半导体材料课件：第9章 II-VI族化合物半导体.pdf

《半导体材料：II-VI族化合物的特性与应用》 半导体材料在信息技术和电子工业中扮演着至关重要的角色，特别是II-VI族化合物半导体，它们因其独特的物理特性和广泛的应用前景备受关注。II-VI族化合物由来自周期表中第二主族（II族）和第六主族（VI族）的元素组成，如Zn、Cd、Hg与S、Se、Te。这些化合物形成多种二元和多元混合物，如HgTe、HgSe、ZnS、CdSe等。 II-VI族化合物半导体的一个显著特点是它们的能带结构。以HgTe为例，其禁带宽度仅为0.15eV，表现出半金属特性，而HgSe的禁带宽度为0eV，这意味着它们是直接跃迁型半导体，这对于光电器件的性能至关重要。此外，禁带宽度随着元素原子序数的增加而变宽，这遵循一定的规律，如HgTe到ZnS的禁带宽度依次增大，分别达到0.15eV、0eV、2.1eV、1.6eV等。 II-VI族化合物在半导体应用中有着广泛的应用。它们是光电器件的基础材料，如ZnS、ZnSe、CdS和ZnTe被用于制造蓝绿光LED和激光二极管。这些材料的发光性能可以通过掺杂不同元素进行调控，从而实现颜色的多样选择。薄膜场致发光显示器（TFEL）中，ZnS因其高效且低功耗的特性尤其受到青睐。此外，CdTe是高能辐射探测器的关键材料，尤其在医疗和核安全领域。HgCdTe/CdTe组合在红外成像技术中扮演重要角色。同时，CdS/CdTe复合材料在太阳能电池领域展现出高理论转换效率，已开始商业化生产。热/红外探测领域也离不开HgCdTe/CdTe的贡献。 然而，II-VI族化合物半导体的制备过程中面临挑战。由于它们主要为离子键化合物，熔点高，元素蒸气压差异大，导致化学计量比的精确控制十分困难，从而容易形成高密度的晶格缺陷，如空位。这些缺陷有时会起到深浅不一的施主或受主作用，影响材料的电性能，这种现象被称为自补偿效应。自补偿效应使得II-VI族化合物半导体的掺杂控制变得复杂，例如，ZnS就容易因S空位的高密度而产生N型导电性，使得P型掺杂难以实现。但也有例外，如CdTe可以被有效地掺杂以形成PN结。 总体而言，II-VI族化合物半导体以其独特的物理属性和丰富的应用领域展示了巨大的研究价值和产业潜力。未来，通过优化合成工艺和探索新的掺杂策略，有望克服自补偿效应的限制，进一步提升这些材料在光电子、能源和传感等领域的性能。