной зоны или постоянной решетки . В результате получаются тройные, четверные или даже пятеричные составы. Тройные составы позволяют регулировать ширину запрещенной зоны в диапазоне задействованных бинарных соединений; однако в случае комбинации материалов с прямой и непрямой запрещенной зоной существует соотношение, при котором преобладает непрямая запрещенная зона, что ограничивает диапазон, пригодный для использования в оптоэлектронике; например, светодиоды AlGaAs ограничены 660 нм. Постоянные решетки соединений также имеют тенденцию быть разными, а несоответствие решетки относительно подложки, зависящее от соотношения смешивания, вызывает дефекты в количествах, зависящих от величины несоответствия; это влияет на соотношение достижимых излучательных/неизлучательных рекомбинаций и определяет световую эффективность устройства. Четвертичные и более высокие составы позволяют одновременно регулировать ширину запрещенной зоны и постоянную решетки, что позволяет увеличить излучательную эффективность в более широком диапазоне длин волн; например, AlGaInP используется для светодиодов. Материалы, прозрачные для генерируемой длины волны света, являются выгодными, поскольку это позволяет более эффективно извлекать фотоны из объема материала. То есть, в таких прозрачных материалах производство света не ограничивается только поверхностью. Показатель преломления также зависит от состава и влияет на эффективность извлечения фотонов из материала. [3]

Типы полупроводниковых материалов

Полупроводниковые соединения

Полупроводниковое соединение — это полупроводниковое соединение , состоящее из химических элементов по крайней мере двух различных видов. Эти полупроводники образуют, например, группы 13–15 периодической таблицы (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 четверные сплавы (четыре элемента), такие как сплав алюминия-галлия-индия-фосфида (AlInGaP)) и фосфида антимонида арсенида индия (InAsSbP). Свойства полупроводниковых соединений III-V аналогичны их аналогам из группы IV. Более высокая ионность в этих соединениях, и особенно в соединении II-VI, имеет тенденцию увеличивать фундаментальную ширину запрещенной зоны по сравнению с менее ионными соединениями. [4]

Изготовление

Металлоорганическая парофазная эпитаксия (MOVPE) является наиболее популярной технологией осаждения для формирования сложных полупроводниковых тонких пленок для устройств. [ необходима ссылка ] Она использует сверхчистые металлоорганические соединения и/или гидриды в качестве исходных материалов в окружающем газе, таком как водород .

Другие методы выбора включают в себя:

