关于半导体的一片600字论文

半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明，使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光器，60年代早期，很多小组竞相进行这方面的研究。在理论分析方面，以莫斯科列别捷夫物理研究所的尼古拉·巴索夫的工作最为杰出。在1962年7月召开的固体器件研究国际会议上，美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（Keyes）和奎斯特（Quist）报告了砷化镓材料的光发射现象，这引起通用电气研究实验室工程师哈尔（Hall）的极大兴趣，在会后回家的火车上他写下了有关数据。回到家后，哈尔立即制定了研制半导体激光器的计划，并与其他研究人员一道，经数周奋斗，他们的计划获得成功。像晶体二极管一样，半导体激光器也以材料的p-n结特性为敞弗搬煌植号邦铜鲍扩基础，且外观亦与前者类似，因此，半导体激光器常被称为二极管激光器或激光二极管。早期的激光二极管有很多实际限制，例如，只能在77K低温下以微秒脉冲工作，过了8年多时间，才由贝尔实验室和列宁格勒（现在的圣彼得堡）约飞（Ioffe）物理研究所制造出能在室温下工作的连续器件。而足够可靠的半导体激光器则直到70年代中期才出现。半导体激光器体积非常小，最小的只有米粒那样大。工作波长依赖于激光材料，一般为0.6～1.55微米，由于多种应用的需要，更短波长的器件在发展中。据报导，以Ⅱ～Ⅳ价元素的化合物，如ZnSe为工作物质的激光器，低温下已得到0.46微米的输出，而波长0.50～0.51微米的室温连续器件输出功率已达10毫瓦以上。但迄今尚未实现商品化。光纤通信是半导体激光可预见的最重要的应用领域，一方面是世界范围的远距离海底光纤通信，另一方面则是各种地区网。后者包括高速计算机网、航空电子系统、卫生通讯网、高清晰度闭路电视网等。但就目前而言，激光唱机是这类器件的最大市场。其他应用包括高速打印、自由空间光通信、固体激光泵浦源、激光指示，及各种医疗应用等。晶体管利用一种称为半导体的材料的特殊性能。电流由运动的电子承载。普通的金属，如铜是电的好导体，因为它们的电子没有紧密的和原子核相连，很容易被一个正电荷吸引。其它的物体，例如橡胶，是绝缘体 --电的不良导体--因为它们的电子不能自由运动。半导体，正如它们的名字暗示的那样，处于两者之间，它们通常情况下象绝缘体，但是在某种条件下会导电。

