半导体物理与器件基础 上课用.ppt

半导体物理与器件基础 微电子学院 韩萌 课程简介 课程性质：专业基础课 学分：5 课程特点：半导体物理部分概念多、内容广； 器件部分公式多且复杂。 课程要求：半导体物理部分着重理解,掌握基本计算公式； 器件部分掌握器件结构,理解工作原理,熟悉器件功能。 考核：平时成绩20％，期中30％，期末50％ 为什么开设这门课？ 所授课程与本专业有什么关系？ 所授课程与将来就业有什么关系？ 毕业班学生面试情况的反馈 已经上岗实习学生的工作情况反馈 学习本课程的重要性和必要性 与后续专业课有密切联系，是基础是根基； 本课程总评成绩影响专转本的资格； 对于应聘及从事本专业及相关专业工作有必然影响，对于本专业及相关专业从业人员个人发展有直接关系。 什么是半导体 简单地说，半导体（Semiconductor）是电阻率介于导体和绝缘体之间的材料。 半导体的导电性可以人为控制。譬如光照、加热或掺入杂质。 半导体发展历程：电子管→晶体管→ IC →超大规模IC(45nm,高k) 半导体能完成的任务 处理信号：二极管整流、三极管放大、信号的光－电转换 处理数据：A/D转换、数据存储、计算与控制 半导体制造工艺 （以MOS制程流程为例） 目录 第1章 固体晶格结构（6学时） 第3章 固体量子理论初步（8学时） 第4章 平衡半导体（10学时） 第5章 载流子输运现象（8学时） 第6章 半导体中的非平衡过剩载流子（8学时） 第7章 pn结（6学时） 第8章 pn结二极管（6学时） 第9章 金属半导体和半导体异质结（3学时） 第10章 双极晶体管（10学时） 第11章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础（6学时） 第12章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管：概念深入（2学时） 第14章 光器件（2学时） 第一章 固体晶格结构 1.1 半导体材料 1.2 固体类型 1.3 空间晶格 1.5 固体中的缺陷和杂质 1.6 半导体材料的生长 第一章习题 第一章小结 1.1 半导体材料 Ⅳ族元素半导体和Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体 1.2 固体类型 无定形（非晶）、多晶、单晶 晶体的特点： 组成晶体的原子按一定方式有规则排列 有固定的熔点 Si(硅): 1420℃ Ge(锗):941℃ 单晶具有方向性：各向异性 1.3 空间晶格 晶格：原子的周期性排列 1.3.1 原胞和晶胞 理想晶体是由全同的结构单元在空间无限重复而构成的。 晶体结构用点阵来描述，在点阵的每个格点上附有一群原子。这一群原子称为基元。基元在空间重复就构成晶格。 格点：描述原子排列的点。 点阵平移矢量 r 表示从任意一点r看去，都和从r’看到的 原子排列是相同的。 1.3 空间晶格 晶格、二维晶格、三维晶格。 晶胞、原胞、晶格常数 晶胞：可以复制出整个晶体的小部分晶体。 原胞：可以复制出整个晶格的最小晶胞。 晶格常数：晶胞的边长 1.3.2 基本的晶体结构（见右图） 简立方（sc）、体心立方（bcc）、面心立方（fcc） 1.3 空间晶格 1.3.3 晶面和密勒指数 晶面：点阵中所有的格点都位于一系列相互平行等距的平面上，这样的平面系称为晶面。 密勒指数：晶面与三个晶轴截距的倒数的互质整数。 晶面的具体求解方法： a. 先求晶面与坐标轴的截距 p、q、s b. 写截距的倒数 c. 倒数同乘以其最小公分母，求得密勒指数(h, k, l) d. 写出晶面(hkl)，若截距在晶轴负侧则标上“－”号， 1.3 空间晶格 晶列：点阵中所有格点都在一系列互相平行等距的直线上，这些直线系称为晶列。 晶向：用三个整数表示晶列的方向。 如图从格点O沿某个晶列到格点P作位移矢量R 晶向指数[mnp]：晶向矢量在三个晶轴上投影的互质整数。 1.3 空间晶格 7. 计算晶体的原子体密度和面密度 原子体密度：晶体内单位体积中包含的原子数。（个/cm3） 原子面密度：晶面上单位面积包含的原子数。（个/cm2） 例题见习题2/3/4 1.3 空间晶格 1.3.4