光敏半导体氧化物有哪些

作为“新一代电子的基础材料”而备受全球显示器技术人员关注的就是氧化物半导体TFT。因为氧化物半导体TFT是驱动超高精细液晶面板、OLED面板 以及电子纸等新一代显示器的TFT材料最佳候选之一。预计最早将在2012～2013年开始实用化，将来或许还会成为具备“柔性”和“透明”等特点的电子元件的实现手段。氧化物半导体是通常容易成为绝缘体的氧化物，但却具有半导体的性质。在众多物质当中，最受关注的是“透明非晶氧化物半导体（TAOS：Transparent Amorphous Oxide Semiconductors）”。非晶IGZO（In-Ga-Zn-O）就是一个代表性例子。除了三星和LG显示器等韩国企业外，日本的夏普、凸版印刷以及佳能等企业也在致力于TFT的应用开发。 TAOS类TFT的载流子迁移率高达10cm2/Vs以上，特性不均现象也较小。因此，可驱动像素为“4K×2K”（4000×2000像素级）、驱 动频率为240Hz的新一代高清晰液晶显示器。当前的标准技术——非晶硅类TFT以及作为新一代技术而被大力开发的有机半导体TFT因载流子迁移率只有数 cm2/Vs以下，很难应用到上述用途中。即使是在OLED显示器领域，与开发案例较多的低温多晶硅类TFT相比，实现大屏幕化时还是TAOS类TFT具 有优势这是因为AOS类TFT可以抑制OLED面板中存在着的因TFT特性不均而导致的显示不均现象。TAOS薄膜可通过溅射法形成，制造成本也容易降 低。制造工艺温度可低至接近室温这一点也是TAOS类TFT的一大魅力。可利用耐热性较差的树脂基板，因此能够实现可弯曲的电子纸等柔性显示器。利用TAOS膜的透明特性，有望使电子元件实现透明化等。进一步扩大氧化物半导体的用途时碰到的课题是如何实现p型半导体。如果能实现高质量的pn结，就有望应用于柔性透明的集成电路、LED以及太阳能电池等用途

