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1 导论1

1.1 基本概念1

1.2 发展简史2

1.3 半导体材料的分类3

1.4 半导体材料的基本性质4

1.4.1 半导体的晶体结构4

1.4.2 半导体的化学键5

1.4.3 半导体的能带6

1.4.4 半导体的电导7

1.4.5 半导体的霍尔效应7

1.4.6 半导体的光学性质9

1.5.3 半导体缺陷工程10

1.5.2 缺陷10

1.5.1 杂质10

1.5 半导体中的杂质和缺陷10

1.6 半导体材料的性能检测11

1.7 材料的应用发展趋势13

参考文献16

2 元素半导体材料19

2.1 硅19

2.1.1 Si的化学性质19

2.1.2 晶体结构和能带20

2.1.3 电学性质21

2.1.4 光学性质23

2.1.5 Si中的杂质23

2.1.6 Si中的缺陷27

2.1.7 Si的力学和热学性质28

2.2.1 化学性质30

2.2 锗30

2.2.2 物理性质31

2.3 金刚石32

2.4 硒和碲34

2.4.1 硒34

2.4.2 碲35

2.5 磷、硼和灰锡36

2.5.1 磷36

2.5.2 硼37

2.5.3 灰锡38

参考文献39

3.1.1 概述41

3.1.2 一般性质41

3.1 Ⅲ-Ⅴ族半导体材料41

3 化合物半导体材料41

3.1.3 晶体结构、化学键和极性45

3.1.4 主要的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体47

3.2 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料65

3.2.1 概述65

3.2.2 光学性质70

3.2.3 自补偿72

3.2.4 应用概述73

3.3 碳化硅74

3.3.1 SiC的化学性质74

3.3.2 SiC的物理性质74

3.4 Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体材料77

3.4.1 基本性质77

3.4.2 应用简介82

3.5 其他二元化合物半导体材料84

3.5.1 Ⅲ-Ⅵ族化合物84

3.5.2 Ⅴ-Ⅵ族化合物85

3.5.3 Ⅰ-Ⅶ族化合物87

3.5.4 氧化物半导体87

3.6 三元化合物半导体材料88

参考文献93

4 固溶体半导体材料95

4.1 固溶体的基本性质95

4.2 Si1－xGex固溶体96

4.2.1 晶格常数和失配率96

4.2.2 电学性质97

4.2.3 其他性质98

4.3 Ⅲ-Ⅴ族固溶体半导体101

4.3.1 三元固溶体101

4.3.2 四元固溶体107

4.4.1 HgCdTe的基本性质113

4.4 Ⅱ-Ⅵ族及其他固溶体半导体113

4.4.2 其他Ⅱ-Ⅵ族固溶体116

4.4.3 Ⅱ-Ⅵ/Ⅲ-Ⅴ族固溶体117

4.4.4 Ⅳ-Ⅵ族(铅盐)固溶体118

4.5 稀磁半导体119

4.5.1 晶格常数和带隙121

4.5.2 其他基本性质123

4.5.3 应用概述124

参考文献125

5 非晶、有机和微结构半导体材料128

5.1 非晶半导体材料128

5.1.1 引言128

5.1.2 基本性质129

5.1.3 应用136

5.2.1 有机半导体材料及其基本性质138

5.2 有机半导体材料138

5.1.4 微晶半导体138

5.2.2 应用146

5.3 半导体微结构(超晶格、量子结构)材料150

5.3.1 半导体超晶格150

5.3.2 量子结构材料157

5.3.3 半导体微结构材料的主要性能及应用158

5.4 多孔硅和纳米硅161

5.4.1 多孔硅和纳米硅的基本性质162

5.4.2 多孔硅和纳米硅的应用前景163

参考文献164

6 半导体器件基础166

6.1 pn结166

6.2 金属-半导体接触169

6.3.2 异质结双极晶体管(HBT)171

6.3.1 结型晶体管171

6.3 晶体三极管171

6.3.3 场效应晶体管(FET)172

6.3.4 MOSFET173

6.3.5 HEMT174

6.4 可控硅(SCR)175

6.5 半导体发光与激光176

6.5.1 pn结注入式发光176

6.5.2 半导体激光器177

6.6 集成电路178

参考文献180

7 半导体电子材料181

7.1 材料的器件适性优值181

7.1.1 约翰逊优值181

7.1.2 凯斯优值182

7.1.3 巴利加优值183

7.1.4 高频器件用材料优值184

7.1.5 热性能优值185

