半导体材料全套完整教学课件.pdf

半导体材料是信息技术和电子技术中不可或缺的基础材料，它在电子产品中发挥着至关重要的作用。随着科技的不断进步，半导体材料的发展历史、基本特性、分类及其在各种应用中的发展和未来趋势，都成为了电子科学与工程学院及整个半导体行业研究的重点。 半导体材料的认识过程始于19世纪初，意大利物理学家伏打（Alessandro Volta）首次提出了“Semiconductor”（半导体）这一术语，并将其与金属和绝缘体区分开来。之后，英国科学家法拉第（Michael Faraday）发现了半导体材料具有的负电阻温度系数特性，即随着温度的升高，电阻值下降。到了1839年，法国物理学家贝克莱尔（Alexandre Edmond Becquerel）观察到晶体硒在光照下可以产生电动势，这是光生伏特效应的早期发现，而这也是太阳能电池转换原理的基础。随后，1873年，英国物理学家史密斯（Willoughby Smith）发现了光电导效应，即光照可以增加半导体材料的电导。同年，德国物理学家布劳恩（Karl Ferdinand Braun）发现了整流效应，即特定的半导体材料在电场方向改变时呈现出导通或不导通的特性。 除了上述特性，半导体还具有霍尔效应。1879年，美国物理学家霍尔（Edwin Herbert Hall）在研究通电导体在磁场中受力时，发现了垂直于电流和磁场方向的电势差，也就是霍尔效应。霍尔效应在测量半导体材料载流子浓度、迁移率、电阻率和霍尔系数等参数方面具有重要应用。 半导体材料的基本特性主要表现在电阻率较大，在10-3~10^9Ω·cm范围内，电阻的温度系数为负值，具有整流效应，对光敏感，表现为光伏效应或光电导效应，并且具有霍尔效应。这些特性决定了半导体在不同领域的应用价值。 在半导体的早期应用中，1907至1927年间，硒整流器和氧化亚铜整流器被成功研制出来。1931年，硒光伏电池问世，而在第二次世界大战期间，德国研制的硫化铅、硒化铅和碲化铅半导体红外探测器在探测飞机和船舰方面起到了关键作用。 随着电子技术的不断发展，半导体材料的分类和应用也在不断扩展。现代半导体材料包括了传统硅、锗等元素半导体，以及由多种元素组成的化合物半导体，例如砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）等。每种材料因其独特的电子特性，而被应用于不同的器件和电路中。例如，硅是当前微电子芯片制造中最常用的材料，而砷化镓则因其高频特性被广泛应用于移动通信设备的功率放大器中。 未来，随着新材料技术、量子计算和纳米技术的发展，半导体材料将向更高效能、更低功耗和更小尺寸的方向发展。二维材料如石墨烯和过渡金属二硫化物（TMDs）等新型半导体材料正受到广泛关注，预计将在新一代电子和光电子器件中发挥重要作用。 《半导体材料》这一课程内容涵盖了半导体的起源、特性、早期应用、晶体管的发明、材料分类、重要半导体材料的应用发展以及未来趋势等方面的知识，是电子科学与工程学院学生理解和掌握半导体材料科学与工程的基础和关键。通过系统地学习这些知识，学生能够深入了解半导体材料在现代科技中的应用，为在该领域的进一步研究和创新打下坚实的基础。