第一章半导体概要.ppt

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：=10-610-4cm半导体：=10-3109cm绝缘体：1010cm1.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=SiCl4