半导体薄膜的应用课件.ppt

1、物联网发展状况及核心技物联网发展状况及核心技术术l主要应用领域：工业、能源、信息科学主要应用领域：工业、能源、信息科学l近几年发展趋势：近几年发展趋势：半导体薄膜的应用半导体薄膜的应用 能量变换半导体薄膜和器件能量变换半导体薄膜和器件 半导体薄膜传感器半导体薄膜传感器 半导体薄膜集成光学器件半导体薄膜集成光学器件能量变换半导体薄膜和器件能量变换半导体薄膜和器件定义：一次能量经过各种现象、效应、作用、反定义：一次能量经过各种现象、效应、作用、反应等变为二次能量的形式。机械、热、电、磁、应等变为二次能量的形式。机械、热、电、磁、光、放射线、化学、太阳能。利用最普遍的是太光、放射线、化学、太阳能。利

2、用最普遍的是太阳能电池和太阳能热水器阳能电池和太阳能热水器。其分类如下：l光电变换薄膜材料光电变换薄膜材料l热电变换薄膜材料热电变换薄膜材料l超导薄膜器件超导薄膜器件2、热电变换薄膜材料热电变换薄膜材料热电现象热电现象半导体材料比金属明显半导体材料比金属明显。热电发电材料。热电发电材料中，依其工作温区分为：低温区（中，依其工作温区分为：低温区（500K，Bi2Te3，ZnSb）、中温区）、中温区（500-900K，PbTe）、）、高温区高温区（900K以上，以上，CrSi2、FeSi2、CoSi）主要物质有硫属化合物系材料、过度金属硅化物主要物质有硫属化合物系材料、过度金属硅化物（Fe-Six

3、系材料，硅锗系材料、硼系材料及非晶态系材料，硅锗系材料、硼系材料及非晶态材料等）材料等）3、超导薄膜器件超导薄膜器件举例：钙钛矿系氧化物超导体薄膜及大型单晶举例：钙钛矿系氧化物超导体薄膜及大型单晶半导体薄膜传感器半导体薄膜传感器所谓传感器，是指所谓传感器，是指可接受外界信息（刺激）可接受外界信息（刺激），如，如光、热、磁、压力、加速度、温度、环境气氛等光、热、磁、压力、加速度、温度、环境气氛等，并能在体系，并能在体系能变换可处理信号能变换可处理信号的器件。的器件。常用材料：常用材料：半导体薄膜集成光学器件半导体薄膜集成光学器件集成光波导和光学器件集成光波导和光学器件集成光学器件中用来传输光信号

4、的基本元件是集成光学器件中用来传输光信号的基本元件是光光波导波导，其基本形式由，其基本形式由衬底、光的传输层以及反射衬底、光的传输层以及反射层层三层结构组成。三层结构组成。集成光学器件材料集成光学器件材料 集成光路用材料的要求：集成光路用材料的要求：1、具有某些功能，或者具有某些功能，或者不仅能产生光、接收光、传输光、和控制光，而不仅能产生光、接收光、传输光、和控制光，而且还且还能制作各种回路能制作各种回路。前者可以做成单功能或某。前者可以做成单功能或某些功能的集成光路，后者可以在同一基板上做成些功能的集成光路，后者可以在同一基板上做成多功能的光电集成回路；多功能的光电集成回路；2、材料要材料

5、要具有一定的折具有一定的折射率射率，光波导的折射率比基板的折射率高大约，光波导的折射率比基板的折射率高大约10-310-1；3、材料做成薄膜光波导后，在使用波长材料做成薄膜光波导后，在使用波长范围内的传输范围内的传输损耗必须小于损耗必须小于1dB/cm；4、便于制便于制作作波导及器件，所制成的元件在外界各种工作环波导及器件，所制成的元件在外界各种工作环境下境下性能稳定性能稳定。所用材料分三类：所用材料分三类：以以GaAs为基础形成的光电子材料，包括为基础形成的光电子材料，包括AlGaAs、InP、GaInAsP等，他们是制作光电子器件常用等，他们是制作光电子器件常用的材料的材料以以LiNbO3

6、钙钛矿结构为代表的具有特殊电光性质钙钛矿结构为代表的具有特殊电光性质的单晶材料；波导形成方法：外扩散、内扩散、的单晶材料；波导形成方法：外扩散、内扩散、离子注入、质子交换等离子注入、质子交换等包括各种多晶和非晶态物质，如氧化物、玻璃、包括各种多晶和非晶态物质，如氧化物、玻璃、聚合物等聚合物等主要器件：主要器件：光波导相位调制器、强度调制器、开关光波导相位调制器、强度调制器、开关网络、模式转换器、滤波器、波分复用器、声光网络、模式转换器、滤波器、波分复用器、声光频谱分析器、模数转换器、数模转换器、倍频器频谱分析器、模数转换器、数模转换器、倍频器、多种传感器。、多种传感器。半导体金属薄膜的应用半导

7、体金属薄膜的应用在半导体材料上特定部位以物理或化学手段在半导体材料上特定部位以物理或化学手段镀以金属膜，以改良其某方面特性镀以金属膜，以改良其某方面特性 光能光能( (特别是太阳能特别是太阳能) )可用于进行某些化学反应使光能转换为化学能。在可用于进行某些化学反应使光能转换为化学能。在这方面这方面, ,人们特别感兴趣的是人们特别感兴趣的是光解水及光助电解水光解水及光助电解水。因为水是廉价的。因为水是廉价的, ,而氢是方而氢是方便的燃料和工业资源。然而便的燃料和工业资源。然而, ,半导体电极普遍存在着在水溶液中和光照条件下半导体电极普遍存在着在水溶液中和光照条件下非常不稳定非常不稳定的问题。为此

