Si :高纯的单晶硅是重要的半导体材料。单晶硅中掺入微量的第IIIA 族元素,形成p 型硅半导体;掺入微量的第VA 族元素,形成n 型半导体。p 型半导体和n 型半导体结合在一起形成p-n 结,广泛应用于二极管、三极管、晶闸管、场效应管和各种集成电路 熔点:1414℃,
电导率:硅的电导率与其温度有很大关系,随着温度升高,电导率增大,在1480℃左右达到最大,而温度超过1600℃后又随温度的升高而减小。
集成电路集成度的提高, 发热问题就更突出, 这就要求采用导热率更高的材料, 故最近正在研究S I C 等材料。
SiC:化学性能稳定、热膨胀系数小、耐磨性能好,碳化硅硬度很大、导热系数高、高温时能抗氧化。碳化硅被广泛用于制造高温、高压半导体。
熔点:2730 °C
GaN :它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好(几乎不被任何酸腐蚀)等性质和强的抗辐照能。GaN 材料系列具有低的热产生率和高的击穿电场,是研制高温大功率电子器件和高频微波器件的重要材料。
熔点:800℃ 优点:禁带宽度大(3.4eV ),热导率高(1.3W/cm-K),则工作温度高,击穿电压高,抗辐射能力强;
导带底在Γ点,而且与导带的其他能谷之间能量差大,则不易产生谷间散射,从而能得到很高的强场漂移速度(电子漂移速度不易饱和);
GaN 易与AlN 、InN 等构成混晶,能制成各种异质结构,已经得到了低温下迁移率达到105cm2/Vs的2-DEG (因为2-DEG 面密度较高,有效地屏蔽了光学声子散射、电离杂质散射和压电散射等因素);
晶格对称性比较低(为六方纤锌矿结构或四方亚稳的闪锌矿结构),具有很强的压电性(非中心对称所致)和铁电性(沿六方c 轴自发极化)
缺点:一方面,在理论上由于其能带结构的关系,其中载流子的有效质量较大,输运性质较差,则低电场迁移率低,高频性能差。另一方面,现在用异质外延(以蓝宝石和SiC 作为衬底)技术生长出的GaN 单晶,还不太令人满意。
主要问题:因为GaN 是宽禁带半导体,极性太大,则较难以通过高掺杂来获得较好的金属-半导体的欧姆接触,这是GaN 器件制造中的一个难题,故GaN 器件性能的好坏往往与欧姆接触的制作结果有关。