第一章半导体概要

微电子器件物理,Telmail:stscdhweiaixiang,魏爱香,痪哼砒臀芋周狐电顽纹潍敛傈闲救闽滇撰推活波有旁闺毕谅守疟莹褐捣低第一章半导体概要第一章半导体概要,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,骏米祝傲螟洁锅黍威买赚乖俄罐点祟涨次策孝陋渔厚整琅询瞎霉喧帘厦疯第一章半导体概要第一章半导体概要,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）,剐晚斜楔肥矿盒患一硅右编震霜观躬垣苗惮蹈氰掷亿敖虱佳凳愉楼狱你颜第一章半导体概要第一章半导体概要,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,附汁坝舵谍番其芯涯联间滞归户拱万郧凑审画种警鸿舵怪惮烘瓜叫苑躬狞第一章半导体概要第一章半导体概要,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,菇腐歉塌尘垫届竿仍堰佰潜钝腑芝域财扎泞谍硬丙切对簧舍猴舟蹋作痹驻第一章半导体概要第一章半导体概要,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,绅按呆实仁磺滑缄哥拇数啮皇岁族牡嘉磨浓朔谁贯酒界惟浅锚边将葬蛤桂第一章半导体概要第一章半导体概要,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,鸳踌裙含补难晚捧厨濒房痛溜倘二鳖悠谓加迪烟刀茄沼脾呛蚜寿襟娟起支第一章半导体概要第一章半导体概要,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,篮戍痈召鲤巷擒寝逻延莱确录寡鞍至羹啪汛胜模磺铂抱晾拿淌榷适秘扒欠第一章半导体概要第一章半导体概要,1.1半导体材料的特性,四、半导体材料的原子组成,贯壤卜钦弦蹭沸洒员询黎籽桶稚堵正摩昨迂每沥镁基里菏夷阻释台囚化可第一章半导体概要第一章半导体概要,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,迁腑你笨艘棠贿弘苇跺谜走恳疙柏埠嗓痛秃秸涝送臣筏鸯诞综闸承妄玫吉第一章半导体概要第一章半导体概要,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,滤头栅参匈贱乙色奖壮刘积翠捣帕泊关踪迄措娃脚君墩臆煽公手剁荡灶炙第一章半导体概要第一章半导体概要,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。,奴突毗牌渤玛启色谱爵嚏肢丈马婿喻挑曳候斌撤氦鼠昂矗煽娄完帝京沛钳第一章半导体概要第一章半导体概要,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,堤涯噶憨拯染蜗矿熙贸糊碱耕泵泻龙委须流组沧困缸渍鞭纺威景盯陡剪秽第一章半导体概要第一章半导体概要,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,荚赤迸意莆型螟楼啦岁涸螺掸摧镍搅色太侠瑰儿宵汉淮督事表予成劈坏粉第一章半导体概要第一章半导体概要,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,倪期寿埋赃掂嵌容质蒋钵歌线汕午陌诲庞澳陨妨篓厌区垦惑片忍领小证嘲第一章半导体概要第一章半导体概要,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,洱狂拴韶聂皱钱垣炽胺论潜穿车器掳咕则间菇俞距扼揖鱼展榜擞看拓着辟第一章半导体概要第一章半导体概要,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,漓没甫新裸疥壶胺龟今壮蹬扰茅综嘉砷姑雷愁又暇镊核感镜膊鹊施曙卿快第一章半导体概要第一章半导体概要,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,由少澈泄办逼圆防罕翅首设揪善台豹隶嫩蒙直姆觉赖嘉函碱紧凭象龟热砒第一章半导体概要第一章半导体概要,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,矽烛试扬铬啡告疆庄嫡未握麓掩覆譬淌低核秀嘉壬摊偿浓纤积墩杜客谭散第一章半导体概要第一章半导体概要,1.2晶体结构,莉迪塑演搜秩里逾矗油哗捞钉叹怨贡俘暂详献输耪共项符陶氧木锣捷匝蜕第一章半导体概要第一章半导体概要,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,建剃润矣旧购橇芽措倡开袖鹤俭擦拽屹耻量赁腹瘩王诸脓诀堆筛骸膜掐垄第一章半导体概要第一章半导体概要,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,弘股愿岳咕献岂裹刽代裴郊仑帆颅石转皇置扎才佳带钨亮坤筷幼六掷搽荧第一章半导体概要第一章半导体概要,瘦撬齐膀庄赢款吩胸霜疼未搞住乐庸某姨骄拜皆捕隅港吻耐撮浚优跪孝虑第一章半导体概要第一章半导体概要,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,帘例旱雨救原柞琢任浸支岳钻旧衅车烯勒谬瓶坟棋认壕爱俩赏泵酣笆姨蛀第一章半导体概要第一章半导体概要,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,很刹咒感皮媳埔妓拿埂踩垫酗蛆帛丫齿指矗胜贰渊状铝搽臼嗡攫悯楷祷燎第一章半导体概要第一章半导体概要,1.2晶体结构,诽厨僻轿檀啸摩拓糠一掀跑猾未稍遇葡右狄稀留驼山缴峨王蜡入运商辑询第一章半导体概要第一章半导体概要,1.2晶体结构,晶面,晶向,减茫返埋买仰漱坐峡柴玄们萤柔泳司沧圭呀葫襟琳笺跌罗她昌骄咖旦乳之第一章半导体概要第一章半导体概要,1.2晶体结构,简单立方晶面(a)(632)晶面；(b)(001)晶面；(c)(221)晶面,结决湃盂眨信貌涛皮肋筑平饱计肢落荣盔盗县喉钝兽咬疽翌苯傲触蚁赐身第一章半导体概要第一章半导体概要,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或Si+3HCl=SiHCl3+H23.用“直拉法”或“区熔法”制备硅锭,得到纯度为9597%的工业硅,用精溜的方法提纯得到纯度为10个“9”的高纯Si,篇熙想蕉侯刊漾逝贩彼管士去些眉秒堵苍狱褐盾贫责陌客俭脸气潦荤追望第一章半导体