半导体物理与器件..ppt

教材与参考书 推荐教材 电子工业出版社出版的《半导体物理与器件》，作者Donald A.Neamen。*参考书：刘恩科 《半导体物理学》，西安交通大学出版社，2003 顾祖毅，田立林等《半导体物理学》， 电子工业出版社，1995 《半导体器件 物理与工艺》(美)施敏(S.M.Sze)著，王阳元等译 学时分配 本课程的讲授内容 第一章 固体的晶体结构（7学时） 第二章 量子力学初步（6学时） 第三章 固体量子理论初步 （12学时） 第四章 平衡状态下的半导体（7学时） 第五章 载流子输运与过剩载流子现象（7学时） 第六章 半导体中的非平衡过剩载流子 （9学时） 第七章 PN结 （4学时） 第八章 pn结二极管 （7学时） 第九章 金属半导体和半导体异质结 （5学时）  总计：64学时 本课程的目标 通过本课程的学习，学生将全面了解光电工程专业领域半导体物理与器件方面基础知识与基本技能、应用领域及研究热点、学科方向与发展趋势等内容，为学生进入相关研究领域或相关的交叉学科，打下一个初步的基础。 考核与记分方式平时成绩占30％，期末考试占70％。考试采用闭卷形式。 课程意义 半导体器件在人们生活中的重要作用 信息领域：计算机及网络设备（CPU、Memory、Chips）通信（移动电话） 能源领域：电源、机车、电机、马达、电力输送、节能、环保、自动化 军事领域：尖端智能武器、光探测器、测距 消费类：随身听、音频数字信号处理、光笔、电子表、汽车电子（电动车门、电喷、照明）、空调、彩电 这门课的主要内容 固体的晶格机构 固体量子理论初步 平衡半导体 载流子输运现象 半导体中的非平衡过剩载流子 pn结 Pn结二极管 金属半导体和半导体异质结 双极晶体管 金属－氧化物－半导体场效应晶体管基础 小尺寸MOS器件物理 第一章 绪论 ——固体的晶格结构 §1.1 半导体材料 典型半导体及分类 §1.2 固体类型 三种固体形态 §1.3 晶体的空间点阵结构 晶体学基本概念和基本晶格结构 §1.4 晶体中原子之间的价键 离子、原子、金属及分子晶体 §1.5 晶体中的缺陷与杂质 缺陷类型和杂质类型 §1.6 半导体单晶材料的生长 单晶材料及外延生长 §1.7 小结 §1.1 半导体材料 物质从导电性上分类可以分为：绝缘体、半导体和导体。 半导体(semiconductor)，顾名思义就是指导电性介于导体与绝缘体的物质 半导体的基本特性 电阻率介于10e-3～10e6Ω.cm，可变化区间大，介于金属（10e-6Ω.cm）和绝缘体（10e12Ω.cm）之间 纯净半导体负温度系数，掺杂半导体在一定温度区域出现正温度系数 不同掺杂类型的半导体做成pn结后，或是金属与半导体接触后，电流与电压呈非线性关系，可以有整流效应 具有光敏性，用适当波长的光照射后，材料的电阻率会变化，即产生所谓光电导 半导体中存在着电子与空穴两种载流子 §1.1 半导体材料 元素半导体与化合物半导体 §1.1 半导体材料 构成半导体材料的主要元素及其在周期表中的位置 §1.2 固体类型 固体：处于凝固状态下的物体，通常具有一定的形状和体积。按其内部原子的排列情况可分为以下三种主要的结构类型，即单晶、多晶和非晶。固体材料的三种主要结构类型及其特征：（1）单晶：长程有序（整体有序，宏观尺度，通常包含整块晶体材料，一般在毫米量级以上）；（2）多晶：长程无序，短程有序（团体有序，成百上千个原子的尺度，每个晶粒的尺寸通常是在微米的量级）；（3）非晶（无定形）：基本无序（局部、个体有序，仅限于微观尺度，通常包含几个原子或分子的尺度，即纳米量级，一般只有十几埃至几十埃的范围） §1.2 固体类型 单晶：长程有序（整体有序，宏观尺度，通常包含整块晶体材料，一般在毫米量级以上）； 多晶：长程无序，短程有序（团体有序，成百上千个原子的尺度，每个晶粒的尺寸通常是在微米的量级）； 非晶（无定形）：基本无序（局部、个体有序，仅限于微观尺度，通常包含几个原子或分子的尺度，即纳米量级，一般只有十几埃至几十埃的范围） §1.3 晶体的空间点阵结构 固体最终形成使系统的能量最小的结构 保持电中性（静电能最小） 使离子间的强烈排斥最小 使原子尽可能的靠近 满足键的方向性 由于构成晶体的粒子的不同性质，使得其空间的周期性排列也不相同；为了研究晶体的结构，将构成晶体的粒子抽象为一个点，这样得到的空间点阵成为晶格 §1.3 晶体的空间点阵结构 晶格的周期性 晶格的周期性使晶格可用原胞和晶胞来复制。晶胞和原胞均是晶格的周期性单元。 原胞：一个晶格最小的周期性单元 §1.3 晶