Таблица полупроводниковых материалов

Таблица систем полупроводниковых сплавов

Следующие полупроводниковые системы могут быть настроены в определенной степени и представляют собой не один материал, а класс материалов.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Джонс, Э.Д. (1991). «Управление проводимостью полупроводников путем легирования». В Miller, LS; Mullin, JB (ред.). Электронные материалы . Нью-Йорк: Plenum Press. стр. 155–171. doi :10.1007/978-1-4615-3818-9_12. ISBN 978-1-4613-6703-1.
  2. ^ Милтон Оринг Надежность и отказы электронных материалов и устройств Academic Press, 1998, ISBN 0-12-524985-3 , стр. 310. 
  3. ^ abcd Джон Дейкин, Роберт Г. В. Браун Справочник по оптоэлектронике, том 1, CRC Press, 2006 ISBN 0-7503-0646-7 стр. 57 
  4. ^ Ю, Питер; Кардона, Мануэль (2010). Основы полупроводников (4-е изд.). Springer-Verlag Berlin Heidelberg. стр. 2. Bibcode :2010fuse.book.....Y. doi :10.1007/978-3-642-00710-1. ISBN 978-3-642-00709-5.
  5. ^ abcdefghijklmnopqrstu "Архив NSM - Физические свойства полупроводников". www.ioffe.ru . Архивировано из оригинала 2015-09-28 . Получено 2010-07-10 .
  6. ^ abcdefghijklmnopq Сафа О. Касап; Питер Каппер (2006). Справочник Springer по электронным и фотонным материалам. Springer. С. 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). "Высокая подвижность носителей заряда в монокристаллическом плазменно-осажденном алмазе". Science . 297 (5587): 1670–1672. Bibcode :2002Sci...297.1670I. doi :10.1126/science.1074374. ISSN  0036-8075. PMID  12215638. S2CID  27736134.
  8. ^ Пьер, Вольпе (2010). «Высоковольтные диоды Шоттки, синтезированные на слое алмаза CVD p-типа». Physica Status Solidi . 207 (9): 2088–2092. Bibcode : 2010PSSAR.207.2088V. doi : 10.1002/pssa.201000055. S2CID  122210971.
  9. ^ Y. Tao, JM Boss, BA Moores, CL Degen (2012). Монокристаллические алмазные наномеханические резонаторы с добротностями, превышающими миллион. arXiv:1212.1347
  10. ^ SH Groves, CR Pidgeon, AW Ewald, RJ Wagner Journal of Physics and Chemistry of Solids, том 31, выпуск 9, сентябрь 1970 г., страницы 2031-2049 (1970). Межзонное магнитоотражение α-Sn.
  11. ^ "Тин, Сн". www.matweb.com .
  12. ^ Аббасс, АК; Ахмад, NH (1986). "Непрямое исследование запрещенной зоны орторомбических монокристаллов серы". Журнал физики и химии твердого тела . 47 (2): 143. Bibcode : 1986JPCS...47..143A. doi : 10.1016/0022-3697(86)90123-X.
  13. ^ Нильсен, Расмус; Янгман, Томас Х.; Мустафа, Хадеел; Левченко, Серджиу; Хемпель, Ханнес; Кроветто, Андреа; Олсен, Томас; Хансен, Оле; Чоркендорф, Иб; Унольд, Томас; Весборг, Питер CK (2022). «Происхождение фотоэлектрических потерь в селеновых солнечных элементах с напряжением разомкнутой цепи, приближающимся к 1 В». Журнал химии материалов A. 10 ( 45): 24199–24207. doi :10.1039/D2TA07729A.
  14. ^ Тодоров, Т. (2017). «Сверхтонкие широкозонные солнечные элементы с улучшенной эффективностью из старейшего в мире фотоэлектрического материала». Nature Communications . 8 (1): 682. Bibcode :2017NatCo...8..682T. doi :10.1038/s41467-017-00582-9. PMC 5613033 . PMID  28947765. S2CID  256640449. 
  15. ^ Нильсен, Расмус; Кроветто, Андреа; Ассар, Алиреза; Хансен, Оле; Чоркендорф, Иб; Весборг, Питер CK (12 марта 2024 г.). «Монолитные селен/кремниевые тандемные солнечные элементы». PRX Energy . 3 (1): 013013. arXiv : 2307.05996 . Bibcode :2024PRXE....3a3013N. doi :10.1103/PRXEnergy.3.013013.
  16. ^ Раджалакшми, М.; Арора, Акхилеш (2001). «Устойчивость моноклинных наночастиц селена». Физика твердого тела . 44 : 109.
  17. ^ ab Дорф, Ричард (1993). Справочник по электротехнике . CRC Press. стр. 2235–2236. ISBN 0-8493-0185-8.
  18. ^ ab Evans, DA; McGlynn, AG; Towlson, BM; Gunn, M.; Jones, D.; Jenkins, TE; Winter, R.; Poolton, NR J (2008). "Определение оптической энергии запрещенной зоны кубического и гексагонального нитрида бора с использованием спектроскопии возбуждения люминесценции" (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. ^ "Нанотрубка нитрида бора". www.matweb.com .