7.2 硅187

7.2.1 为什么要用硅187

7.2.2 集成电路(IC)对Si材料的基本要求189

7.2.3 关于硅片大直径化192

7.2.4 硅单晶在电力电子技术中的应用192

7.2.5 多晶硅薄膜和非晶硅薄膜194

7.3 硅基材料195

7.3.1 SiGe/Si(固溶体)材料195

7.3.2 绝缘体上的硅(SOI)材料198

7.3.3 GaAs/Si异质外延材料201

7.4.1 GaAs202

7.4 化合物半导体材料202

7.4.2 InP205

7.4.3 SiC207

7.4.4 GaN208

7.5 金刚石210

参考文献211

8 半导体光电子材料215

8.1 半导体激光材料215

8.1.1 Ⅲ-Ⅴ族LD材料215

8.1.2 Ⅱ-Ⅵ族半导体LD材料221

8.1.3 Ⅳ-Ⅵ族半导体LD材料222

8.1.4 半导体LD材料市场概况223

8.2 半导体显示材料224

8.2.1 LED材料224

8.2.2 半导体电致发光材料226

8.2.3 阴极射线发光材料227

8.3.1 发展历程概述228

8.3 太阳电池材料228

8.3.2 太阳电池材料作为清洁能源材料的重要性229

8.3.3 太阳电池材料230

8.3.4 发展趋势和展望234

8.4 其他半导体光电子材料235

8.4.1 电光材料235

8.4.2 光子牵引材料236

8.4.3 负电子亲和势光电阴极材料236

8.4.4 光波导材料238

8.5 光电集成电路材料239

参考文献239

9.1 力敏材料242

9.1.1 压阻效应力敏材料242

9 半导体敏感材料242

9.1.2 压电效应力敏材料244

9.2 光敏材料245

9.2.1 可见光波段光敏材料245

9.2.2 红外波段光敏材料246

9.2.3 短波长(紫外)光敏材料251

9.2.4 光电二极管材料252

9.2.5 光电导膜材料254

9.3 磁敏材料254

9.3.1 霍尔器件材料254

9.3.2 磁阻器件材料256

9.3.3 磁敏二极管和磁敏三极管材料257

9.4 热敏材料258

9.4.1 半导体陶瓷热敏电阻材料258

9.4.2 硅温敏电阻258

9.4.3 温敏二极管259

9.5 气敏材料260

9.5.1 金属氧化物半导体气敏材料260

9.5.2 MOS型气敏元件材料262

9.6 射线敏材料263

9.7 其他半导体敏感材料265

参考文献266

10 其他半导体材料268

10.1 半导体热电材料及其应用268

10.1.1 热电效应简述268

10.1.2 半导体热电材料269

10.1.3 关于更大优值热电材料的研究276

10.1.4 热电材料应用281

10.2 半导体红外光学材料及其应用281

10.2.1 基本性质282

10.2.2 重要半导体红外光材料287

10.2.3 应用概述298

10.3 半导体陶瓷材料及其应用300

10.3.1 PTC半导瓷材料300

10.3.2 NTC半导瓷材料302

10.3.3 临界温度热敏电阻(器)材料302

10.3.4 线性热敏半导瓷材料303

10.3.5 (电)压敏半导瓷材料303

10.3.6 晶界层电容器半导瓷材料305

参考文献305

11 半导体材料制备308

11.1 体单晶生长308

11.1.1 熔体生长基本原理简述308

11.1.2 直拉法311

11.1.3 直拉生长技术的几项改进313

11.1.4 悬浮区熔技术317

11.1.5 垂直梯度凝固和垂直布里奇曼技术319

11.1.6 水平布里奇曼技术320

11.1.7 化合物半导体单晶熔体生长技术的比较321

11.1.8 关于化合物半导体单晶中的位错321

11.1.9 气相输运生长技术323

11.2 片状晶生长323

11.2.1 D-Web技术324

11.2.2 SR技术324

11.2.3 EFG技术325

11.3 晶片加工325

11.3.1 切片325

11.3.2 倒角326

11.3.3 磨片326

11.3.4 腐蚀326

11.3.6 清洗327

11.3.5 抛光327

11.3.7 晶片的几何参数和参考面328

11.4 外延生长329

11.4.1 LPE技术330

11.4.2 VPE技术332

11.4.3 MBE技术338

11.4.4 化学束外延技术342

11.4.5 其他外延技术342

11.5 非晶半导体薄膜制备343

11.5.1 制备方法概述343

11.5.2 非晶硅薄膜制备344

参考文献347

附录 半导体材料及其应用大事年表(1782～2002年)350

参考文献352