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聂萌 东南大学电子科学与工程学院 本课程主要参考书 《电子工程物理基础》第2版 唐洁影 宋竞 电子工业出版社 4-5章 《半导体物理学》 第6版 刘恩科 电子工业出版社 1-6章，7章部分 聂萌 办公室：四牌楼校区南高院MEMS实验室204 邮箱：m_nie@seu.edu.cn 电话8818 考试：闭卷 卷面成绩 90% 平时成绩 10%（作业、点名） 微电子学物理基础  半导体物理  半导体集成电路  电子器件  二极管，三极管，MOS晶体管，激光器，光电探测器，场效应管...... CPU，存储器，运算放大器，模数转换器，音视频处理...... 能带，费米能级，迁移率，扩散系数，少子寿命， PN结，金半接触...... 晶体结构，薛定谔方程，能带理论..... Conductor 10-3 Ω·cm Insulator 109 Ω·cm Semiconductor 10-3~ 109 Ω·cm （1） 电阻率介于导体与绝缘体之间 （2）对温度、光照、电场、磁场、湿度等敏感 （3）性质与掺杂密切相关 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 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 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 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 4 铍 Be 5 硼 B 6 碳 C 7 氮 N 8 氧 O 12 镁 Mg 13 铝 Al 14 硅 Si 15 磷 P 16 硫 S 30 锌 Zn 31 镓 Ga 32 锗 Ge 33 砷 As 34 硒 Se 48 镉 Cd 49 铟 In 50 锡 Sn 51 锑 Sb 52 碲 Te 80 汞 Hg 81 铊 Tl 82 铅 Pb 83 铋 Bi 84 钋 Po 元素半导体 III-V 化合物 半导体 AIIIBV II-VI 化合物 半导体 AIIBVI IV –化合物 半导体 三元混合晶体 半导体 xAIIICV+(1-x)BIIICV xAIICVI+(1-x)BIICVI Si Ge 主要用于VLSI， 大多数半导体器件 AlP AlAs AlSb GaP GaAs GaSb InP InAs InSb 主要用于高速器件、高速集成电路、发光、激光、红外探测等 ZnS ZnSe ZnTe CdS CdSe CdTe 主要用于高速器件、高速集成电路、发光、激光、红外探测等 SiC SiGe 新兴的半导体材料，用于高温半导体器件、异质结器件 GaAs-P InAb-P Ga-InSb Ga-InAs Ga-InP Cd-HgTe 主要用于异质结、超晶格和红外探测器 Elemental （元素） Compounds （化合物） Alloys （合金） 指半导体材料与一种或多种金属混合，形成某种化合物 晶体结构主要是金刚石结构（Si和Ge） Si 硅：当前80％以上的半导体器件和集成电路以硅作为原材料，原因为 硅的丰裕度：主要来源是石英砂（氧化硅或二氧化硅）和其他硅酸盐 更高的熔化温度（1420℃）允许更宽的工艺容限 氧化硅的自然生成 Ge 锗： 1947年锗晶体管的诞生引起了电子工业的革命，打破了电子管一统天下的局面 晶体结构主要是纤锌矿和闪锌矿结构 Ⅲ-Ⅴ族化合物 部分Ⅱ-Ⅵ族化合物，如硒化 汞，碲化汞等 部分Ⅱ-Ⅵ族化合物，离子性 结合占优时倾向于纤锌矿结构 Ⅳ-Ⅳ族 SiC:以其本身特有的大禁带宽度、高临界击穿场强、高电子迁移率、高热导率等特性，成为制作高温、高频、大功率、抗辐射、短波长发光及光电集成的理想材料 Ⅲ-Ⅴ族 GaAs:电子迁移率比Si大五倍多，比硅更适合高频工作。电阻率大，器件间容易隔离，还有比硅更好的抗辐射性能。其缺点是缺乏天然氧化物，材料脆性大，不易制造大直径无缺陷单晶，成本高 InP与GaAs相比，击穿电场、热导率、电子平均速度更高，在HBT中采用。GaN禁带宽度大，宜做蓝光器件的材料 Si1-xGex 锗硅合金　 AlxGa1-xAs 铝镓砷合金 AlxIn1-xAs 铝铟砷合金 AlxGa1-xAsySb1-y 铝镓砷锑合金 半导体技术的重大发现