半導(dǎo)體材料是一類具有半導(dǎo)體性能,用來制作半導(dǎo)體器件的電子材料。常用的重要半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理是通過電子和空穴這兩種載流子來實(shí)現(xiàn)的,因此相應(yīng)的有N型和P型之分。半導(dǎo)體材料通常具有一定的禁帶寬度,其電特性易受外界條件(如光照、溫度等)的影響。不同導(dǎo)電類型的材料是通過摻入特定雜質(zhì)來制備的。雜質(zhì)(特別是重金屬快擴(kuò)散雜質(zhì)和深能級雜質(zhì))對材料性能的影響尤大。
因此,半導(dǎo)體材料應(yīng)具有很高的純度,這就不僅要求用來生產(chǎn)半導(dǎo)體材料的原材料應(yīng)具有相當(dāng)高的純度,而且還要求超凈的生產(chǎn)環(huán)境,以期將生產(chǎn)過程的雜質(zhì)污染減至最小。半導(dǎo)體材料大部分都是晶體,半導(dǎo)體器件對于材料的晶體完整性有較高的要求。此外,對于材料的各種電學(xué)參數(shù)的均勻性也有嚴(yán)格的要求。
半導(dǎo)體材料是室溫下導(dǎo)電性介于導(dǎo)電材料和絕緣材料之間的一類功能材料??侩娮雍涂昭▋煞N載流子實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電,室溫時電阻率一般在10-5~107歐·米之間。通常電阻率隨溫度升高而增大;若摻入活性雜質(zhì)或用光、射線輻照,可使其電阻率有幾個數(shù)量級的變化。
此外,半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性對外界條件(如熱、光、電、磁等因素)的變化非常敏感,據(jù)此可以制造各種敏感元件,用于信息轉(zhuǎn)換。
半導(dǎo)體材料的特性參數(shù)有禁帶寬度、電阻率、載流子遷移率、非平衡載流子壽命和位錯密度。禁帶寬度由半導(dǎo)體的電子態(tài)、原子組態(tài)決定,反映組成這種材料的原子中價電子從束縛狀態(tài)激發(fā)到自由狀態(tài)所需的能量。電阻率、載流子遷移率反映材料的導(dǎo)電能力。
非平衡載流子壽命反映半導(dǎo)體材料在外界作用(如光或電場)下內(nèi)部載流子由非平衡狀態(tài)向平衡狀態(tài)過渡的弛豫特性。位錯是晶體中最常見的一類缺陷。位錯密度用來衡量半導(dǎo)體單晶材料晶格完整性的程度,對于非晶態(tài)半導(dǎo)體材料,則沒有這一參數(shù)。
半導(dǎo)體材料的特性參數(shù)不僅能反映半導(dǎo)體材料與其他非半導(dǎo)體材料之間的差別,更重要的是能反映各種半導(dǎo)體材料之間甚至同一種材料在不同情況下,其特性的量值差別。
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