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微技术/半导体

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半导体

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带隙与晶格常数
半导体的带隙与晶格常数 - 广范围
5.25-6.74 Å 的带隙与晶格常数


半导体物理性质概述表

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半导体电子性质概述表
元素或化合物 名称 晶体结构 对称群 300 K 时的晶格常数 (A) 300 K 时的带隙 (ev) 带 1022 个原子/cm-3 的数量 密度 / g cm-3
IV
C 碳（金刚石） D ? 3.56683 5.47 I ? ?
C 石墨 ? ? ? 半金属 ? ? ?
C 纳米管 ? ? ? 与 1/Ø[nm] 成正比 ? ? ?
Ge 锗 D Oh7- Fd3m 5.64613 0.66 I 4.4 5.3234
Si 硅 D Oh7-Fd3m 5.43095 1.12 I 5 2.329
Sn 锡 ? ? ? 金属 ? ? ?
Sn 灰锡 D ? 6.4892 0 D ? ?
IV-IV
SiC 碳化硅 W ? a = 3.086 和 c= 15.117 2.996 I ? ?
III-V
AlAs 砷化铝 Z Td2-F43m[1] 5.6605 2.16 I ? 3.717[1]
AlP 磷化铝 Z Td2-F43m[1] 5.451 2.45 I[1] ? ?
AlSb 锑化铝 Z Td2-F43m[1] 6.1355 1.58 I ? 4.29[1]
BN 氮化硼 Z ? 3.615 ~7.5 I ? ?
BP 磷化硼 Z ? 4.538 2 ? ? ?
GaAs 砷化镓 Z Td2-F43m[1] 5.65325 1.42 D 4.42 5.32
GaN 氮化镓 W ? a = 3.189 和 c = 5.185 3.36 ? ? ?
GaP 磷化镓 Z Td2-F43m[1] 5.4512 2.26 I 4.94 4.14
GaSb 锑化镓 Z Td2-F43m[1] 6.09593 0.72 D 3.53 5.61
InAs 砷化铟 Z Td2-F43m[1] 6.0584 0.36 D 3.59 5.68
InP 磷化铟 Z Td2-F43m[1] 5.8686 1.35 D 3.96 4.81
InSb 锑化铟 Z Td2-F43m[1] 6.4794 0.17 D 2.94 5.77
AlxGa1-xAs ? ? Td2-F43m 5.6533+0.0078x ? ? (4.42-0.17x) 5.32-1.56x
GaAsSbx ? ? Td2-F43m ? ? ? (4.42-0.89x) (5.32 + 0.29x)
II-VI
CdS 硫化镉 Z ? 5.832 2.42 D ? ?
CdS 硫化镉 W ? a = 4.16 和 c = 6.756 2.42 D ? ?
CdSe 硒化镉 Z ? 6.05 1.7 D ? ?
CdTe 碲化镉 Z ? 6.482 1.56 D ? ?
ZnO 氧化锌 R ? 4.58 3.35 D ? ?
ZnS 硫化锌 Z ? 5.42 3.68 D ? ?
ZnS 硫化锌 W ? a = 3.82 和 c = 6.26 3.68 D ? ?
ZnSe 硒化锌 Z ? 5.668 2.71 D ? ?
ZnTe 碲化锌 Z ? 6.103 2.393 D ? ?
IV-VI
PbS 硫化铅 R ? 5.9362 0.41 I ? ?
PbSe 硒化铅 R ? 6.126 0.27 I ? ?
PbTe 碲化铅 R ? 6.462 0.31 D ? ?
  • D = 金刚石
  • W = 纤锌矿
  • Z = 闪锌矿
  • R = 岩盐
  • I = 间接
  • D = 直接
  • 约 2K 时

部分数据来自[2]

