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微技術/半導體

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半導體

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帶隙與晶格常數
半導體的帶隙與晶格常數 - 廣範圍
5.25-6.74 Å 的帶隙與晶格常數


半導體物理性質概述表

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半導體電子性質概述表
元素或化合物 名稱 晶體結構 對稱群 300 K 時的晶格常數 (A) 300 K 時的帶隙 (ev) 帶 1022 個原子/cm-3 的數量 密度 / g cm-3
IV
C 碳（金剛石） D ? 3.56683 5.47 I ? ?
C 石墨 ? ? ? 半金屬 ? ? ?
C 奈米管 ? ? ? 與 1/Ø[nm] 成正比 ? ? ?
Ge 鍺 D Oh7- Fd3m 5.64613 0.66 I 4.4 5.3234
Si 矽 D Oh7-Fd3m 5.43095 1.12 I 5 2.329
Sn 錫 ? ? ? 金屬 ? ? ?
Sn 灰錫 D ? 6.4892 0 D ? ?
IV-IV
SiC 碳化矽 W ? a = 3.086 和 c= 15.117 2.996 I ? ?
III-V
AlAs 砷化鋁 Z Td2-F43m[1] 5.6605 2.16 I ? 3.717[1]
AlP 磷化鋁 Z Td2-F43m[1] 5.451 2.45 I[1] ? ?
AlSb 銻化鋁 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 砷化鎵 Z Td2-F43m[1] 5.65325 1.42 D 4.42 5.32
GaN 氮化鎵 W ? a = 3.189 和 c = 5.185 3.36 ? ? ?
GaP 磷化鎵 Z Td2-F43m[1] 5.4512 2.26 I 4.94 4.14
GaSb 銻化鎵 Z Td2-F43m[1] 6.09593 0.72 D 3.53 5.61
InAs 砷化銦 Z Td2-F43m[1] 6.0584 0.36 D 3.59 5.68
InP 磷化銦 Z Td2-F43m[1] 5.8686 1.35 D 3.96 4.81
InSb 銻化銦 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 硫化鎘 Z ? 5.832 2.42 D ? ?
CdS 硫化鎘 W ? a = 4.16 和 c = 6.756 2.42 D ? ?
CdSe 硒化鎘 Z ? 6.05 1.7 D ? ?
CdTe 碲化鎘 Z ? 6.482 1.56 D ? ?
ZnO 氧化鋅 R ? 4.58 3.35 D ? ?
ZnS 硫化鋅 Z ? 5.42 3.68 D ? ?
ZnS 硫化鋅 W ? a = 3.82 和 c = 6.26 3.68 D ? ?
ZnSe 硒化鋅 Z ? 5.668 2.71 D ? ?
ZnTe 碲化鋅 Z ? 6.103 2.393 D ? ?
IV-VI
PbS 硫化鉛 R ? 5.9362 0.41 I ? ?
PbSe 硒化鉛 R ? 6.126 0.27 I ? ?
PbTe 碲化鉛 R ? 6.462 0.31 D ? ?
  • D = 金剛石
  • W = 纖鋅礦
  • Z = 閃鋅礦
  • R = 岩鹽
  • I = 間接
  • D = 直接
  • 約 2K 時

部分資料來自[2]

半導體電子性質概述表

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半導體電子性質概述表
元素或化合物 名稱 德拜溫度 /K 介電常數（靜態） 高頻介電常數（靜態） 電子親和能 / eV 光學聲子能量 / eV 有效電子質量 me/mo 有效電子質量 ml/mo 有效空穴質量 mh/mo 有效空穴質量 mlp/mo 有效空穴質量 ml 有效電子質量 mt/mo 電導率有效質量 mcc 態密度電子質量 mcd 俄歇複合係數 Cn 俄歇複合係數 Cp 德布羅意電子波長 俄歇複合係數
IV
C 碳（金剛石） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
C 石墨 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
C 奈米管 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
Ge 鍺 374 16.2 ? 4 0.037 0.08 1.6 0.33 0.043 ? ? ? ? 10-30 cm6/s ? ? ?
Si 矽 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 錫 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
Sn 灰錫 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
IV-IV
SiC 碳化矽 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
III-V
AlAs 砷化鋁 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
AlP 磷化鋁 ? 9.8[3] 7.5[4] ? ? ? 3.67[5] 0.513[6] 0.211[6] ? 0.212[5] ? ? ? ? ? ?
AlSb 銻化鋁 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
BN 氮化硼 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
BP 磷化硼 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
GaAs 砷化鎵 360 12.9 10.89 4.07 0.035 0.063 ? 0.51 0.082 ? ? ? ? ? ? 240 ?
GaN 氮化鎵 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
GaP 磷化鎵 445 11.1 9.11 3.8 0.051 ? 1.12 0.79 0.14 ? 0.22 ? ? ? ? ? 10-30 cm6/s
GaSb 銻化鎵 266 15.7 14.4 4.06 0.0297 0.041 ? 0.4 0.05 ? ? ? ? ? ? ? ?
InAs 砷化銦 280 15.15 12.3 4.9 0.03 0.023 ? 0.41 0.026 ? ? ? ? ? ? 400 ?
InP 磷化銦 425 12.5 9.61 4.38 0.043 0.08 ? 0.6 0.089 ? ? ? ? ? ? ? ?
InSb 銻化銦 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 硫化鎘 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
CdSe 硒化鎘 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
CdTe 碲化鎘 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
ZnO 氧化鋅 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
ZnS 硫化鋅 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
ZnSe 硒化鋅 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
ZnTe 碲化鋅 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
IV-VI
PbS 硫化鉛 ? ? ? ? ? 3.5[7] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
PbSe 硒化鉛 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
PbTe 碲化鉛 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
  • D = 金剛石
  • W = 纖鋅礦
  • Z = 閃鋅礦
  • R = 岩鹽
  • I = 間接
  • D = 直接
  • 約 2K 時

