必威体育精装版半导体物理课件.ppt

半导体科技发展史（第二次工业革命的开始） 社会的进步可以用当时人类使用的器物来代表，从远古的石器时代、到铜器，再进步到铁器时代。 现今，以硅为原料的电子组件产值，则超过了以钢为原料的产值，人类的历史因而正式进入了一个新的时代，也就是硅的时代。硅所代表的正是半导体组件，包括存储元件、微处理机、逻辑组件、光电组件与侦测器等等在内，举凡电视、电话、计算机、电冰箱、汽车，这些半导体组件无时无刻都在为我们服务。  半导体器件可以通过结构和材料上的设计达到控制电流传输的目的，并以此为基础构建各种处理不同信号的电路。这是半导体在当前电子技术中广泛应用的原因。 ? 硅是地壳中最常见的元素，许多石头的主要成分都是二氧化硅，然而，经过数百道制程做出的集成电路，其价值可达上万美金；把石头变成硅芯片的过程是一项点石成金的成就，也是近代科学的奇迹！ 在日本，有人把半导体比喻为工业社会的稻米，是近代社会一日不可或缺的。在国防上，惟有扎实的电子工业基础，才有强大的国防能力，1991年的海湾战争中，美国已经把新一代电子武器发挥得淋漓尽致。 ??????从1970年代以来，美国与日本间发生多次贸易摩擦，但最后在许多项目美国都妥协了，但是为了半导体，双方均不肯轻易让步，最后两国政府慎重其事地签订了协议，足证对此事的重视程度，这是因为半导体工业发展的成败，关系着国家的命脉，不可不慎。 ? ??????在台湾，半导体工业是新竹科学园区的主要支柱，半导体公司也是最赚钱的企业，台湾如果要成为明日的科技硅岛，半导体工业是我们必经的途径。  Ge--Si--GaAs--GaN--SiC 总体来说，半导体发展是从窄带隙半导体向宽带隙半导体发展， Ge--Eg=0.67eV;GaN--Eg=3.37ev 现在的半导体科学，已经是由半导体掺杂工程走向了半导体能带工程 化合物半导体，量子阱，超晶格，成为研究和应用的重要方向； MBE,MOCVD等外延手段是这一技术的支点  红外--远红外半导体（如InGaAs--TeCdHg）；紫外--深紫外半导体(AlGaN,ZnCdO)成为研究热点，量子级联激光器，THz传感器等等都是有着理论与实用双重价值的方向  半导体物理现象的发现 英国科学家法拉第(Michael?Faraday，?1791~1867)，他在1833年发现的其中一种半导体材料：硫化银（Ag2S），因为它的电阻随着温度上升而降低，当时只觉得这件事有些奇特，并没有激起太大的火花；然而，今天我们已经知道，随着温度的提升，晶格震动越厉害，使得电阻增加，但对半导体而言，温度上升使自由载子的浓度增加，反而有助于导电，这也是半导体一个非常重要的物理性质。 1874年，德国的布劳恩(Ferdinand?Braun，1850~1918)，注意到硫化物的电导率与所加电压的方向有关，这就是半导体的整流作用。 1906年，美国电机发明家匹卡(G.?W.?Pickard，1877~1956)，才发明了第一个固态电子组件：无线电波侦测器(cat’s?whisker)，它使用金属与硅或硫化铅相接触所产生的整流功能，来侦测无线电波。 在整流理论方面，德国的萧特基(Walter?Schottky，1886~1976)在1939年，于「德国物理学报」发表了一篇有关整流理论的重要论文，做了许多推论，他认为金属与半导体间有能障?(potential?barrier)的存在，其主要贡献就在于精确计算出这个能障的形状与宽度。 至于现在为大家所接受的整流理论，则是1942年，由索末菲(Arnold?Sommerfeld，?1868~1951)的学生贝特(Hans?Bethe，1906~????)所发展出来，他提出的就是热电子发射理论(thermionic?emission)，这些具有较高能量的电子，可越过能障到达另一边，其理论也与实验结果较为符合。  在半导体领域中，与整流理论同等重要的，就是能带理论。布洛赫(Felix?Bloch，1905~1983)在这方面做出了重要的贡献，其定理是将电子波函数加上了周期性的项，首开能带理论的先河。 另一方面，德国人佩尔斯?(Rudolf?Peierls?)? 于1929年，则指出一个几乎完全填满的能带，其电特性可以用一些带正电的电荷来解释，这就是电洞概念的滥觞；他后来提出的微扰理论，解释了能隙?(Energy?gap)存在 半导体基本概念 导电性 一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料，有负的电阻温度系数的物质。 可控是因为掺杂杂质浓度导致 举例：GaAS（砷化镓） 纯晶体室温电阻率 有效杂质含量超过1/1000，电阻率 导电能力还与外部条件有关 光敏性、电场、磁场效应 半导体材料 单元素 化合物