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1、半导体物理与器件1第1页，共28页，编辑于2022年，星期五绪论n什么是半导体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(cm)10-310-31091092第2页，共28页，编辑于2022年，星期五绪论 半导体具有一些重要特性，主要包括：n温度升高使半导体导电能力增强，电阻率下降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n微量杂质含量可以显著改变半导体的导电能力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
2、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n适当波长的光照可以改变半导体的导电能力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M，当受光照后电阻值可以下降为几十Kn此外，半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而改变此外，半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而改变3第3页，共28页，编辑于2022年，星期五1.1半导体材料n元素半导体（Si、Ge）n化合物半导体（双元素，三元素等）4第4页，共28页，编辑于2022年，星期五1.2固体类型 半导体的晶体结构一、
3、晶体的基本知识一、晶体的基本知识 长期以来将固体分为：晶体和非晶体。晶体和非晶体。晶体的基本特点：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）5第5页，共28页，编辑于2022年，星期五1.2固体类型 半导体的晶体结构晶体又可分为：单晶和多晶。单晶和多晶。单晶：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：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
4、瓷材料。（晶界分离）6第6页，共28页，编辑于2022年，星期五1.2固体类型 半导体的晶体结构 非晶（体）的基本特点：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）7第7页，共28页，编辑于2022年，星期五1.2固体类型 半导体的晶体结构n非晶体（无定型）n多晶n单晶8第8页，共28页，编辑于2022年，星期五1.3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，称为晶格晶格，组成晶体的原子(或离子)的重心位置称为格点格点，格点的总体称为点阵点阵。9第9页，共28页，
5、编辑于2022年，星期五1.3空间晶格1.3.1 晶胞和原胞n1、晶胞可以复制成整个晶体的一小部分（基本单元，可以不同）10第10页，共28页，编辑于2022年，星期五1.3空间晶格晶胞和原胞n2、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11第11页，共28页，编辑于2022年，星期五1.3空间晶格1.3.2 基本晶体结构n简立方sc体心立方bcc面心立方fccn原子体密度12第12页，共28页，编辑于2022年，星期五1.3空间晶格1.3.3晶面与密勒指数n1、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
6、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)13第13页，共28页，编辑于2022年，星期五1.3空间晶格晶面与密勒指数n简立方晶体的三种晶面(100)(110)(111)14第14页，共28页，编辑于2022年，星期五1.3空间晶格晶面与密勒指数n体心立方结构(110)晶面及所截的原子n原子面密度15第15页，共28页，编辑于2022年，星期五1.3空间晶格晶面与密勒指数n2、晶向通过晶体中原子中心的不同方向的原子列hkl16第16页，共28页，编辑于2022年，星期五1.3空间晶格 1.3.4 金刚石结构n金刚石结构17第17页
7、，共28页，编辑于2022年，星期五1.3空间晶格金刚石结构n四面体结构18第18页，共28页，编辑于2022年，星期五1.3空间晶格金刚石结构n金刚石晶格19第19页，共28页，编辑于2022年，星期五1.3空间晶格金刚石结构n闪锌矿结构（GaAs）n不同原子构成的四面体20第20页，共28页，编辑于2022年，星期五1.3空间晶格金刚石结构21第21页，共28页，编辑于2022年，星期五1.4原子价键n离子键（NaCl库仑力）n共价键 (H2共用电子对)n金属键 (Na电子海洋)n范德华键（弱HF 电偶极子存在分子或分子内非健结合的力）22第22页，共28页，编辑于2022年，星期五1.4
8、原子价键n硅原子和硅晶体23第23页，共28页，编辑于2022年，星期五1.5固体中的缺陷和杂质n晶格振动n点缺陷（空位和填隙）n线缺陷24第24页，共28页，编辑于2022年，星期五1.5固体中的缺陷和杂质n替位式杂质n填隙式杂质25第25页，共28页，编辑于2022年，星期五1.5固体中的缺陷和杂质n掺杂 为了改变半导体的导电性而向其中加入杂质的技术n高温扩散度n离子注入50kev损伤与退火26第26页，共28页，编辑于2022年，星期五1.6半导体材料的生长n直拉单晶法（Czochralski方法）n外延生长：在单晶衬底表面生长一层薄单晶的工艺27第27页，共28页，编辑于2022年，星期五1.7小结n常用半导体材料n晶格结构、晶胞、原胞n硅的金刚石结构n晶面、晶向的描述（密勒指数）n半导体中的缺陷n原子体密度，原子面密度的计算28第28页，共28页，编辑于2022年，星期五