现代半导体器件第一讲讲述.pdf

现代半导体器件 刘 飞 Tel Email：liufei@mail.sysu.edu.cn 中山大学理工学院 现代半导体器件课程结构 第一章 半导体物理基础 第二章 PN结 第三章 双级晶体管（1） 第四章 双极晶体管（2） 第五章 结型场效应晶体管 第六章 MOSFET 第七章 异质结器件 参考书目 1. 固体物理, 黄昆等著，高等教育出版社。 2. 电子分析基础，李翰荪著，高等教育出版社。 3. 半导体物理与器件，赵毅强译，电子工业出版社。 现代半导体器件课程要求 一 准时上课，不要迟到、旷课（点名，课堂测试）。 二 作业要及时完成。 三 最终成绩＝考试成绩(70％ ) ＋平时成绩(30%) 1. 考试＝期中考试(40%)＋期末考试 (60%)成绩 2. 平时成绩＝出席率＋课堂测试＋作业成绩。 四 考试为闭卷考试。 前 言 研究意义： 半导体工业已成为世界上规模最大的工业，在 2005 年初统计数字表明全球市场份额已经超过了 1000亿美元。 21世纪现代科学技术的飞速发展使人类历史即将 迈入信息时代，而半导体器件伴随着微电子技术 的发展，特征尺寸已逐渐从μm减小到nm级。 对电子器件基本工作原理、结构和特性以及集成 电路单元电路结构的掌握将有助于快速发展我国 的半导体工业，力争早日达到世界先进水平。 前 言 全球半导体市场发展预测图 第一章 半导体物理基础 1.1 半导体的形成与能带 1.2 本征半导体 1.3 杂质半导体 1.4 半导体的导电性 1.5 非平衡载流子 1.1 半导体的形成与能带 一、原子能级和晶体晶带 1.半导体晶体：由组成半导体的晶格原子按严格的周 期性重复排列所形成的晶体。(工业上单质半导体 的主要原料是Si) 2. Si 的晶格结构特点： (1) Si 原子位于正四面体的中心，最近邻的四个原子分 别位于正四面体的4个顶点。 (2) 两个最近临原子各贡献一个电子，为两原子共有， 形成较大的电子云密度，即共价键(键角为109028’)。 晶体为金刚石结构，结合力为共价键。 (3) 晶格常数：a＝5.40 0 Å , α＝β＝γ＝90 1.1 半导体的形成与能带 Si 单晶的共价键、晶胞及原子面投影图 1.1 半导体的形成与能带 3.原子的能级：由玻尔的原子轨道模型，原子只能处 于一系列不连续的能量定态中，原子在这些定态上 的能量值就叫做原子的能级，这对应于电子在不同 轨道上的运动能量值En 。 4. 晶体的能带: 电子的共域化运动使得晶体中每一个 N重简并的原子能级劈裂为N个彼此相距很近的能 级，这N个能级就组成了能带。(晶体中有N个原子) (1) 能带的宽窄与电子的共有化程度相关。 (2) 能带中的能级数目与孤立原子的简并度相关。 (3) 能带中的能级可以看作是准连续的(Ｎ值很大)。 (4) 能级分裂形成的能带叫允带，允带之间称为禁带。 1.1 半导体的形成与能带 2P 允 2P 带 2S 禁带 1S