《半导体概要》PPT课件.ppt

微电子器件物理 Telmail stscdh weiaixiang 魏爱香 教材与参考书目 教材 半导体器件基础 RobertF Pierret著 黄如等译 电子工业出版社参考书 1 半导体物理学 刘恩科等 国防工业出版社2 现代半导体器件物理 施敏著 科学出版社20013 化合物半导体材料与器件 成都电子科技大学出版社20004 半导体量子器件物理 傅英等 科学出版社2005 教学安排 第1章半导体概要 2学时 第2章载流子模型 4学时 第3章载流子输运 4学时 第5章pn结的静电特性 4学时 第6章pn结二极管的I V特性 6学时 第7章pn结二极管的小信号导纳 2学时 第8章pn结二极管的瞬态响应 2学时 第10章BJT基础知识 2学时 第11章BJT静电特性 6学时 教学安排 第12章BJT的动态响应模型 2学时 第14章MS接触和肖特基二极管 2学时 习题课 2学时 第16章MOS结构基础 6学时 第17章MOSFET器件基础 6学时 第18章非理想MOS 4学时 习题课2学时复习2学时考试2学时 第一章半导体概要 1 1半导体材料的特性1 2晶体结构1 3晶体生长 1 1半导体材料的特性 一 半导体材料的基本性能导体 10 6 10 4 cm半导体 10 3 109 cm绝缘体 1010 cm1 半导体材料的电阻率直接影响集成电路的电学性能2 导电能力随温度上升而迅速增加3 半导体的导电能力随所含杂质的微量变化而发生显著变化4 半导体的导电能力随光照而发生显著变化5 半导体的导电能力随外加电场 磁场的作用而发生显著变化 1 1半导体材料的特性 二 半导体材料的分类 半导体 有机半导体 有机发光材料 制作发光二极管 无机半导体 非晶半导体 多晶半导体 晶体半导体 元素半导体 Si Ge 化合物半导体 族化合物 族化合物 氧化物半导体 按结构划分 按材料组成划分 族化合物 1 1半导体材料的特性 三 半导体的结构 图1 1基于原子在固体内的有序排列程度对固体进行分类 1 1半导体材料的特性 四 半导体材料的原子组成 元素半导体 Si Ge Si1 xGex 族化合物半导体GaAs GaP GaN AlN AlSb InN InP InAs 族化合物半导体ZnS ZnSe ZnTe CdS CdSe CdTe 1 1半导体材料的特性 三元化合物 多元化合物 1 2晶体结构 晶体是由一些基元按一定规则 周期重复排列而成 基元可以是原子或原子集团 晶体结构 晶格 基元 一 基元 图1 2 1 2晶体结构 二 晶格 格点和布喇菲格子结晶学 首先考虑晶体结构的周期排列特征 即几何图形而非组成原子 挑选各基元中的任一点 如重心 把最近邻点相连接 抽象出三维几何网络 则此网络就叫晶格 或布喇菲格子 网格点就叫格点 除边界以外 布喇菲格子内每一个格点都是等价的 它代表的内容 它的环境与所处的地位是相同的 1 2晶体结构 图1 3晶体内原子排列单胞的介绍 二维格子 所选的一种单胞 二维格子的可重组性 另一种可选的单胞 1 2晶体结构 二维格子几种可能的原胞取法 二维格子几种可能的基矢 1 二维晶格 1 2晶体结构 2 三维立方晶格 简单立方 简单立方堆积简单立方结构单元 1 2晶体结构 体心立方堆积体心立方结构单元 3 三维立方晶格 体心立方 1 2晶体结构 4 三维立方晶格 面心立方 面心立方结构单元 1 2晶体结构 1 半导体的晶格结构 1 Si和Ge属于金刚石结构 共价键 金刚石结构 Si a 5 43A Ge a 5 66A 金刚石a 3 567A 三 半导体材料的晶格结构 1 2晶体结构 2 族和大部分 族化合物半导体属于闪锌矿结构 金刚石结构闪锌矿结构 1 2晶体结构 钎锌矿结构 1 2晶体结构 3 部分 族化合物可以是闪锌矿结构 也可以是钎锌矿结构 1 2晶体结构 4 族化合物硫化铅 硒化铅 碲化铅属于NaCl结构 1 2晶体结构 四 晶列 晶向任取两格点的连线延伸 它必然穿过一串格点 晶列 也必然有无穷相互平行的晶列 它们通过所有的格点 没有遗漏 也没有重复 则称这些平行的晶列为晶列簇 晶向表示晶列的方向 通常以晶胞的基矢来表示用 lmn 表示 五 晶面 晶面方向 密勒指数任选三个不在同一直线上的点构成一个平面 平面无限延伸穿过无限个规则排列的点 这个平面叫晶面 也必有与它平行的无限个平面 它们覆盖所有的格点 没有遗漏 也没有重复 则称这些平行的晶面为晶面簇 1 2晶体结构 1 2晶体结构 1 2晶体结构 晶面 晶向 1 2晶体结构 简单立方晶面 a 632 晶面 b 001 晶面 c 221 晶面 1 3晶体的生长 一 单晶硅的制备和加工Si的主要来源 石英砂和硅酸盐1 把石英砂和焦炭在碳电极的电弧炉中还原制得SiO2 3C SiC 2CO2SiC SiO2 3Si 2CO2 化学提纯 Si 2Cl2 Si