研究半導體材料的制備、分析以及半導體器件和集成電路生產(chǎn)工藝中的特殊化學問題的化學分支學科。通常所說的化合物半導體多指晶態(tài)無機化合物半導體,即是指由兩種或兩種以上元素以確定的原子配比形成的化合物,并具有確定的禁帶寬度和能帶結(jié)構(gòu)等半導體性質(zhì)。包括晶態(tài)無機化合物[1](如III-V族、II-VI族化合物半導體)及其固溶體、非晶態(tài)無機化合物(如玻璃半導體)、有機化合物(如有機半導體)和氧化物半導體等。通常所說的化合物半導體多指晶態(tài)無機化合物半導體。主要是二元化合物如:砷化鎵、磷化銦、硫化鎘、碲化鉍、氧化亞銅等,其次是二元和多元化合物,如鎵鋁砷、銦鎵砷磷、磷砷化鎵、硒銦化銅及某些稀土化合物(如SeN、YN、La2S3等)。多采用布里奇曼法(由熔體生長單晶的一種方法)、液封直拉法、垂直梯度凝固法制備化合物半導體單晶,用外延法、化學氣相沉積法等制備它們的薄膜和超薄層微結(jié)構(gòu)化合物材料。用于制備光電子器件、超高速微電子器件和微波器件等方面。
半導體材料的種類繁多,從單質(zhì)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(jù)材料的化學組成和結(jié)構(gòu),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(tài)半導體),如非晶硅、玻璃態(tài)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(fā)明晶體管之后逐漸形成的,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(nèi)容。半導體化學的研究對象主要是高純物質(zhì),在半導體技術(shù)中,隨著半導體朝高頻、大功率、高集成化方向發(fā)展,對半導體材料以及在制作半導體器件、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(zhì)含量不超過10-6%~10-8%,有的甚至要求雜質(zhì)含量10-9%~10-10%。
半導體化學的內(nèi)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(zhì)及其提純精制的化學原理,完整單晶體的制取、完整單晶層的生長以及微量雜質(zhì)有控制地摻入方法。②半導體器件和集成電路制造技術(shù)如清洗、氧化、外延、制版、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制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(zhì)、制備原理及純度標準。④超純物質(zhì)分析及結(jié)構(gòu)鑒定方法,如質(zhì)譜分析、放射化分析、紅外光譜分析等。