半导体物理与器件ppt课件.pdf

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

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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

材料导体半导体绝缘体

电阻率ρ(Ωcm)＜10-310-3～109＞109

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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Ⅴ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214,000Ωcm降至0.2Ωcm以下

适当波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MΩ，当受光照后电阻值可以下降为几十KΩ

此外，半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而改变
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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）

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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）

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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：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）

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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）

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1.2固体类型半导体的晶体结构

非晶体（无定型）

多晶

单晶

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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)的重心位置称
为格点，格点的总
体称为点阵。

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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）

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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

rpaqbsc

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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

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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：(hkl)
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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)

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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
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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]

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1.3空间晶格1.3.4金刚石结构

金刚石结构

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1.3空间晶格金刚石结构

四面体结构

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1.3空间晶格金刚石结构

金刚石晶格

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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

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1.3空间晶格金刚石结构

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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）

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1.4原子价键

硅原子和硅晶体

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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

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1.5固体中的缺陷和杂质

替位式杂质

填隙式杂质

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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１０００度

离子注入50kev损伤与退火

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1.6半导体材料的生长