半導體化學

semiconductor chemistry

半導體材料的種類繁多，從單質到化合物，從無機物到有機物，從單晶體到非晶體，都可以作為半導體材料。根據材料的化學組成和結構，可以將半導體劃分為：元素半導體，如硅（Si）、鍺（Ge）；二元化合物半導體，如砷化鎵(GaAs)、銻化銦（InSb）；三元化合物半導體，如GaAsAl、GaAsP；固溶體半導體，如Ge-Si、GaAs-GaP；玻璃半導體(又稱非晶態半導體），如非晶硅、玻璃態氧化物半導體；有機半導體，如酞菁、酞菁銅、聚丙烯腈等。

半導體化學是在1948年發明晶體管之後逐漸形成的，是一門交叉學科，涉及到無機化學、有機化學、分析化學、物理化學、高分子化學、晶體化學、配位化學和放射化學等許多領域的理論和內容。半導體化學的研究對象主要是高純物質，在半導體技術中，隨著半導體朝高頻、大功率、高集成化方向發展，對半導體材料以及在製作半導體器件、集成電路過程中所用的各種試劑的純度，提出了越來越高的要求，有害雜質含量不超過 10-6%～10-8%，有的甚至要求雜質含量10-9%～10-10%。

半導體化學的內容可以概括為：①硅、鍺、砷化鎵等半導體材料的物理化學性質及其提純精製的化學原理，完整單晶體的製取、完整單晶層的生長以及微量雜質有控制地摻入方法。②半導體器件和集成電路製造技術如清洗、氧化、外延、製版、光刻、腐蝕、擴散等主要工藝過程及化學反應原理。③半導體器件及集成電路製造工藝中所用摻雜材料、化學試劑、高純氣體、高純水的化學性質、製備原理及純度標準。④超純物質分析及結構鑒定方法，如質譜分析、放射化分析、紅外光譜分析等。

20世紀50年代，半導體器件的生產主要採用鍺單晶材料，到了60年代，由於硅單晶材料的性能遠遠超過鍺，因而半導體硅得到了廣泛的應用，在半導體材料中硅已經佔據主導地位。大規模集成電路的製造都是以硅單晶材料為主的， Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體如砷化鎵、磷化鎵、銻化銦等也越來越受到人們的重視，特別是砷化鎵具有硅、鍺所不具備的能在高溫度頻下工作的優良特性，它還有更大的禁帶寬度和電子遷移率，適合於製造微波體效應器件、高效紅外發光二極體和半導體激光器，因而砷化鎵是一種很有發展前途的半導體材料。隨著大規模集成電路製造工藝水平的提高，半導體化學的研究領域和對象也將不斷地擴展。