Wykład IIIRodzaje półprzewodników

Materiały stosowane w produkcji przyrządów półprzewodnikowych

Półprzewodnik

Szerokośćpasma

zabronionego[eV] 300K

Ruchliwość[cm2/Vs]

Względna stała

dielektryczna

Kondukt. cieplna

[WmK-1]

Krzem 1,12 1500 11,7 1,45

German 0,66 3900 16,0 0,55

Arsenek galu 1,43 8600 13,1 0,44

Antymonek galu

0,67 4000 15 0,33

Arsenek indu 0,33 33000 - 0,27

Fosforek indu 1,29 6000 1,1 0,68

Antymonek indu

0,16 70000 - 0,17

Materiały Grupy IV

Im mniejsza Eg tym większa odległość do najbliższych sąsiadów d

Atom Eg (eV) d (Å)

C 6.0 2.07

Si 1.1 2.35

Ge 0.7 2.44

Sn (półmetal) 0.0 2.80

Pb ( metal) 0.0 1.63str wurcytu

Materiały IV grupy

• C, Si, Ge, Sn - struktura diamentu

• Pb – struktura fcc

fcc fcc

Półprzewodniki atomowe• C (diament), Si, Ge, Sn (tzw. szara cyna lub α-Sn)

Wiązanie tetraedryczne w strukturze diamentu.

Każdy atom ma 4 najbliższych sąsiadów.

wiązanie: sp3 kowalencyjne.

• Również niektóre pierwiastki V i VI grupy są półprzewodnikami!

P

S, Se, Te

Związki III-V

III V

B N

Al P

Ga As

In Sb

Tl nie używane Bi

BN, BP, BAs; AlN, AlP, AlAs, AlSb

GaN, GaP, GaAs, GaSb; InP, InAs, InSb,….

Związki III-V• zastosowania: detektory IR, diody LED, przełączniki

• BN, BP, BAs; AlN, AlP, AlAs, AlSb

GaN, GaP, GaAs, GaSb; InP, InAs, InSb,….

Eg maleje zaś d rośnie w dół tablicy UOP Wiązanie tetraedryczne! Struktura blendy cynkowej. Niektóre związki

(B i N ): struktura wurcytu

Wiązanie: mieszane, kowalencyjno-jonowe

Blenda cynkowa Wurcyt

Związki II-VIII VI

Zn O

Cd S

Hg Se

Mn Te

nie używany Po

ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe; CdS, CdSe, CdTe

HgS, HgSe, HgTe, wybrane związki z Mn….

• zastosowania: detektory IR, diody LED, przełączniki

ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe; CdS, CdSe, CdTe

HgS, HgSe, HgTe (półmetale); związki z Mn

Eg maleje zaś d rośnie w dół tablicy UOP

Duże przerwy wzbr.! (za wyjątkiem związków z Hg które są półmetalami z zerową przerwą.

Wiązanie tetraedryczne! Niektóre blenda cynkowa, niektóre str. wurcytu

Wiązanie: bardziej jonowe niż kowalencyjne

Związki II-VI

Związki IV- IV

IV

C

Si

Ge

Sn

SiC Inne: GeC, SnC, SiGe, SiSn, GeSn – nie można zrealizować lub nie są półprzewodnikami

SiC: blenda cynkowa (półprzewodnik), heksagonalna gęsto upakowana (duża przerwa, izolator).

IV VI

C O

Si S

Ge Se

Sn Te

Pb

PbS, PbTe, PbSe, SnS

Inne: SnTe, GeSe, nie można zrealizować lub nie są półprzewodnikami

Związki IV- VI

Związki IV-VI • zastosowania: detektory IR, przełączniki

• PbS, PbTe struktura blendy cynkowej

• Inne:~ 100% wiązania jonowe

Małe przerwy(detektory IR)

• W większości izolatory: NaCl, CsCl,

• Brak wiązań tetraedrycznych

~ 100% wiązania jonowe

• Struktura typu NaCl lub CsCl

Duże przerwy wzbronione

lk=12

Związki I-VII

lk=8

Tlenki

• Izolatory (duże przerwy wzbronione)

• Niektóre są półprzewodnikami: CuO, Cu2O, ZnO

niezbyt dobrze rozumiane, nieliczne zastosowania (poza ZnO m.in.. przetwornik ultradźwiękowy,

fotowoltaika (partner typu n do CdTe typu p /lub materiał organiczny typu p !)

• W niskichT, niektóre tlenki są nadprzewodnikamiWiele wysokotemp. nadprzewodników jest wykonane na bazie La2CuO4 (Tc~

135K)

Półprzewodniki z prostą i skośną przerwą wzbronioną

E(k) (relacja dyspersji) dla krzemu

a) E(k) dla Si i GaAs b)Powierzchnia stałej energii dla Si, w pobliżu 6 minimów pasma przewodnictwa w kierunku punktu X..

E(k) dla Si i GaAs

E(k) (relacja dyspersji) dla germanu

E(k) (relacja dyspersji) dla GaAs i AlAs

Historia Isamu Akasaki

1985 monokryształ GaN na szafirze

1989 niebieska LED p-n GaN, p-typ otrzymany poprzez bombardowanie elektronami GaN:Mg, (prototyp)

Shuji Nakamura

1993 – pierwsza zielona, niebieska, fiolet. i biała (o wysokiej jasności) LED na GaN (epitaksjalna warstwa MOCVD na szafirze),(wodór pasywuje akceptory),

masowa produkcja

1995 –pierwszy biało-niebieski laser na GaN ze studnią kwantową

GaN przegląd

kryształ GaNwww.phy.mtu.edu/yap/images/galliumnitride.jpg

http://en.wikipedia.org/wiki/Gallium_nitride

Stała sieci 300K

a0 = 0.3189

nm

c0 = 0.5185

nm

gęstość 300K 6.095 g.cm-3

Epiwarstwa GaN na szafirze

http://pl.wikipedia.org/wiki/Azotek_galu

Wurcyt

GaN struktura pasmowa i I strefa Brillouina

GaNWytrzymały na duże pole elektryczne: 3MV/cm

Wytrzymały na duże pole elektryczne: 3MV/cm

Odporność na wysoką temp. (duża przerwa)

Odporność na wysoką temp. (duża przerwa)

Duża gęstość prąduDuża gęstość prądu

Duża szybkość przełączaniaDuża szybkość przełączania

Widmo promieniowania i energie wzbronione

Ga

PAs

GaAs(1+x) Px

GaAs(1+x) Px