绝缘栅

科普芯片系列半导体材料篇第四章半导体

发布时间:2023/11/24 12:30:06   
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锗和硅锗和硅是两种重要的半导体。在固态器件时代之初,第一个晶体管是由锗制造的。但是锗在工艺和器件性能上有问题。它的℃熔点限制了高温工艺,更重要的是,它表面缺少自然发生的氧化物,从而容易漏电。硅与二氧化硅平面工艺的发展解决了集成电路的漏电问题,使得电路表面轮更平坦并且硅的℃的熔点允许更高温的工艺。因此,如今世界上超过了90%的生产用晶圆材料都是硅。半导体化合物有很多半导体化合物由元素周期表中第II族、第III族、第IV族和第VI族的元素形成。在这些化合物中,商业半导体器件中用得最多的是砷化镓(GaAs)、磷砷化镓(GaAsp)、磷化铟(Inp)、砷铝化镓(GaAIAs)和磷镓化铟(InGaP)这些化合物都有其特定的性能。当电流激活时,由砷化镓和磷砷化镓做成的二极管会发出可见光。这些材料用于电子面板中的发光二极管(LED)。砷化镓的一个重要特性就是其载流子的高迁移率。这种特性使得在通信系统中砷化镓器件比硅器件更快地响应高频微波并有效地把它们转变为电流。这种载流子的高迁移率也是对砷化镓晶体管和集成电路的兴趣所在。砷化镓器件比类硅器件快两到三倍,应用于超高速计算机和实时控制电路(如飞机控制)。砷化镓本身就对辐射所造成的漏电具有抵抗性。辐射(如字宙射线)会在半导体材料中形成空穴和电子,它会增大不需要的电流,从而造成器件或电路的功能失效或损毁。可以在辐射环境下工作的器件称为辐射加固。砷化镓是天然辐射加固材料。砷化镓也是半绝缘的。这种特性使邻近器件的漏电最小化,允许更高的封装密度,进而由于空穴和电子移动的距离更短,电路的速度更快了。在硅电路中,必须在表面建立特殊的绝缘结构来控制表面漏电。这些结构使用了不少空间并且减少了电路的密度。尽管有这么多的优点,砷化镓也不会取代硅成为主流的半导体材料。其原因在于性能和制造难度之间的权衡。虽然砷化镓电路非常快,但是大多数的电子产品不需要那么快的速度。在性能方面,砷化镓如同锗一样没有天然的氧化物。为了补偿,必须在砷化镓上淀积多层绝缘体。这样就会导致更长的工艺时间和更低的产量。而且在砷化镓中半数的原子是砷,对人类是很危险的。遗憾的是,在正常的工艺温度下砷会蒸发,这就额外需要抑制层或者加压的工艺反应室。这些步骤延长了工艺时间,增加了成本。在晶体生长阶段蒸发也会发生,导致品体和品圆不平整。这种不均匀性造成晶圆在工艺中容易折断,而且也导致了大直径的砷化镓生产工艺水平比硅落后。尽管有这些问题,砷化镓仍是一种重要的半导体材料,其应用也将继续增多,而且在未来对计算机的性能可能有很大影响。锗化硅与砷化镓有竞争性的材料是锗化硅。这样的结合把晶体管的速度提高到可以应用于超高速的对讲机和个人通信设备当中器件和集成电路的结构特色是用超高真空/化学气相沉积法〈UHV/CVD)来淀积锗层儿双极型晶体管就形成在锗层上,不同于硅技术中所形成的简单品体管,锗化硅需要晶体管具有异质结构(hetrostructure)和异质结(heterojuncuon)这些结构有好几层和特定的掺杂等级,从而允许高频运行。喜欢本系列科普文章的小伙伴们多多评论和

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