半导体射线探测器

最初约年研究核射线在晶体上作

用, 表明射线的存在引起导电现象。但是, 由

于测得的幅度小、存在极化现象以及缺乏合适

的材料, 很长时间以来阻碍用晶体作为粒子探

测器。就在这个时期, 气体探测器象电离室、

正比计数器、盖革计数器广泛地发展起来。

年, 范· 希尔顿首先较实际地讨论了

“ 传导计数器” 。在晶体

上沉积两个电极, 构成一种固体电离室。为分

离人射粒子产生的载流子, 须外加电压。许多

人试验了各种各样的晶体。范· 希尔顿和霍夫

施塔特研究了这类探测器的主要性质, 产生一

对电子一空穴对需要的平均能量, 对射线作用

的响应以及电荷收集时间。并看出这类探测器

有一系列优点由于有高的阻止能力, 人射粒

子的射程小硅能吸收质子, 而

质子在空气中射程为, 产生一对载

流子需要的能量比气体小十倍, 在产生载流子

的数目上有小的统计涨落, 又比气体计数器响

应快。但是, 尽管霍夫施塔特作了许多实验,

使用这种探侧器仍受一些限制, 像内极化效应

能减小外加电场和捕捉载流子, 造成电荷收集

上的偏差。为了避免捕捉载流子, 需外加一个

足够强的电场。结果, 在扩散一结, 或金属

半导体接触处形成一空间电荷区。该区称为耗

尽层。它具有不捕捉载流子的性质。因而, 核

射线人射到该区后, 产生电子一空穴载流子

对, 能自由地、迅速向电极移动, 最终被收

集。测得的脉冲高度正比于射线在耗尽层里的

能量损失。要制成具有这种耗尽层器件是在

年以后, 这与制成很纯、长寿命的半导体

材料有关。

麦克· 凯在贝尔电话实验室, 拉克· 霍罗威

茨在普杜厄大学首先发展了这类探测器。

年, 麦克· 凯用反偏锗二极管探测“ 。的粒

子, 并研究所产生的脉冲高度随所加偏压而

变。不久以后, 拉克· 霍罗威茨及其同事者测

量一尸结二极管对。的粒子, “ , 的刀

粒子的反应。麦克· 凯进行了类似的实验, 得

到计数率达, 以及产生一对空穴一电子对

需要的能量为土。。麦克· 凯还观察到,

加于硅、锗一结二极管的偏压接近击穿电压

时, 用一粒子轰击, 有载流子倍增现象。在普

杜厄大学, 西蒙注意到用粒子轰击金一锗二

极管时产生的脉冲。在此基础上, 迈耶证实脉

冲幅度正比于人射粒子的能量, 用有效面积为

二“ 的探测器, 测。的粒子, 得到的分

辨率为。艾拉佩蒂安茨研究了一结二极

管的性质, 载维斯首先制备了金一硅面垒型探

测器。

年以后, 许多人做了大量工作, 发表

了广泛的著作。沃尔特等人讨论金一锗面垒型

探测器的制备和性质, 制成有效面积为“ 的

探测器, 并用探测器, 工作在,

测洲的粒子, 分辨率为。迈耶完成一

系列锗、硅面垒型探测器的实验用粒子轰

击。年, 联合国和欧洲的一些实验室,

制备和研究这类探测器。在华盛顿、加丁林堡、

阿什维尔会议上发表一些成果。如一结和面

垒探测器的电学性质, 表面状态的影响, 减少

漏电流, 脉冲上升时间以及核物理应用等等。

这种探测器的发展还与相连的电子器件有很大

关系。因为, 要避免探测器的输出脉冲高度随

所加偏压而变, 需一种带电容反馈的电荷灵敏

放大器。加之, 探测器输出信号幅度很小, 必

需使用低噪声前置放大器, 以提高信噪比。为

一一满足上述两个条件, 一般用电子管或晶体管握

尔曼放大器, 线幅贡献为。在使用场效

应晶体管后, 进一步改善了分辨率。

为了扩大这种探测器的应用, 需增大有效

体积如吸收电子需厚硅。采用

一般工艺限制有效厚度, 用高阻硅、高反偏压

获得有效厚度约, 远远满足不了要求。因

此, 年, 佩尔提出一种新方法, 大

大推动这种探测器的发展。即在型半导体里

用施主杂质补偿受主杂质, 能获得一种电阻率

很高的材料虽然不是本征半导体。因为铿

容易电离, 铿离子又有高的迁移率, 就选铿作

为施主杂质。制备的工艺过程大致如下先把

铿扩散到型硅表面, 构成一结构, 加上反

向偏压, 并升温, 锉离

一

子向区漂移, 形成

一一结构, 有效厚度可达。这种探测器

很适于作转换电子分光器, 和多道幅度分析器

组合, 可研究短寿命发射, 但对卜射线的效

率低, 因硅的原子序数低。为克服这一

点, 采用锉漂移入锗的方法锗的原子序数为

。年, 弗莱克首先用型锗口,

