认识半导体XVII——II-VI族化合物半导体
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发布时间：2024-09-15 07:26
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时间：2024-10-31 10:31
探索II-VI族化合物半导体的奥秘
在半导体家族中，II-VI族化合物半导体以其独特的组成和性质，备受瞩目。由第II副族元素（如锌(Zn)和镉(Cd)）与第VI主族元素（氧(O)、硫(S)、硒(Se)和碲(Te)）交融而成，它们如璀璨的宝石，展现了晶体结构的瑰丽与性质的多样性。
闪锌矿与纤锌矿的舞台
II-VI族化合物半导体的晶体结构以闪锌矿或纤锌矿为舞台，其中离子键的作用尤为重要。闪锌矿结构中，{1,1,0}或{0,-1,0}是主要解理面，而纤锌矿结构则以{0,0,0,1}或{1,0,-1,0}为特征。晶体内的原子配比，缺陷类型和含量，都在细微之处影响着这些半导体的极性和性能。
禁带宽度与熔点的秘密
研究揭示，随着组成元素原子序数的增加，II-VI族化合物半导体的禁带宽度呈减小趋势，而其熔点也遵循相似的规律。禁带宽度的变化并非孤立，它还受到温度的微妙影响，可以通过公式精准描述，其中s是无量纲常数，而玻尔兹曼常数则揭示了温度效应的深度。
高温下的化学平衡与自补偿
在制备过程中，化合物半导体的熔点相对高，且元素的蒸气压亦可观。通过控制加热条件，达到固相平衡，涉及的平衡常数和气压变化影响着缺陷和化学配比。自补偿现象则揭示了掺杂剂的独特效应，禁带宽度、生成能等参数共同影响着掺杂的有效性。
应用世界的舞台：光与电的交响乐
II-VI族化合物半导体在各个领域大放异彩，如ZnSe在光电器件中熠熠生辉，CdTe则成为光/辐射探测器的宠儿，而ZnS和CdS则在薄膜显示器和光电导探测器中展示了其卓越性能。例如，CdTe直接带隙半导体的禁带宽度达1.5eV，其闪锌矿结构赋予了它优异的光学性能，为薄膜太阳能电池的构建提供了关键材料。
CdTe的故事：太阳能电池的*艺术家
CdTe以其出色的化学稳定性和热稳定性，成为薄膜太阳能电池的明星材料。它的光学特性使其对红外线透明，吸光能力强，只需2微米的薄膜即可高效吸收太阳光。电池结构精密，如背接触层的欧姆接触，CdTe吸收层的光生载流子生成，以及CdS窗口层的透光和p-n结形成，每一环节都展现了CdTe的卓越性能。
工艺的多样性：从升华法到喷涂沉积法
CdTe的制备方法丰富多样，如近空间升华法能实现掺杂，达到16.5%的高效率。升华法以其均匀的薄膜、适宜的晶粒大小和高沉积速率，成为制备首选。然而，CdTe的制备也面临资源有限和环境污染的挑战，需要在科技进步与环保责任之间找到平衡。
