วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ใหม่และข้อบกพร่องที่ไม่บริสุทธิ์

smiley-business-womens-shaking-hands_23-2148461405

I Wide Band Gap วัสดุเซมิคอนดักเตอร์

แกลเลียมไนไตรด์, ซิลิกอนคาร์ไบด์และสังกะสีออกไซด์เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ bandgap กว้างทั้งหมดเนื่องจากแบนด์วิดธ์ต้องห้ามของพวกเขามีทั้งหมด 3 โวลต์อิเล็กตรอนและมันเป็นไปไม่ได้ที่จะกระตุ้นอิเล็กตรอนวงวาเลนซ์ อุณหภูมิในการทำงานของอุปกรณ์อาจสูงมากเช่นซิลิคอนคาร์ไบด์ซึ่งอุณหภูมินั้นสูงถึง 600 องศาเซลเซียส หากเพชรกลายเป็นเซมิคอนดักเตอร์อุณหภูมิอาจสูงขึ้นและสามารถใช้เพื่อรวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้องในหัวตรวจสอบการเจาะน้ำมัน

พวกมันยังถูกนำไปใช้ในสภาพแวดล้อมที่เลวร้ายเช่นการบินและอวกาศ หลอดส่งสัญญาณกำลังสูงเพียงสถานีเดียวและสถานีโทรทัศน์ยังคงเป็นหลอดอิเล็กตรอนที่ไม่ใช่อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ อายุของหลอดชนิดนี้มีเพียงสองหรือสามพันชั่วโมงมันมีขนาดใหญ่และสิ้นเปลืองพลังงานมาก ถ้าเราใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์พลังงานสูงอุปกรณ์เปล่งเสียงสามารถลดลงได้อย่างน้อยสิบถึงหลายร้อยครั้งและอายุการใช้งานจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ดังนั้นวัสดุสารกึ่งตัวนำ bandgap กว้างเป็นวัสดุสารกึ่งตัวนำใหม่ที่สำคัญมาก

อย่างไรก็ตามวัสดุนี้เติบโตยากมาก เป็นเรื่องง่ายที่จะปลูกซิลิคอนบนซิลิคอนและปลูก GaAs บนแกลเลียมอาร์เซไนด์ แต่วัสดุนี้ส่วนใหญ่ไม่มีวัสดุจำนวนมากและเราต้องใช้วัสดุอื่นเป็นสารตั้งต้น ยกตัวอย่างเช่นแกลเลียมไนไตรด์โดยทั่วไปจะเติบโตบนพื้นผิวไพลิน ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนและค่าคงที่ของแซฟไฟร์และแกลเลียมไนไตรด์นั้นแตกต่างกันมากเพื่อให้ชั้น epitaxial ที่ปลูกมีข้อบกพร่องมากมายซึ่งเป็นปัญหาและความยากลำบากที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบัน นอกจากนี้การแปรรูปและการแกะสลักของวัสดุนี้ก็เป็นเรื่องยากมาก นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานเพื่อแก้ไขปัญหานี้สำหรับพื้นที่ใหม่ที่กว้างขึ้นสำหรับวัสดุใหม่

II วัสดุเซมิคอนดักเตอร์มิติต่ำ

อันที่จริงวัสดุเซมิคอนดักเตอร์มิติต่ำที่กล่าวถึงในที่นี้คือวัสดุนาโน หนึ่งในวัตถุประสงค์ที่สำคัญในการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีนาโนเมตรคือการควบคุมและผลิตนาโนอิเล็กทรอนิกส์อุปกรณ์และวงจรออปโตอิเล็กทรอนิกส์และนาโนชีวภาพที่มีประสิทธิภาพเหนือกว่าเพื่อประโยชน์ของมนุษย์ในระดับอะตอมอะตอมโมเลกุลและนาโนเมตร คาดว่าการพัฒนาและการประยุกต์ใช้นาโนเทคโนโลยีจะไม่เพียง แต่เปลี่ยนการผลิตและชีวิตของผู้คนอย่างสมบูรณ์ แต่ยังจะเปลี่ยนรูปแบบทางสังคมและการเมืองและรูปแบบของการเผชิญหน้าในสงครามด้วยเหตุนี้ผู้คนจึงให้ความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนานาโน เทคโนโลยีสารกึ่งตัวนำ

อิเล็กตรอนในวัสดุปริมาณมากสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในสามมิติ แต่เมื่อขนาดของวัตถุมีขนาดเล็กกว่าค่าเฉลี่ยของเส้นทางอิสระของอิเล็กตรอนในมิติเดียวการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในทิศทางนี้จะถูก จำกัด และพลังงานของอิเล็กตรอนจะไม่ต่อเนื่องอีกต่อไป เราเรียกวัสดุนี้ว่า superlattice, quantum well material สำหรับวัสดุลวดควอนตัมอิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ตามทิศทางของลวดควอนตัมได้อย่างอิสระเท่านั้นและอีกสองทิศทางถูก จำกัด และในควอนตัมดอทวัสดุขนาดของวัสดุในสามมิตินั้นมีขนาดเล็กกว่าค่าพา ธ อิสระของอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระและพลังงานจะถูกคำนวณปริมาณในทั้งสามทิศทาง