半导体电子性质概述表

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半导体电子性质概述表
元素或化合物 名称 德拜温度 /K 介电常数（静态） 高频介电常数（静态） 电子亲和能 / eV 光学声子能量 / eV 有效电子质量 me/mo 有效电子质量 ml/mo 有效空穴质量 mh/mo 有效空穴质量 mlp/mo 有效空穴质量 ml 有效电子质量 mt/mo 电导率有效质量 mcc 态密度电子质量 mcd 俄歇复合系数 Cn 俄歇复合系数 Cp 德布罗意电子波长 俄歇复合系数
IV
C 碳（金刚石） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
C 石墨 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
C 纳米管 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
Ge 锗 374 16.2 ? 4 0.037 0.08 1.6 0.33 0.043 ? ? ? ? 10-30 cm6/s ? ? ?
Si 硅 640 11.7 ? 4.05 0.063 0.19 0.98 0.49 0.16 ? ? ? ? 1.1·10-30 cm6 s-1 3·10-31cm6 s-1 ? ?
Sn 锡 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
Sn 灰锡 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
IV-IV
SiC 碳化硅 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
III-V
AlAs 砷化铝 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
AlP 磷化铝 ? 9.8[3] 7.5[4] ? ? ? 3.67[5] 0.513[6] 0.211[6] ? 0.212[5] ? ? ? ? ? ?
AlSb 锑化铝 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
BN 氮化硼 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
BP 磷化硼 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
GaAs 砷化镓 360 12.9 10.89 4.07 0.035 0.063 ? 0.51 0.082 ? ? ? ? ? ? 240 ?
GaN 氮化镓 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
GaP 磷化镓 445 11.1 9.11 3.8 0.051 ? 1.12 0.79 0.14 ? 0.22 ? ? ? ? ? 10-30 cm6/s
GaSb 锑化镓 266 15.7 14.4 4.06 0.0297 0.041 ? 0.4 0.05 ? ? ? ? ? ? ? ?
InAs 砷化铟 280 15.15 12.3 4.9 0.03 0.023 ? 0.41 0.026 ? ? ? ? ? ? 400 ?
InP 磷化铟 425 12.5 9.61 4.38 0.043 0.08 ? 0.6 0.089 ? ? ? ? ? ? ? ?
InSb 锑化铟 160 16.8 15.7 4.59 0.025 0.014 ? 0.43 0.015 ? ? ? ? ? ? ? ?
AlxGa1-xAs ? 370 + 54x + 22x^2 12.90 - 2.84x 10.89 - 2.73x 4.07 - 1.1x (x<0.45) 和 3.64 - 0.14x (x>0.45) 36.25 + 1.83x + 17.12x^2 - 5.11x^3 meV 0.063 + 0.083x (x<0.45) ? 0.51 + 0.25x 0.082 + 0.068x ? ? 0.26 (x>0.45) 0.85 - 0.14x (x>0.45) ? ? ? ?
GaAsSbx ? ? 12.90 + 2.8x 10.89 + 3.51x 4.07 ? 0.063 - 0.0495x + 0.0258x^2 ? 0.51 - 0.11x ? 0.082 - 0.032x ? ? ? ? ? ? ?
II-VI
CdS 硫化镉 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
CdSe 硒化镉 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
CdTe 碲化镉 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
ZnO 氧化锌 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
ZnS 硫化锌 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
ZnSe 硒化锌 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
ZnTe 碲化锌 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
IV-VI
PbS 硫化铅 ? ? ? ? ? 3.5[7] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
PbSe 硒化铅 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
PbTe 碲化铅 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
  • D = 金刚石
  • W = 纤锌矿
  • Z = 闪锌矿
  • R = 岩盐
  • I = 间接
  • D = 直接
  • 约 2K 时

部分数据来自[8]

硅

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微细加工的传统材料是硅，并且已经开发了大量工艺来处理硅片。

有几种不同的硅晶体取向以及可以选择的多晶硅（通常称为多晶硅），这些取向都具有各自的材料参数。

杨氏模量、泊松比和剪切模量对于 Si111 是横向和垂直各向同性，而对于 Si100 和 Si110 则差异很大[9] [10]。

多晶硅的杨氏模量值在晶体硅范围内[11]，这表明它不受晶界的影响，但高度依赖于晶体取向以及内在应力[12]。

与硅 (100) 和 (110)[13] 相比，硅 (111) 的整体剪切模量（控制扭转运动）在晶体方向上变化很小。

需要注意的是，微结构的杨氏模量值很大程度上取决于结构的大小[14]

硅是一种非线性材料，其中材料参数（如热膨胀系数、电导率和压阻率）都取决于温度。在对具有较大温度变化的器件行为进行建模时，必须小心。

硅材料性质概述表

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  • 关于[1] 的大量特性列表，包括“硅衬底电阻率和迁移率计算器”。
硅晶体方向和掺杂材料性质概述表 - 与金进行比较，以比较金属
取向 参考 掺杂 杨氏模量[GPa] 泊松比 剪切模量 [GPa] 热膨胀 [10-6] 电阻率 [nΩ·m] 热导率[W·m−1·K−1] 压阻计量因子 备注
Si 100 [13] ? 130.2-187.5 0.064-0.361 50.92-79.4 热膨胀 电导率 热导率 压阻计量
硅 110 [13]

[15]

? 130.2-187.5 0.064-0.361 50.92-79.4 2.5-4.5 电导率 热导率 -52.7 至 121.3
硅 111 [13]

[15]

? 168.9 0.262（平行于 111 平面）

0.182（垂直于 111 平面）

 66.9 GPa（平行于 111 平面）

47.8 GPa（垂直于 111 平面）

 2.5-4.5 电导率 热导率 -14.1 至 175.8
多晶硅 [16]

[15]

? 130-169 约 0.066-0.22 52-80 2.9 电导率 热导率 -10 至 30
金 [17] 无 78 0.44 27 14.2 22.14 318 4.48

