半导体物理与器件Neam演示课件

1、1,课程主要内容,固体晶格结构：第一章 量子力学：第二章第三章 半导体物理：第四章第六章 半导体器件：第七章第十三章,2,绪论,什么是半导体 按固体的导电能力区分，可以区分为导体、半导体和绝缘体 表1.1 导体、半导体和绝缘体的电阻率范围,3,绪论,半导体具有一些重要特性，主要包括： 温度升高使半导体导电能力增强，电阻率下降 如室温附近的纯硅(Si)，温度每增加8，电阻率相应地降低50%左右 微量杂质含量可以显著改变半导体的导电能力 以纯硅中每100万个硅原子掺进一个族杂质（比如磷）为例，这时 硅的纯度仍高达99.9999%，但电阻率在室温下却由大约214,000cm降至0.2cm以下 适当波

2、长的光照可以改变半导体的导电能力 如在绝缘衬底上制备的硫化镉(CdS)薄膜，无光照时的电阻为几十M，当受光照后电阻值可以下降为几十K 此外，半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而改变,4,1.1半导体材料,元素半导体（Si、 Ge） 化合物半导体（双元素，三元素等,5,1.2固体类型 半导体的晶体结构,一、晶体的基本知识 长期以来将固体分为：晶体和非晶体。 晶体的基本特点： 具有一定的外形和固定的熔点，组成晶体的原子（或离子）在较大的范围内（至少是微米量级）是按一定的方式有规则的排列而成长程有序。（如Si，Ge，GaAs,6,1.2固体类型 半导体的晶体结构,晶体又可分为：单晶和多晶。 单晶

3、：指整个晶体主要由原子(或离子)的一 种规则排列方式所贯穿。常用的半导体材料锗(Ge)、硅(Si)、砷化镓 (GaAs)都是单晶。 多晶：是由大量的微小单晶体（晶粒）随机堆积成的整块材料，如各种金属材料和电子陶瓷材料。（晶界分离,7,1.2固体类型 半导体的晶体结构,非晶（体）的基本特点： 无规则的外形和固定的熔点，内部结构也不存在长程有序，但在若干原子间距内的较小范围内存在结构上的有序排列短程有序 （如非晶硅：a-Si,8,1.2固体类型 半导体的晶体结构,非晶体（无定型） 多晶 单晶,9,1.3空间晶格,晶体是由原子周期性重复排列构成的，整个晶体就像网格，称为晶格，组成晶体的原子(或离子)

4、的重心位置称为格点，格点的总体称为点阵,10,1.3空间晶格1.3.1 晶胞和原胞,1、晶胞可以复制成整个晶体的一小部分（基本单元，可以不同,11,1.3空间晶格晶胞和原胞,2、原胞可以形成晶体的最小的晶胞,广义三维晶胞的表示方法： 晶胞和晶格的关系,12,1.3空间晶格1.3.2 基本晶体结构,简立方sc体心立方bcc面心立方fcc,原子体密度,13,1.3空间晶格1.3.3晶面与密勒指数,1、晶面表示方法,1)平面截距：3，2，1,2)平面截距的倒数：1/3，1/2，1,3) 倒数乘以最小公分母：2，3，6,平面用(236)标记，这些整数称为密勒指数,晶面可用密勒指数（截距的倒数）来表示：

5、(hkl,14,1.3空间晶格晶面与密勒指数,简立方晶体的三种晶面,100) (110) (111,15,1.3空间晶格晶面与密勒指数,体心立方结构(110)晶面及所截的原子,原子面密度,16,1.3空间晶格晶面与密勒指数,2、晶向通过晶体中原子中心的不同方向的原子列hkl,17,1.3空间晶格 1.3.4 金刚石结构,金刚石结构,18,1.3空间晶格金刚石结构,四面体结构,19,1.3空间晶格金刚石结构,金刚石晶格,20,1.3空间晶格金刚石结构,闪锌矿结构（GaAs） 不同原子构成的四面体,21,1.3空间晶格金刚石结构,22,1.4原子价键,离子键（NaCl库仑力） 共价键 (H2共用电子对) 金属键 (Na电子海洋) 范德华键（弱HF 电偶极子存在分子或分子内非健结合的力,23,1.4原子价键,硅原子和硅晶体,24,1.5固体中的缺陷和杂质,晶格振动 点缺陷（空位和填隙） 线缺陷,25,1.5固体中的缺陷和杂质,替位式杂质 填隙式杂质,26,1.5固体中的缺陷和杂质,掺杂 为了改变半导体的导电性而向其中加入杂质的技术 高温扩散度 离子注入50kev损伤与退火,27,1.6半导体材料的生长,直拉单晶法（Czochralski方法,外延生长：