Vật liệu bán dẫn A3B5 là hợp chất quan trọng nhất trong nhóm bán dẫn hợp chất vô cơ 2 nguyên tố. Cấu tạo từ các nguyên tố nhóm III và nhóm V( chủ yếu là nhóm IIIA và VA). Ví dụ: GaAs, GaP, GaN, AlAs, InSb, InAs, InP,… Tồn tại 16 hợp chất là tổ hợp của 4 nguyên tố nhóm IIIA và 4 nguyên tố nhóm VA
VẬT LIỆU BÁN DẪN AIIIBV Hà Nội, ngày 09 tháng 03 năm 2018 NỘI DUNG CẤU TRÚC TÍNH CHẤT VẬT LIỆU CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO ỨNG DỤNG CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT VẬT LIỆU KHÁI NIỆM Là hợp chất quan trọng nhóm bán dẫn hợp chất vơ nguyên tố Cấu tạo từ nguyên tố nhóm III nhóm V( chủ yếu nhóm IIIA VA) Ví dụ: GaAs, GaP, GaN, AlAs, InSb, InAs, InP,… Tồn 16 hợp chất tổ hợp nguyên tố nhóm IIIA ngun tố nhóm VA CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU Bề rộng vùng cấm: Trải dài từ 0,18 eV(InSb) đến 10 eV(BN) Độ linh động điện tử cao nhiều độ linh động lỗ trống Cấu trúc mạng: Zinc-blend(hợp chất chứa P, As, Sb), Wurtzite(hợp chất N với Al, Ga,In), BN lục giác gần giống graphit Liên kết hóa học hợp chất : Liên kết cộng hóa trị (chủ yếu), liên kết Ion Cấu trúc wurzite Một vài số hợp chất AIIIBV Các số BN AlP GaP GaAs InSb Hằng số mạng a( ) 3,615 5,54 5,45 5,635 6,478 Nhiệt độ nóng chảy Tn( độ ) 3000 2000 1467 1238 530 Bề rộng vùng cấm( Eg) 10eV 3,43 eV 2,26 eV 1,42 eV 0,18 eV Độ linh động điện tử ( cm2/V.s) Độ linh động lỗ trống ( cm2/V.s) 110 8500 80000 75 400 1250 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO NGUYÊN LÝ CHUNG Làm đơn chất Nuôi đơn tinh thể làm Chế tạo hợp chất Giới thiệu công nghệ chế tạo vật liệu GaAs( vật liệu khác tương tự) Bước 1: Chế tạo làm Ga Ga có nồng độ nhỏ quặng kim loại Al, Zn, Ge,…quá trình làm gồm bước: Làm sơ bộ, đạt độ tinh khiết từ 99,9-99,99% Ga thường nhận dạng dung dịch Axit điều chế kim loại khác Để kết tủa dùng Ga nhận dạng dung dịch Để làm dùng FeSO4 Tạo Ga siêu chứa 10-4 % tạp chất Cách 1: Tác dụng trực tiếp vào kim loại Ga: Dùng Axit lọc, tác dụng Oxi khí khác, kết tinh Cách 2: Xử lí hợp chất Ga: Điện phân, tách chọn lọc , chưng cất hợp chất Halogenua Ga CÔNG NGHỆ EPITAXY HỢP CHẤT AIIIBV Thường dùng phương pháp: lắng đọng pha hóa học( CVD), lắng đọng pha kim loại hữu cơ( MOCVD), Epitaxy chùm phân tử( MBE) Để lớp Epitaxy chất lượng cao : • Cấu trúc tinh thể lớp Epitaxy đế phải giống • Hằng số mạng chúng phải tương thích Bước 2: Chế tạo làm As As chủ yếu tồn dạng hợp chất As2S3, As2S4, FeAsS, As2O3 Để nhận As đơn chất, ta nung hợp chất để biến thành As2O3 khử As2O3 Cacbon Để thu As siêu ta dùng tổ hợp phương pháp sau: Chưng cất chân không Chưng cất Hidro nhiệt độ cao Tách từ dung dịch chì Điện phân Nóng chảy vùng Arsenua Bước 3: Chế tạo hợp chất GaAs Cơng nghệ chế tạo: • Kết tinh từ dung dịch nóng chảy khơng thành phần hợp thức • Kết tinh từ dung dịch nóng chảy giàu Ga hay As • Kết tinh từ pha • Chế tạo GaAs phương pháp hóa học Ni đơn tinh thể phương pháp epitaxy: • Vận chuyển As4 GaCl3 đến bề mặt đế nhờ khí mang H2 • Các phản ứng xảy ra: 4AsH3 As4 + 6H2 6HCl + Ga 2GaCl3 + 3H2 As4 + 4GaCl3+ 6H2 4GaAs + 12HCl Nhiệt độ để buồng phản ứng trì 650-850 oC, đồng thời áp suất dư As trì giá trị định để tránh phản ứng phân ly GaAs lớp Epitaxy đế ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU AIIIBV Chế tạo linh kiện quang điện tử bao gồm nguồn phát xạ điện từ Diode phát quang( LED), diode laser , photodetector, linh kiện điện tử hoạt động nhanh ( high speed electronic devices) Photodetector Bóng đèn Led Các hợp chất AIIIBV có vùng cấm hẹp (InSb, InAs) ứng dụng lĩnh vực quang - điện tử hồng ngoại Các hợp chất có vùng cấm rộng ( GaN, AlN) ứng dụng lĩnh vực quang- điện tử vùng khả kiến vùng cực tím, để chế tạo linh kiện công suất cao hoạt động nhiệt độ cao Diode Laser Chế tạo tế bào pin mặt trời ( Solar Cell) Tế bào quang điện Một nhà máy điện lượng mặt trời Mỹ Epitaxy GaAs để Si có ý nghĩa quan trọng việc tích hợp linh kiện quang điện tử dựa hợp chất AIIIBV mạch tích hợp điện tử chip Si Sử dụng vật liệu AIIIBV để chế tạo linh kiện quang điện tử tạo nên cấu trúc nhiều giếng lượng tử( multiple quantum well) Dựa hợp chất AIIIBV, chế tạo linh kiện bán dẫn với đặc trưng mong muốn Thanks for your attention ...NỘI DUNG CẤU TRÚC TÍNH CHẤT VẬT LIỆU CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO ỨNG DỤNG CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT VẬT LIỆU KHÁI NIỆM Là hợp chất quan trọng nhóm bán dẫn hợp chất vơ ngun tố Cấu tạo từ nguyên... CHUNG Làm đơn chất Nuôi đơn tinh thể làm Chế tạo hợp chất Giới thiệu công nghệ chế tạo vật liệu GaAs( vật liệu khác tương tự) Bước 1: Chế tạo làm Ga Ga có nồng độ nhỏ quặng kim loại Al, Zn, Ge,…quá... tử chip Si Sử dụng vật liệu AIIIBV để chế tạo linh kiện quang điện tử tạo nên cấu trúc nhiều giếng lượng tử( multiple quantum well) Dựa hợp chất AIIIBV, chế tạo linh kiện bán dẫn với đặc trưng