性质化学性质比晶体硅活泼。可由活泼金属(如钠、钾等) 双结非晶硅太阳能电池板在加热下还原四卤化硅，或用碳等还原剂还原二氧化硅制得。结构特征为短程有序而长程无序的α-硅。纯α-硅因缺陷密度高而无法使用。采用辉光放电气相沉积法就得含氢的非晶硅薄膜，氢在其中补偿悬挂链，并进行掺杂和制作pn结。非晶硅在太阳辐射峰附近的光吸收系数比晶体硅大一个数量级。禁带宽度1.7～1.8eV，而迁移率和少子寿命远比晶体硅低。现已工业应用，主要用于提炼纯硅，制造太阳电池、薄膜晶体管、复印鼓、光电传感器等。编辑本段非晶态半导体目前研究得最多，实用价值最大的非晶态半导体主要有两类：即非晶态硅和硫属半导体。特别是非晶态硅，在理论上和应用方面的研究都非常活跃。晶态硅晶态硅自50年代以来，已研制成功名目繁多、功能各异的各种固态电子器件和灵巧的集成电路。非晶硅（a—Si∶H）是一种新兴的半导体薄膜材料，它作为一种新能源材料和电子信息新材料，自70年代问世以来，取得了迅猛发展。非晶硅太阳能电池是目前非晶硅材料应用最广泛的领域，也是太阳能电池的理想材料，光电转换效率已达到13%，这种太阳能电池将成为无污染的特殊能源。1988年全世界各类太阳能电池的总产量35.2兆瓦，其中非晶硅太阳能电池为13.9兆瓦，居首位，占总产量的40%左右。与晶态硅太阳能电池相比，它具有制备工艺相对简单，原材料消耗少，价格比较便宜等优点。非晶硅非晶硅的用途很多，可以制成非晶硅场效应晶体管；用于液晶显示器件、集成式a—Si倒相器、集成式图象传感器、以及双稳态多谐振荡器等器件中作为非线性器件；利用非晶硅膜可以制成各种光敏、位敏、力敏、热敏等传感器；利用非晶硅膜制做静电复印感光膜，不仅复印速率会大大提高，而且图象清晰，使用寿命长；等等。目前非晶硅的应用正在日新月异地发展着，可以相信，在不久的将来，还会有更多的新器件产生。 非晶硅的制备：由非晶态合金的制备知道，要获得非晶态，需要有高的冷却速率，而对冷却速率的具体要求随材料而定。硅要求有极高的冷却速率，用液态快速淬火的方法目前还无法得到非晶态。近年来，发展了许多种气相淀积非晶态硅膜的技术，其中包括真空蒸发、辉光放电、溅射及化学气相淀积等方法。一般所用的主要原料是单硅烷（SiH4）、二硅烷（Si2H6）、四氟化硅（SiF4）等，纯度要求很高。非晶硅膜的结构和性质与制备工艺的关系非常密切，目前认为以辉光放电法制备的非晶硅膜质量最好，设备也并不复杂。以下简介辉光放电法。编辑本段辉光放电法辉光放电法是利用反应气体在等离子体中发生分解而在衬底上淀积成薄膜，实际上是在等离子体帮助下进行的化学气相淀积。等离子体是由高频电源在真空系统中产生的。根据在真空室内施加电场的方式，可将辉光放电法分为直流电、高频法、微波法及附加磁场的辉光放电。在辉光放电装置中，非晶硅膜的生长过程就是硅烷在等离子体中分解并在衬底上淀积的过程。对这一过程的细节目前了解得还很不充分，但这一过程对于膜的结构和性质有很大影响。编辑本段半导体材料的区别硫属半导体是S、Se或Te的金属化合物，或这几种化合物的混合物。这类材料在性质上属于半导体材料，但又象玻璃一样是非晶态。为与一般氧化物玻璃和结晶半导体相区别，故把它们称为玻璃半导体。又因为它们的主要成份是周期表中的硫属元素，故又称为硫属半导体，或叫硫属玻璃。硫属半导体的品种很多，迄今研究得比较充分的硫属半导体有As2S3、As2Se3、As2Te3及As2Se3—As2Te3、As2Se3—As2Te3—Te2Se等。硫属半导体的应用主要是基于它在光、热、电场等外界条件作用下引起的性能和结构变化。可用于制作太阳能电池、全息记录材料、光—电记录材料、复印机感光膜、硫属玻璃光刻胶等。

在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。

光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。

结构原理

光敏电阻是用硫化隔或硒化隔等半导体材料制成的特殊电阻器，表面还涂有防潮树脂，具有光电导效应。光敏电阻的工作原理是基于内光电效应，即在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻。为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。

半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子—空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子—空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子—空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。

光敏电阻对光线十分敏感，其在无光照时，呈高阻状态，暗电阻一般可达1.5MΩ。当有光照时，材料中激发出自由电子和空穴，其电阻值减小，随着光照强度的升高，电阻值迅速降低，亮电阻值可小至1KΩ以下。

光敏电阻器的光照特性在大多数情况下是非线性的，只有在微小的范围内呈线性，光敏电阻器的电阻值有较大的离散性（电阻变化、范围大无规律）。

光敏电阻器的灵敏度是指光敏电阻器不受到光照是的电阻值（暗阻）和受到光照时电阻值（亮阻）的相对变化值。光敏电阻的暗阻和亮阻间阻值之比约为1500：1，暗阻值越大越好，使用时给其施加直流或交流偏压，MG型光敏电阻器适用于可见光。其主要用于各种自动控制电路、光电计数、光电跟踪、光控电灯、照相机的自动暴光及彩色电视机的亮度自动控制电路等场合。

它的工作原理是：

用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。光敏电阻的原理结构如图所示。

在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。

在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。

光敏电阻是利用半导体光电导现象来探测光信号的器件。它可以是单晶薄片、多晶薄片、烧结成的多晶薄膜、真空蒸发薄膜、化学淀积薄膜或溅射膜等。

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