半导体讲座2北科大

半导体物理初步知识姬扬

中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室半导体科学技术材料器件物理推荐读物:thestoryofsemiconductors,J.Orton,OxfordUniversityPress,2004《半导体的故事》姬扬译，中国科学技术大学出版社2014年7月？黄昆,韩汝琦(1988).固体物理学,高等教育出版社.叶良修(1987).半导体物理学（上下册）,高等教育出版社.刘恩科,朱秉升,罗晋生(2008).半导体物理学,电子工业出版社.Kittel,C.(2001).IntroductiontoSolidStatePhysics,JohnWiley&Sons施敏(2002).半导体器件物理与工艺（第二版）,苏州大学出版社.施敏(2001).

现代半导体器件物理,科学出版社.重要参考文献材料制备的要点发现和改进材料的过程贯穿人类历史。先是在自然界中发现了原材料，铜矿。公元四千年前就出现了铜饰品，在此过程中人类的爱美之心或虚荣心起了非常重要的作用。公元前3000年左右发现可以将铜熔化，纯铜的熔点是1083摄氏度。但是铜太软，又过了一千年，到了公元前2000年左右，发现往铜液中添加少量的锡可以有三个好处：降低熔点、降低液体黏度以及增强成品的硬度。通常根据需要添加5-15%的锡。公元前1000年左右，发现铁在武器和工具中的优势更大，虽然铁的熔点更高，1535摄氏度，出现了锻造技术，发明了风箱。铁中掺入适当杂质，就成了钢。先要获得高纯度的基质材料（提纯），然后再用恰当的处理方式（比如说掺杂）来满足广泛的需求。解题很容易发现问题更刺激哲学家们只是用不同的方式解释世界,问题在于改变世界。

——马克思

确定对研究现象的近似程度在理论研究中是非常重要的。最严重的错误是，采用非常精确的理论并详细计算所有的细节修正，同时却忽略了非常重要的物理量。

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朗道 人生苦短，切勿将光阴虚掷于不会产生新结果的问题上。

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朗道师傅领进门修行在个人信息的时代半导体的世纪第一台电子计算机ENIAC 1946年笔记本电脑2011年晶体管Moreisdifferent量变引起质变P.W.Anderson凝聚态物理学冯端，金国钧层展现象还原论JackKilby和集成电路量变引起质变JackKilby和集成电路一滴水中看世界

——从诺贝尔物理学奖看半导体科学的发展1909年布劳恩CarlBraun因为无线电报的发明而与马可尼一道获得了诺贝尔奖，布劳恩的贡献包括半导体整流效应的发现，对于信号检测非常重要。1956年，巴丁JohnBardeen、布拉顿WalterBrattain和肖克利WilliamShockley因为晶体管而获奖。1973年，江崎LeoEsaki因为半导体中的隧穿效应而获奖。1977年莫特NeveilMott和安德森PhilipAnderson因为非晶半导体而获奖。1985年，克利钦KlausvonKlitzing因为量子霍尔效应而获奖。1998年劳克林RobertLaughlin、斯托默HorstStormer和崔琦DanielTsui因为分数量子霍尔效应而获奖。2000年阿尔弗雷夫ZhoresAlferov、克罗默HerbKroemer和基尔比JackKilby因为电子学和光电子学方面的贡献而获奖。2009年，高锟因为光纤而获奖，博伊尔WillardS.Boyle和史密斯（GeorgeE.Smith因发明电荷耦合器件CCD图像传感器而获奖。2010年盖姆AndreGeim和诺沃肖洛夫KonstantinNovoselov因石墨烯获奖。什么是半导体有多少种半导体600多种IV半导体金刚石结构，共价键；III-V族，闪锌矿结构，与金刚石结构的类似之处，原子的电负性差异增大，化学键的共价性质还比较强；II-VI族，纤锌矿，与六方密堆结构之间的关系，电负性差异更大，共价性更弱。半导体气体液体固体等离子体百度百科——半导体导体半导体绝缘体元素半导体化合物半导体导电率导热率电阻率介于金属和绝缘体之间并有负的电阻温度系数的物质。