เนื่องจากเหตุผลข้างต้นฟังก์ชันความหนาแน่นของสถานะของอิเล็กตรอนก็เปลี่ยนไปเช่นกัน ฟังก์ชั่นความหนาแน่นของสถานะของวัสดุเทกองเป็นพาราโบลาและอิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ หากเป็นวัตถุควอนตัมจุดฟังก์ชันความหนาแน่นของสถานะจะถูกแยกออกอย่างสมบูรณ์ซึ่งเหมือนกับโมเลกุลหรืออะตอมเดี่ยว อุปกรณ์ควอนตัมที่ทรงพลังสามารถผลิตได้ตามคุณสมบัตินี้

หน่วยความจำของ LSI นั้นเกิดขึ้นได้จากการชาร์จและปล่อยอิเล็คตรอนจำนวนมาก การไหลของอิเล็กตรอนจำนวนมากต้องการพลังงานจำนวนมากทำให้ชิปร้อนขึ้นซึ่ง จำกัด ระดับการรวมตัว หากมีการใช้อิเล็กตรอนเดี่ยวหรือหลายตัวสำหรับหน่วยความจำไม่เพียง แต่สามารถปรับปรุงระดับการรวมได้ แต่ปัญหาการใช้พลังงานก็สามารถแก้ไขได้เช่นกัน ประสิทธิภาพ รับจดทะเบียนบริษัท ของเลเซอร์ไม่สูงนักเนื่องจากความยาวคลื่นของเลเซอร์จะเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ โดยทั่วไปความยาวคลื่นจะเปลี่ยนเป็นสีแดงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นดังนั้นในการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติกต้องควบคุมอุณหภูมิของเลเซอร์ หากเลเซอร์ควอนตัมจุดสามารถใช้แทนเลเซอร์หลุมควอนตัมที่มีอยู่ปัญหาเหล่านี้จะได้รับการแก้ไข

superlattices และควอนตัมที่อิงกับ InP ได้พัฒนาอย่างสมบูรณ์และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการสื่อสารด้วยแสงการสื่อสารเคลื่อนที่และการสื่อสารไมโครเวฟ Quantum cascade laser เป็นอุปกรณ์ unipolar ชนิดหนึ่งซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดแสงกลางและอินฟราเรดระยะไกลที่พัฒนาขึ้นใหม่ในช่วงสิบปีที่ผ่านมามีโอกาสใช้งานที่สำคัญในการสื่อสารพื้นที่ว่างการตอบโต้อินฟราเรดและการตรวจจับสารเคมีควบคุมระยะไกล มันมีความต้องการสูงสำหรับกระบวนการเตรียมการของ MBE (epitaxy ลำแสงโมเลกุล) และอุปกรณ์ทั้งหมดมีหลายแสนถึงชั้นและความหนาของแต่ละชั้นจะต้องถูกควบคุมให้อยู่ในระดับไม่กี่สิบนาโนเมตร

III สิ่งสกปรกและข้อบกพร่องในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์

วิธีการควบคุมสิ่งเจือปนส่วนใหญ่นั้นเจือปนอะตอมของสารเจือปนจำนวนหนึ่งเมื่อผลึกโตขึ้น การกระจายตัวสุดท้ายของอะตอมที่ไม่บริสุทธิ์เหล่านี้ในผลึกขึ้นอยู่กับวิธีการเติบโตเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับการเลือกเงื่อนไขการเจริญเติบโตด้วย ตัวอย่างเช่นเมื่อคริสตัลเติบโตโดยวิธี Czochralski การแยกสิ่งเจือปนและการพาความร้อนที่ผิดปกติในการหลอมจะทำให้เกิดความผันผวนในการกระจายสิ่งเจือปน นอกจากนี้ไม่ว่าจะใช้วิธีการเจริญเติบโตของคริสตัลแบบใดก็ตามจะมีการเจือปนสิ่งสกปรกลงในภาชนะเครื่องทำความร้อนบรรยากาศโดยรอบและแม้กระทั่งสารตั้งต้นในระหว่างกระบวนการเจริญเติบโต สถานการณ์นี้เรียกว่าการค้นหาอัตโนมัติ การควบคุมข้อบกพร่องด้วยคริสตัลยังทำได้โดยการควบคุมสภาวะการเจริญเติบโตของคริสตัลเช่นสมมาตรของสนามความร้อนรอบ ๆ คริสตัลความผันผวนของอุณหภูมิ ความกดดันด้านสิ่งแวดล้อม, อัตราการเจริญเติบโต, ฯลฯ , ด้วยการลดขนาดของอุปกรณ์, ยังมีข้อ จำกัด ในการกระจายความไม่บริสุทธิ์ของ microcell ในผลึกและข้อบกพร่องเล็ก ๆ ของลำดับอะตอมขนาด ดังนั้นในกระบวนการของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์บทความฟรีวิธีการออกแบบและควบคุมการเจริญเติบโตอย่างเข้มงวดเพื่อตอบสนองความต้องการที่หลากหลายสำหรับสิ่งสกปรกและข้อบกพร่องในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์เป็นปัญหาสำคัญ