部分資料來自[8]

矽

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微細加工的傳統材料是矽，並且已經開發了大量工藝來處理矽片。

有幾種不同的矽晶體取向以及可以選擇的多晶矽（通常稱為多晶矽），這些取向都具有各自的材料引數。

楊氏模量、泊松比和剪下模量對於 Si111 是橫向和垂直各向同性，而對於 Si100 和 Si110 則差異很大[9] [10]。

多晶矽的楊氏模量值在晶體矽範圍內[11]，這表明它不受晶界的影響，但高度依賴於晶體取向以及內在應力[12]。

與矽 (100) 和 (110)[13] 相比，矽 (111) 的整體剪下模量（控制扭轉運動）在晶體方向上變化很小。

需要注意的是，微結構的楊氏模量值很大程度上取決於結構的大小[14]

矽是一種非線性材料，其中材料引數（如熱膨脹係數、電導率和壓阻率）都取決於溫度。在對具有較大溫度變化的器件行為進行建模時，必須小心。

矽材料性質概述表

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  • 關於[1] 的大量特性列表，包括“矽襯底電阻率和遷移率計算器”。
矽晶體方向和摻雜材料性質概述表 - 與金進行比較，以比較金屬
取向 參考 摻雜 楊氏模量[GPa] 泊松比 剪下模量 [GPa] 熱膨脹 [10-6] 電阻率 [nΩ·m] 熱導率[W·m−1·K−1] 壓阻計量因子 備註
Si 100 [13] ? 130.2-187.5 0.064-0.361 50.92-79.4 熱膨脹 電導率 熱導率 壓阻計量
矽 110 [13]

[15]

? 130.2-187.5 0.064-0.361 50.92-79.4 2.5-4.5 電導率 熱導率 -52.7 至 121.3
矽 111 [13]

[15]

? 168.9 0.262（平行於 111 平面）

0.182（垂直於 111 平面）

 66.9 GPa（平行於 111 平面）

47.8 GPa（垂直於 111 平面）

 2.5-4.5 電導率 熱導率 -14.1 至 175.8
多晶矽 [16]

[15]

? 130-169 約 0.066-0.22 52-80 2.9 電導率 熱導率 -10 至 30
金 [17] 無 78 0.44 27 14.2 22.14 318 4.48

僅從機械效能考慮，該表表明 Si 111 比其他 Si 晶體取向更具吸引力，因為它透過高楊氏模量、低泊松比、高剪下模量提供了剛性結構，並且由於它是橫向和垂直各向同性，因此也是最簡單的。

多晶矽

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IV 族半導體

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在 IV 族元素 C、Si、Ge、Sn、Pb 中；Si 和 Ge 被認為是半導體，儘管石墨是碳的同素異形體，具有導電性，但其導電率比標準半導體高得多。因此，它類似於金屬。

III-V 族半導體

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III-V 族半導體機械效能
III-V 體積模量 GPa 楊氏模量 GPa 剪下模量 GPa 密度 g/cm³ 參考文獻
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]

單位

  • 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 族半導體

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參考

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另請參見關於如何新增參考資料的編輯本書說明微技術/關於#如何貢獻。

  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. ↑ 維基百科：金
檢索自“https://wikibook.tw/wiki/Microtechnology/Semiconductors”
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