室温时电阻率约在10-5～107欧·米之间，温度升高时电阻率指数则减小。

半导体研究早期情况半导体科学开始：1833硫化银的电导，第一次观察到电阻的负温度系数。1837年，贝克勒尔在电解液电池发现光伏效应，AdamsandDay(1876)在Se硒中发现光伏效应。1873WarrenSmith在体材料硒中发现光电导效应。1874年布劳恩在一些硫化物表面发现整流效应在十九世纪结束之前，已经发现半导体的四大特性：电阻率的负温度系数光电导效应光伏效应整流效应。有多少种半导体600多种IV半导体金刚石结构，共价键；III-V族，闪锌矿结构，与金刚石结构的类似之处，原子的电负性差异增大，化学键的共价性质还比较强；II-VI族，纤锌矿，与六方密堆结构之间的关系，电负性差异更大，共价性更弱。半导体重要指标和参数能带结构：直接能带，间接能带有效质量：电子，（轻、重）空穴掺杂类型和浓度：电子，空穴迁移率：半导体结构单晶体多晶非晶固体物理学基础晶体布洛赫定理缺陷半导体晶体结构金刚石结构——嵌套的面心立方结构金刚石、硅、锗、灰锡半导体晶体结构闪锌矿结构GaAs,InAs,ZnTe,CdSKelly,M.J.(1995).Low-dimensionalsemiconductors,ClaredonPress.pp2——嵌套的面心立方结构 Zincblende半导体晶体结构闪锌矿结构的布里渊区布里渊区上的一些特殊点Kelly,M.J.(1995).Low-dimensionalsemiconductors,ClaredonPress.pp3半导体晶体结构能带结构SiKelly,M.J.(1995).Low-dimensionalsemiconductors,ClaredonPress.pp4GaAsAlAs半导体晶体结构六方密堆结构许多种元素晶体如Be，Cd，Mg，Nd等半导体晶体结构纤锌矿结构——嵌套的六方密堆结构 Wurtzite晶体分子模型

许多种II-VI族化合物如ZnO等若晶体结构不同则能带结构不同纤锌矿结构闪锌矿结构Dyakonov,M.I.(2008).SpinPhysicsinSemiconductors,SpringerVerlag.pp390半导体材料的生长——拉晶法Czochralskimethod,BridgmanMethod施敏(2002).半导体器件物理与工艺（第二版）,苏州大学出版社.pp25Yu,P.Y.andM.Cadona(2003).FundmentalsofSemiconductors(3rdedition),Spinger.半导体材料的生长——化学气相外延法MOCVDYu,P.Y.andM.Cadona(2003).FundmentalsofSemiconductors(3rdedition),Spinger.虞丽生(2006).半导体异质结物理(第二版),科学出版社.pp28半导体材料的生长——分子束外延法MBEYu,P.Y.andM.Cadona(2003).FundmentalsofSemiconductors(3rdedition),Spinger.虞丽生(2006).半导体异质结物理(第二版),科学出版社.半导体材料的生长半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室赵建华研究员——分子束外延法实物照片Molecular-beamepitaxysystemwithtwogrowthchambers(V80)半导体材料的生长——能带工程Capasso,F.(1987)."Band-GapEngineering:FromPhysicsandMaterialstoNewSemiconductorDevices."Science235:172-176.调制掺杂+++++++++++EFAlGaAsGaAsWave-functionof2DEG2DEGundopedAlGaAsGaAsGaAswafer

doped2DEGGaAsAlGaAs/GaAsBuffer2DEGinGaAs/AlGaAsHeterostructure

Arenaformesoscopicphysics半导体同质结构场效应管施敏(2002).半导体器件物理与工艺（第二版）,苏州大学出版社.pp180——MOSFET半导体同质结构场效应管施敏(2002).半导体器件物理与工艺（第二版）,苏州大学出版社.pp184&233——电流-电压特性MESFETMOSFET半导体同质结构场效应管Klitzing,K.v.,Dorda,G.,Pepper,M.(1980)."NewMethodforHigh-AccuracyDeterminationoftheFine-StructureConstantBasedonQuantizedHallResista