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半导体行业对高品质金刚石的期待(一)


半导体材料是室温下导电性介于导电材料和绝缘材料之间的一类功能材料。其导电能力会随温度、光照及掺入杂质的不同而显著变化,特别是掺杂可以改变半导体的导电能力和导电类型,这是其较广应用于制造各种电子元器件和集成电路的基本依据。

一、 半导体材料的特性

半导体材料的特性参数有禁带宽度、电阻率、载流子迁移率、非平衡载流子寿命和位错密度。

禁带宽度:由半导体的电子态、原子组态决定,反映组成这种材料的原子中价电子从束缚状态激发到自由状态所需的能量;禁带宽度是半导体的一个重要特征参量。禁带宽度为零的是金属,禁带宽度很大(一般大于4.5 eV)的是绝缘体,禁带宽度居中的是半导体。

电阻率、载流子迁移率:反映材料的导电能力;

非平衡载流子寿命:反映半导体材料在外界作用(如光或电场)下内部载流子由非平衡状态向平衡状态过渡的弛豫特性;

位错密度:用来衡量半导体单晶材料晶格完整性的程度。

半导体材料的特性参数不仅能反映半导体材料与其他非半导体材料之间的差别,更重要的是能反映各种半导体材料之间甚至同一种材料在不同情况下,其特性的量值差别。

随着硅基电子器件逐渐接近其理论极限值,近年来对宽禁带、超宽禁带半导体材料的研究成为竞争的新热点。氮化镓、碳化硅和氧化锌等都是宽带隙半导体材料,因为它的禁带宽度都在3个电子伏以上,在室温下不可能将价带电子激发到导带。器件的工作温度可以很高,比如说碳化硅可以在600℃以下长期稳定工作。

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半导体行业对高品质金刚石的期待(二)


半导体材料的导电机理是通过电子和空穴这两种载流子来实现的,有N型和P型之分。金刚石作为IV族元素,其晶体结构可看做有两个面心立方结构沿体对角线平移1/4晶格常数套构而成。碳原子以sp3杂化轨道与邻近的4个碳原子以共价键结合,形成正四面体结构,可以通过向金刚石中掺杂适当的元素从而改变其电学性能,使其可以作为半导体材料较广应用于电学器件中。

半导体行业对高品质金刚石的期待(三)


研究表明,金刚石作为超宽禁带半导体材料的一员(禁带宽度5.5eV),具有一系列优异的物理和化学性质,如高载流子迁移率、高热导率、高击穿电场、高载流子饱和速率和低介电常数等,这使其在高新科技领域中,特别是电子技术中得到较广关注,被公认为是具有前景的新型半导体材料。基于这些优势。这有助于减少电子元件的质量、体积以及生命周期成本,同时允许设备在较高的温度、电压和频率下工作,也使得电子器件使用更少的能量却可以实现较高的性能。

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金刚石微粉指粒径细于54微米的金刚石颗粒,化学成分为碳,是自然界最坚硬的物质。金刚石微粉是金刚石单晶通过破碎、球磨等加工后形成的微米级或亚微米级超细金刚石粉体。金刚石的强度高,耐磨性好,摩氏硬度为10,显微硬度10000kg/mm2,显微硬度比石英高1000倍,比刚玉高150倍。因此金刚石微粉作为一种超硬磨料,具有其他产品无可比拟的研磨能力,日益受到各工业发达国家的高度重视。