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chapter1半导体晶体结构和缺陷解答.ppt

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半导体物理 SEMICONDUCTOR PHYSICS ; 第一章 半导体晶体结构和缺陷;绪 论; 此外,半导体还具有一些重要特性,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,无光照时的暗电阻为几十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;本课程的内容安排 以元素半导体硅(Si)和锗(Ge)为对象: 介绍了半导体的晶体结构和缺陷,定义了晶向和晶面 讨论了半导体中的电子状态与能带结构,介绍了杂质半导体及其杂质能级 在对半导体中载流子统计的基础上分析了影响因素,讨论了非平衡载流子的产生与复合 对半导体中载流子的漂移运动和半导体的导电性进行了讨论,介绍了载流子的扩散运动,建立了连续性方程 简要介绍了半导体表面的相关知识;1.1 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);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。; 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) ;图1.1 非晶、多晶和单晶示意图;对于单晶Si或Ge,它们分别由??一种原子组成,通过二个原子间共有一对自旋相反配对的价电子把原子结合成晶体。 这种依靠共有自旋相反配对的价电子所形成的原子间的结合力,称为共价键。 由共价键结合而成的晶体称为共价晶体。Si、Ge都是典型的共价晶体。;共价键的性质:饱和性和方向性; 图中原子间的二条连线表示共有一对价电子,二条 线的方向表示共价键方向。 共价四面体中如果把原子粗 略看成圆球并且最近邻的原 子彼此相切,圆球半径就称 为共价四面体半径。;三、Si、Ge晶体结构;图1.3 (a)金刚石结构的晶胞 (b)面心立方;四、GaAs晶体结构; 1.2 晶体的晶向与晶面 ;通过晶格中任意两格点可以作一条直线,而且通过其它格点还可以作出很多条与它彼此平行的直线,而晶格中的所有格点全部位于这一系列相互平行的直线系上,这些直线系称为晶列。;晶列的取向称为晶向。 为表示晶向,从一个格点O沿某个晶向到另一格点P作位移矢量R,如图1.7,则 R=l1a+l2b+l3c 若l1:l2:l3不是互质的,通过 l1:l2:l3 =m:n:p化为互质整数, mnp就称为晶列指数,写成 [mnp],用来表示某个晶向。 ;晶列指数就是某个晶向矢量在三晶轴上投影的互质整数。 若mnp中有负数,负号写在该指数的上方, [mnp]和 表示正好相反的晶向。 同类晶向记为mnp 。 例: 100代表了[100]、[ī00]、[010]、[0ī0]、[001]、[00ī]六个同类晶向;111代表了立方晶胞所有空间对角线的8个晶向;而110表示立方晶胞所有12个面对角线的晶向;晶格中的所有格点也可看成全部位于一系列相互平行等距的平面系上,这样的平面系称为晶面族,如图1.8所示。 为表示不同的晶面,在三个晶轴上取某一晶面与三晶轴的截距r、s、t,如图1.9所示。 ;将晶面与三晶轴的截距r、s、t的倒数的互质整数h、k、l称为晶面指数或密勒指数,记作(hkl)并用来表示某一个晶面 截距为负时,在指数上方加一短横。 如果晶面和某个晶轴平行,截距为∞ ,相应指数为零。 同类型的晶面通常用{hkl}表示。 ;1.3 半导体中的缺陷;肖特基缺陷和弗仑克尔缺陷统称点缺陷。 虽然这两种点缺陷同时存在,但由于在Si、Ge中形成间隙原

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