仅从机械性能考虑，该表表明 Si 111 比其他 Si 晶体取向更具吸引力，因为它通过高杨氏模量、低泊松比、高剪切模量提供了刚性结构，并且由于它是横向和垂直各向同性，因此也是最简单的。

多晶硅

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IV 族半导体

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在 IV 族元素 C、Si、Ge、Sn、Pb 中；Si 和 Ge 被认为是半导体，尽管石墨是碳的同素异形体，具有导电性，但其导电率比标准半导体高得多。因此，它类似于金属。

III-V 族半导体

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III-V 族半导体机械性能
III-V 体积模量 GPa 杨氏模量 GPa 剪切模量 GPa 密度 g/cm³ 参考文献
GaAs 75.3 Yo[100]= 85.9 C'= 32.85 5.317 [2]
GaN 210 (W) 204 (Z) 181 67 6.15 [3]
GaP 88 Yo[100]= 103 C' = 39.2 4.138 [4]
InAs 58 Yo[100]= 51.4 C'= 19.0 5.68 [5]
InP 71 Yo[100]= 61.1 C'= 22.5 4.81 [6]

单位

  • 1 N = 10^5 dyn
  • 1 GPa= 10^9 N /m2= 10^9+5dyn/m2= 10^9+5-4 dyn cm-2=10^10 dyn/cm2
  • 1 g/cm3 = 1 kg/L = 1000 kg/m3

II-VI 族半导体

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参考

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另请参见关于如何添加参考资料的编辑本书说明微技术/关于#如何贡献。

  1. ↑ a b c d e f g h i j k l http://www.semiconductors.co.uk/propiiiv5653.htm
  2. ↑ http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/index.html
  3. ↑ http://www.semiconductors.co.uk/propiiiv5653.htm
  4. ↑ S. Z. Beer, J. F. Jackovitz, D.W. Feldman and J.H. Parker Jr., "Raman and infrared active modes of aluminium phosphide", Physics Letters A Volume 26, Issue 7, Pages 331-332 (1968); doi:10.1016/0375-9601(68)90680-4
  5. ↑ a b I. Vurgaftman, J. R. Meyer, and L. R. Ram-Mohan, "Band parameters for III–V compound semiconductors and their alloys", J. Appl. Phys. 89, 5815 (2001); doi:10.1063/1.1368156
  6. ↑ a b Ming-Zhu Huang, and W.Y. Chinga, "A minimal basis semi-ab initio approach to the band structures of semiconductors", J. Phys. Chem. Solids 46 (1985) 977, DOI:10.1016/0022-3697(85)90101-5
  7. ↑ Artamonov, O. M.; Dmitrieva, O. G.; Samarin, S. N.; Yakovlev, I. I., Investigation of unoccupied electron states and determination of the electron affinity of PbS (100) by inverse photoemission spectroscopy, Semiconductors, Volume 27, Issue 10, October 1993, pp.955-957
  8. ↑ http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/index.html
  9. ↑ J. J. Wortman and R. A. Evans, “Young’s modulus, shear modulus, and Poissons ratio in silicon and germanium”, J. Appl. Phys., Vol. 36, 153-156 (1965).
  10. ↑ W. A. Brantley, “Calculated eleastic constants for stress problems associated with semiconductor devices”, J. Appl. Phys., vol. 44, 534-535 (1973).
  11. ↑ D. Maier-Schneider, J. Mansour, E. Oberheimer, D. Schneider, „Variation in Young’s Modulus and intrinsic stress of LPCVD-polysilicon due tohigh temperature annealing“, J. Micromech. Microeng. 3, 121-124 (1995).
  12. ↑ P. J. French, “Polysilicon: a versatile material for microsystems”, Sensors and Actuators A 99 (2002), 3-12
  13. ↑ a b c d J. Kim, D. Cho and R. S. Muller, “Why is (111) silicon a better mechanical material for MEMS?”, TRANSDUCERS '01. EUROSENSORS XV, vol.1, 662-665 (2001).
  14. ↑ W. N. Sharpe, K. M. Jackson, K. J. Hemker, and Z. Xie, “Effect of Specimen Size in Young’s Modulus and Fracture Strength of Polysilicon”, J. Microeletromechanical Systems, vol. 10, no. 2, 317-326 (2001).
  15. ↑ a b c V. M. Glazov and A. S. Pshinkin, ”The Thermophysical Properties (Heat Capacity and Thermal Expansion) of Single Crystal Silicon”, Springer New York, 2001. ISBN 0018-151X.
  16. ↑ C. S. Pan and W. Hsu, “An electro-thermally and laterally driven polysilicon microactuator”, J. Micromech. Microeng., vol 7, 7-13 (1997)
  17. ↑ 维基百科：金
检索自“https://wikibooks.cn/wiki/Microtechnology/Semiconductors”
华夏公益教科书