  20. ^ abcd Маделунг, О. (2004). Полупроводники: Справочник данных. Биркхойзер. стр. 1. ISBN 978-3-540-40488-0.
  21. ^ Клаус Ф. Клингширн (1997). Полупроводниковая оптика. Спрингер. п. 127. ИСБН 978-3-540-61687-0.
  22. ^ "Сульфид свинца(II)". www.matweb.com .
  23. ^ Patel, Malkeshkumar; Indrajit Mukhopadhyay; Abhijit Ray (26 мая 2013 г.). «Влияние отжига на структурные и оптические свойства распыленных тонких пленок SnS». Optical Materials . 35 (9): 1693–1699. Bibcode :2013OptMa..35.1693P. doi :10.1016/j.optmat.2013.04.034.
  24. ^ Бертон, Ли А.; Уиттлз, Томас Дж.; Хесп, Дэвид; Линхарт, Войцех М.; Скелтон, Джонатан М.; Хоу, Бо; Вебстер, Ричард Ф.; О'Дауд, Грэм; Рис, Кристиан; Чернс, Дэвид; Фермин, Дэвид Дж.; Вил, Тим Д.; Дханак, Вин Р.; Уолш, Арон (2016). «Электронные и оптические свойства монокристалла SnS2 : изобилующий на Земле дисульфидный фотокатализатор». Журнал химии материалов A. 4 ( 4): 1312–1318. doi :10.1039/C5TA08214E. hdl : 10044/1/41359 .
  25. ^ Хааке, Г.; Кастельон, ГА (1964). "Подготовка и полупроводниковые свойства Cd 3 P 2 ". Журнал прикладной физики . 35 (8): 2484–2487. Bibcode : 1964JAP....35.2484H. doi : 10.1063/1.1702886.
  26. ^ ab Борисенко, Сергей; и др. (2014). "Экспериментальная реализация трехмерного полуметалла Дирака". Physical Review Letters . 113 (27603): 027603. arXiv : 1309.7978 . Bibcode :2014PhRvL.113b7603B. doi :10.1103/PhysRevLett.113.027603. PMID  25062235. S2CID  19882802.
  27. ^ Кимбалл, Грегори М.; Мюллер, Астрид М.; Льюис, Натан С.; Этуотер, Гарри А. (2009). "Измерения энергетической щели и длины диффузии Zn3P2 на основе фотолюминесценции" (PDF) . Applied Physics Letters . 95 (11): 112103. Bibcode :2009ApPhL..95k2103K. doi :10.1063/1.3225151. ISSN  0003-6951.
  28. ^ Сырбу, НН; Стамов, ИГ; Морозова, ВИ; Киосев, ВК; Пеев, ЛГ (1980). «Исследование структуры энергетических зон кристаллов Zn3P2 , ZnP2 и CdP2 по спектру фотопроводимости с модуляцией длины волны и фотоответа диодов Шоттки». Труды Первого международного симпозиума по физике и химии соединений II-V : 237–242.
  29. ^ Аб Бота, младший; Скривен, Дж.Дж.; Энгельбрехт, JAA; Лейтч, AWR (1999). «Фотолюминесцентные свойства газофазного эпитаксиального металлорганического соединения Zn 3 As 2 ». Журнал прикладной физики . 86 (10): 5614–5618. Бибкод : 1999JAP....86.5614B. дои : 10.1063/1.371569.
  30. ^ abc Рахими, Н.; Пакс, РА; МакА. Грей, Э. (2016). «Обзор функциональных оксидов титана. I: TiO 2 и его модификации». Progress in Solid State Chemistry . 44 (3): 86–105. doi :10.1016/j.progsolidstchem.2016.07.002.
  31. ^ S. Banerjee; et al. (2006). "Физика и химия фотокаталитического диоксида титана: Визуализация бактерицидной активности с использованием атомно-силовой микроскопии" (PDF) . Current Science . 90 (10): 1378.
  32. ^ O. Madelung; U. Rössler; M. Schulz, ред. (1998). "Cuprous oxide (Cu 2 O) band structure, band energy". Ландольт-Бёрнштейн – Group III Condensed Matter. Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology . Ландольт-Бёрнштейн - 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. ^ Ли, Томас Х. (2004). Планарная микроволновая инженерия: практическое руководство по теории, измерениям и схемам. Великобритания: Cambridge Univ. Press. стр. 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). "Исследование отражения в вакууме и ультрафиолете и фотоэмиссии фазовых переходов металл-изолятор в VO2 , V6O13 и V2O3 " . Physical Review B. 41 ( 8 ): 4993–5009. Bibcode : 1990PhRvB..41.4993S. doi : 10.1103/physrevb.41.4993. PMID 9994356  .
  35. ^ Синха, Сапна (2020). «Атомная структура и динамика дефектов монослойных нанодисков иодида свинца с эпитаксиальным выравниванием на графене». Nature Communications . 11 (1): 823. Bibcode :2020NatCo..11..823S. doi :10.1038/s41467-020-14481-z. PMC 7010709 . PMID  32041958. S2CID  256633781. 
