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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 MOSFET 173

6.3.5 HEMT 174

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 GaAs 202

7.4 化合物半导体材料 202

7.4.2 InP 205

7.4.3 SiC 207

7.4.4 GaN 208

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

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