第1章 半导体材料科学和集成电路,固体晶格结构.pptVIP

* 体心立方结构，每个晶格包含8个1/8的顶角原子和一个体心原子。 P7 例1.1，a=5A的体心立方结构，每个晶胞含有两个等效原子。体密度计算：2/晶胞体积=2/（5e-8）3=1.6e22 * 前边讲的是晶体结构，即不考虑原子之间形成的键的形态。 离子键，形成离子，使原子形成满价壳层。通过库仑吸引形成离子键。正负离子相互包围以降低系统能量，典型的如NaCl晶体。（I—VII族化合物为典型的离子晶体） 原子间的相互作用倾向于形成满价壳层，如前边所说的离子键。还有一种形成满壳层的方式是形成共价键。共价键的基本特点是价电子共有。这种键和晶体结构直接相关。同学们参考p12中对氢原子和硅原子形成共价键导致的不同结构的描述。 金属键：金属离子密堆积和自由价电子的库仑作用形成晶体。 分子晶体：形成分子后，由于分子内不同原子的电负性不同，使分子内形成正电和负电中心，不同分子间通过电偶极子之间的作用结合在一起形成晶体。 * 前边我们讨论的晶格结构都是理想晶格，但在实际中，晶格的完整性和周期性都可能遭到破坏，这种破坏就叫做缺陷。 * * 杂质也是一种点缺陷 * * 对于多晶材料来说，还有晶粒间界这种面缺陷。 半导体材料中缺陷是对晶格周期势场的破坏，这些会影响到材料中载流子的一些性质，如迁移率、寿命等；另一方面，会影响到人为引入的杂质的扩散行为，从而影响到器件结构的实现。 一些点缺陷的存在，包括杂质原子、点阵空位、间隙原子、碳、氧沾污及重金属离子沾污等，可以影响到材料的迁移率、寿命 * §1.7 半导体单晶材料的生长硅单晶材料可以说是目前纯度最高的一种材料，其纯度已达到百亿分之一。生长半导体单晶材料的方法主要有以下几种：1. 熔体生长法：又称为切克劳斯基（Czochralski）生长方法，或CZ法。籽晶直拉法。悬浮区融法FZ：进一步采用区熔再结晶方法提纯2. 外延生长法 * 籽晶直拉法示意图 2002：300 mm 2012: 450mm 直径以每9年增大1.5倍的速度大型化 * 分凝系数（segregation coefficient）： 对于固相-液相的界面，由于杂质在不同相中的溶解度不一样，所以杂质在界面两边材料中分布的浓度是不同的，这就是所谓杂质的分凝现象。 “分凝系数”= (杂质在固相中的溶解度)/(杂质在液相中的溶解度)。 区域提纯法提纯材料 * 实际拉制出的12英寸硅单晶锭该硅单晶锭长1米，直径300毫米，重量达140千克 * 将硅单晶锭切割成硅晶园片的切片机 * 工作人员利用卡塞(Cassette）装载的300毫米硅晶园片 * 2. 外延层生长法：外延生长方法按照材料的类型可分为以下两大类： （1）同质外延（homoepitaxy）； （2）异质外延（heteroepitaxy）；常用的外延方法有： （1）化学气相淀积法（CVD）：也称为气相外延法（VPE） SiCl4+2H2→Si+4HCl（2）液相外延法（LPE）： 温度低于CZ法，常用于化合物半导体材料的外延。（3）分子束外延法（MBE）： 高真空，400至800℃，可精确控制。 * 气相外延法（VPE）示意图 A susceptor is a material used for its ability to absorb electromagnetic energy and convert it to heat . * 分子束外延（MBE）设备原理示意图 * 实际的MBE设备 * * §1.8 小结 §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 金刚石结构和闪锌矿结构 米勒指数 §1.4 倒格子（阅读） §1.5 晶体中原子之间的价键 离子、原子、金属及分子晶体 §1.6 晶体中的缺陷与杂质 缺陷类型和杂质类型 §1.7 半导体单晶材料的生长，器件制造工艺 单晶材料及外延生长 §1.8 小结 * 作业 1.1 1.4 1.11 1.17 1.23 1.25 * 谢 谢 * /wiki/Integrated_circuit * 首先我们提出一个问题：我们为什么要学习半导体物理，学习这门课的重要性和意义在那里。 我们现在所处的时代被称作信息时代。信息的产生收集处理传输的能力是和以往的传统工业文明和农耕文明时代最大的区别。信息技术是这个时代的主题，计算机和信息技术的直接应用和对传统工业的改造是我们现代文明的最大特点，它改变的不仅仅是我们的工作学习方式，也深刻的影响着我们的日常生活，休闲娱乐、乃至艺术文化等领域。而这一切的基础：电子计算机和信息技术最关键的