8、的问题。为此, ,已建议在不稳定的半导体表面覆盖金属薄膜这些薄已建议在不稳定的半导体表面覆盖金属薄膜这些薄膜将对光是透明的膜将对光是透明的, ,并能保护电极不受分解。将贵金属并能保护电极不受分解。将贵金属PtPt、RuRu、RhRh、PdPd沉积在沉积在半导体半导体GaPGaP、SiSi、InPInP、TiO2TiO2、CdTeCdTe、WSeWSe、GaInPAsGaInPAs的表面上的表面上, ,当厚度约为当厚度约为101020 nm20 nm时时, ,远小于载流子的平均自由程。这样的电极可以起到稳定半导体电极的远小于载流子的平均自由程。这样的电极可以起到稳定半导体电极的作用作用, ,同时

9、透过薄膜到达半导体同时透过薄膜到达半导体/ /金属界面的光强基本上不降低。在研究工作中金属界面的光强基本上不降低。在研究工作中还发现还发现, ,镀覆金属的半导体材料镀覆金属的半导体材料, ,还有可能对光解析氢具有明显还有可能对光解析氢具有明显催化作用催化作用。p p型型GaPGaP表面镀覆极少量表面镀覆极少量( (单层数量级单层数量级) )的银、金或铂的银、金或铂, ,可大大降低析氢过电位。过电可大大降低析氢过电位。过电位的降低是因为金属吸附氢以后位的降低是因为金属吸附氢以后, ,使其功函数下降。金属膜的组成和分布是决使其功函数下降。金属膜的组成和分布是决定催化性能的关键定催化性能的关键, ,

10、金属岛状分布的贵金属有较好的催化性能金属岛状分布的贵金属有较好的催化性能, ,其中以其中以W W、PtPt、PdPd为最优。为最优。 传统的照相材料传统的照相材料( (卤素卤素) ) 是借助是借助物理显影物理显影来成像的。物理显影一般包括来成像的。物理显影一般包括金属在照相底版上的催化沉积金属在照相底版上的催化沉积, ,其中显影中心是形成晶体的晶种其中显影中心是形成晶体的晶种, ,为了用为了用廉价廉价金属代替贵金属银金属代替贵金属银, ,通常利用金属在半导体上的光电化学沉积通常利用金属在半导体上的光电化学沉积, ,这样就形成了这样就形成了常用的两种方法，一种是使半导体常用的两种方法，一种是使半

11、导体/ /电解液界面在电解液界面在“极限电流极限电流”的条件下工的条件下工作。当光学图象投射电极表面时作。当光学图象投射电极表面时, ,光照部分的少子浓度和反应速度都增加。光照部分的少子浓度和反应速度都增加。在在p p型样品中可加速金属的阴极电沉积型样品中可加速金属的阴极电沉积, ,而在而在n n型样品中则加速阳极反应。例型样品中则加速阳极反应。例如加速如加速Pb2+Pb2+的氧化和在表面生成有色泽的的氧化和在表面生成有色泽的PbO2层。作为照相底版常采用层。作为照相底版常采用PbSe、PbS、Si和和GaP等。另一种方案是利用等。另一种方案是利用电解液中半导体电极表面的光电解液中半导体电极表

12、面的光照和无光照部分之间所产生的电势差照和无光照部分之间所产生的电势差。由于表面的不均匀光照。由于表面的不均匀光照, ,而形成的局而形成的局部阳极和阴极部阳极和阴极, ,同样也能导致金属在表面的不均匀沉积。同样也能导致金属在表面的不均匀沉积。 目前目前,通过在通过在n-Si上镀覆上镀覆Ti、Mo、Cr、W等金属膜等金属膜,制作出了在制作出了在1100 A的电流范围内的电流范围内,起始电压仅起始电压仅0.5 V左右的大功率整流用肖特基二极管。左右的大功率整流用肖特基二极管。在功在功率相同时率相同时,肖特基二极管内部消耗的功率只有肖特基二极管内部消耗的功率只有pn结二极管的一半结二极管的一半。另外

13、。另外,在在330 GHz微波波段微波波段,甚至频率更高的毫米波段、亚毫米波段的无线电通讯甚至频率更高的毫米波段、亚毫米波段的无线电通讯,以以及激光、脉冲调制电路等领域及激光、脉冲调制电路等领域,都要使用都要使用pn结二极管及肖特基二极管结二极管及肖特基二极管,要制作要制作在如此高的频率范围下使用的、损耗很小的二极管在如此高的频率范围下使用的、损耗很小的二极管,应当设法减小寄生电容应当设法减小寄生电容及电阻及电阻,因此因此,必须制作必须制作接触面积很小接触面积很小的二极管。的二极管。pn结二极管由于在制作过程结二极管由于在制作过程中存在热扩散工艺中存在热扩散工艺,无法获得太小的面积无法获得太小的面积,而肖特基二极管在制作时就没有这而肖特基二极管在制作时就没有这一工序一工序,在氧化膜上开出微小接触孔之后在氧化膜上开出微小接触孔之后,再采用电镀等方法再采用电镀等方法,可制作出在氧可制作出在氧化膜上寄生化膜上寄生MOS容量微小的结面积。容量微小的结面积。Thank you ！