按照佩尔方法, 制成半导体探测器,

铿漂移长度为, 测‘“ 、的的

射线, 得到半峰值宽度为

直到年以前, 所有的探测器都是平面

型, 有效体积受铿通过晶体截面积到“

和补偿厚度的限制获得补偿厚度约, 漂

移时间要个月, 因此, 有效体积大于到

” 是困难的。为克服这种缺点, 进一步发

展了同轴型探测器。年, 制成高分辨率大

体积同轴探测器。之后, 随着电子工

业的发展而迅速发展。有效体积一般可达几十

“ , 最大可达一百多“ , 很适于一、一射

线的探测。年以后广泛地用于各个部门。

最近几年, 半导体探测器在理论研究和实际应

用上都有很大发展。

人们对开发环境稳定、通过可见光吸收并具有极性晶体结构的新型太阳能收集器有相当大的兴趣。车轮矿CuPbSbS3是一种自然形成的硫盐矿物，它在非中心对称的Pmn21空间群中结晶，并且 对于单结太阳能电池具有最佳的带隙。 然而，关于这种四元半导体的合成文献很少，它还没有作为薄膜被沉积和研究。

基于此，来自南加州大学洛杉矶分校的一项研究，描述了二元硫醇-胺溶剂混合物在室温和常压下溶解大块布氏体矿物以及廉价的块状CuO、PbO和Sb2S3前驱体以生成墨水的能力。合成的复合墨水是由大量的二元前驱体按正确的化学计量比溶解而得到的，在溶液沉积和退火后，生成CuPbSbS3的纯薄膜。相关论文以题为“Solution Deposition of a Bournonite CuPbSbS3 Semiconductor Thin Film from the Dissolution of Bulk Materials with a Thiol-Amine Solvent Mixture”于3月11日发表在Journal of the American Chemical Society上。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b13787

近来，Wallace等人通过对天然矿物的筛选，得到的材料具有热力学稳定性，不具有杂化卤化铅钙钛矿所固有的环境不稳定性问题。极性结构可以降低激子的结合能，减少材料中的复合速率。极性晶体结构可以使直接带隙材料的偶极不允许跃迁的几率和在吸收开始时振子强度的相应降到最低。从筛选到的自然生成的多种矿物中，符合选择标准的结果之一是车轮矿CuPbSbS3。车轮矿CuPbSbS3是一种硫盐矿物，它在正交晶立方Pmn21空间群中结晶，根据实验报道，从1.20 eV到1.31 eV的带隙是单结太阳能电池的最佳选择。有关CuPbSbS3的合成文献很少，目前只有少量的固态合成和一种溶剂热合成。 到目前为止，这种材料还没有以薄膜的形式沉积或研究。

基于以上考虑，研究者开发了一种碱化溶剂系统，它利用短链硫醇和胺的二元混合物，能够溶解100多种散装材料，包括散装金属、金属硫族化合物和金属氧化物。所得到的油墨在溶液沉积和温和退火后通过溶解和恢复的方法返回纯相的硫族化合物薄膜，使其适用于大规模的溶液处理。事实上，硫醇-胺油墨已被有效地用于大面积黄铜矿和酯基太阳能电池的溶液沉积，具有极好的功率转换效率。

研究者首次展示了车轮矿CuPbSbS3薄膜沉积的方法。通过简单地调整大块前驱体的化学计量学，就可以精细地调整复合油墨的组成，从而允许沉积纯相的CuPbSbS3。制备的CuPbSbS3薄膜具有1.24 eV的直接光学带隙，在~105cm-1的可见光范围内具有较高的吸收系数。电学测量证实，固溶处理的CuPbSbS3薄膜具有0.01- 2.4 cm2(V•s)-1范围内的流动性，载体浓度为1018-1020cm-3。这突出了在薄膜太阳能电池中作为吸收层的潜力，需要进一步的研究。

图1 车轮矿CuPbSbS3的晶体结构图

图2 合成油墨以及相关测试图

图3 将纯相CuPbSbS3从油墨中滴铸并退火到450 ˚C的粉末XRD图谱。

图4 CuPbSbS3薄膜的相关测试表征图

图5 CuPbSbS3薄膜电阻率(ρ)随温度变化的函数。

该方法可推广应用于其它多晶半导体薄膜的溶液沉积，包括与I-IV-V-VII组成相关的半导体，如CuPbBiS3。 结果突出了碱化法在解决硫酸盐吸收层沉积问题上的前景 。（文：水生）

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