  36. ^ Кобаяши, К.; Ямаути, Дж. (1995). «Электронная структура и изображение сканирующей туннельной микроскопии поверхностей дихалькогенида молибдена». Physical Review B. 51 ( 23): 17085–17095. Bibcode : 1995PhRvB..5117085K. doi : 10.1103/PhysRevB.51.17085. PMID  9978722.
  37. ^ ab Арора, Химани; Эрбе, Артур (2021). «Последние достижения в области контактной, мобильной и инкапсуляционной инженерии InSe и GaSe». InfoMat . 3 (6): 662–693. doi : 10.1002/inf2.12160 . ISSN  2567-3165.
  38. ^ аб Арора, Химани; Юнг, Ёнхун; Венанци, Томмазо; Ватанабэ, Кендзи; Танигучи, Такаши; Хюбнер, Рене; Шнайдер, Харальд; Хельм, Манфред; Хоун, Джеймс С.; Эрбе, Артур (20 ноября 2019 г.). «Эффективная пассивация гексагональным нитридом бора малослойных InSe и GaSe для улучшения их электронных и оптических свойств». Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 11 (46): 43480–43487. дои : 10.1021/acsami.9b13442. hdl : 11573/1555190 . ISSN  1944-8244. PMID  31651146. S2CID  204884014.
  39. ^ abc Arora, Himani (2020). "Перенос заряда в двумерных материалах и их электронные приложения" (PDF) . Докторская диссертация . Получено 1 июля 2021 г. .
  40. ^ Б. Г. Якоби Полупроводниковые материалы: введение в основные принципы Springer, 2003, ISBN 0-306-47361-5 
  41. ^ Кумар, Маниш; Шарма, Анжна; Маурья, Индреш Кумар; Такур, Альпана; Кумар, Сунил (2019). «Синтез сверхмалых наноструктур оксида железа и легированного оксида железа и их антимикробная активность». Журнал Университета науки Тайба . 13 (1): 280–285. Bibcode : 2019JTUS...13..280K. doi : 10.1080/16583655.2019.1565437 . S2CID  139826266.
  42. ^ Синтез и характеристика наноразмерного полупроводника оксида никеля (NiO) С. Чакрабарти и К. Чаттерджи
  43. ^ Синтез и магнитное поведение нанокристаллитов оксида никеля при комнатной температуре Кванрутай Вонгсапром*[a] и Санти Маенсири [b]
  44. ^ Сульфид мышьяка (As2S3)
  45. ^ Температурная зависимость спектроскопических характеристик детекторов рентгеновского и гамма-излучения на основе бромида таллия
  46. ^ Hodes; Ebooks Corporation (8 октября 2002 г.). Химическое осаждение полупроводниковых пленок из раствора. CRC Press. стр. 319–. ISBN 978-0-8247-4345-1. Получено 28 июня 2011 г.
  47. ^ Арумона Эдвард Арумона; Амах АН (2018). «Расчет запрещенной зоны дисульфида железа (II) и теллура с помощью теории функциональной плотности». Передовой журнал последипломных исследований . 3 : 41–46. дои : 10.21467/ajgr.3.1.41-46 .
  48. ^ Prashant K Sarswat; Michael L Free (2013). «Улучшенный фотоэлектрохимический отклик тонких пленок сульфида меди, сурьмы, цинка на прозрачном проводящем электроде». International Journal of Photoenergy . 2013 : 1–7. doi : 10.1155/2013/154694 .
  49. ^ Ясанта Раджакарунанаяке (1991) Оптические свойства сверхрешеток Si-Ge и сверхрешеток II-VI с широкой запрещенной зоной. Диссертация (доктор философии), Калифорнийский технологический институт
  50. ^ Хуссейн, Афтаб М.; Фахад, Хоссейн М.; Сингх, Нирпендра; Севилла, Гало А. Торрес; Швингеншлёгль, Удо; Хуссейн, Мухаммад М. (2014). «Олово – маловероятный союзник для кремниевых полевых транзисторов?». Physica Status Solidi RRL . 8 (4): 332–335. Bibcode : 2014PSSRR...8..332H. doi : 10.1002/pssr.201308300. S2CID  93729786.
  51. ^ Трухан, ВМ; Изотов, АД; Шукавая, ТВ (2014). «Соединения и твердые растворы системы Zn-Cd-P-As в полупроводниковой электронике». Неорганические материалы . 50 (9): 868–873. doi :10.1134/S0020168514090143. S2CID  94409384.
  52. ^ Cisowski, J. (1982). «Упорядочение уровней в полупроводниковых соединениях II 3 -V 2 ». Physica Status Solidi B . 111 (1): 289–293. Bibcode :1982PSSBR.111..289C. doi :10.1002/pssb.2221110132.
  53. ^ Арушанов, EK (1992). " Соединения и сплавы II 3 V 2 ". Прогресс в росте кристаллов и характеристике материалов . 25 (3): 131–201. doi :10.1016/0960-8974(92)90030-T.