半导体物理与器件全套教学课件.pptx

半导体物理及器件

绪论

第1章固体晶格结构第2章量子力学初步

第3章固体量子理论初步

第4章平衡半导体

第5章载流子输运现象

第6章半导体中的非平衡过剩载流子第7章pn结

第8章PN结二极管

第9章金半接触和半导体异质结

第10章MOSFET基础(1)（MOS结构，CV特性）

第10章MOSFET基础(2)（MOSFET工作原理，频率，CMOS）第11章MOSFET概念深入

第12章双极晶体管

第13章结型场效应晶体管;《半导体物理与器件》，[美]DonaldA.Neamen著，

电子工业出版社

参考书《半导体物理学》，刘恩科著，国防工业出版社

《半导体器件基础》，[美]BettyLiseAnderson著，

清华大学出版社;是集成电路设计及微电子学的基础；

物理知识使用较多，用数学工具分析物理概念；

是如下课程集一身：

1、量子力学；

2、固体物理学；

3、半导体物理学；

4、半导体器件物理；;半导体材料

半导体器件物理

集成电路工艺

集成电路设计和测试;?

?

?;半导体物理在微电子学科中的位置;学习要求;课程安排及上课时间;绪论

半导体和集成电路;绪论半导体和集成电路;1947年第一个点接触型锗晶体管;第一只晶体管的发明者及1956年诺贝尔物理学奖获得者;第一只晶体管的发明者及1956年诺贝尔物理学奖获得者;巴丁（巴顿），1972年和库珀、施里弗三人一起因发展超导理论而又一次获诺贝尔奖，史上唯一两次获得诺贝尔物理学奖。;1997atBellLaboratories;二、集成电路(IC)技术发展历史;第一个（混合）集成电路（IC）及其发明者杰克﹒基尔比（JackKilby）(1923年11月8日－2005年6月20日)2000年获得诺贝尔奖。;第一个单片集成电路及其发明者罗伯特﹒诺伊斯(RobertNoyce)1927年12月-1990年6月3;详细请查阅：/AMuseum/ic/index_02_07_01.html;集成电路的制造工艺

1.热氧化；

2.掩膜版和光刻；

3.刻蚀；

4.扩散;

5.离子注入;

6.金属化、键合和封装。;PN结二极管制造过程;制造PN结二极管;制造PN结二极管;制造PN结二极管;制造PN结二极管;第一章—固体晶格结构;第一章 固体晶格结构;问题：为什么要研究半导体材料？;1.1半导体材料;半导体体系;半导体材料的研究历程：

第一代：硅（Si）、锗(Ge)

第二代：砷化镓（GaAs）???磷化铟（InP）

第三代：氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、金刚石;元素半导体，如硅（Si）、锗(Ge)

化合物半导体，如砷化镓（GaAs）、;1.2固体类型;单晶：整个晶体主要由原子或离子的一种排列方式贯穿始终,

常用的半导体材料锗(Ge)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)都是单晶。

多晶：由许多小晶粒杂乱的堆积而成,如各种金属材料和电子陶瓷材料。（晶界分离）。;1.3空间晶格;原胞;1.3.2基本的晶体结构;1.3.3晶面和密勒指数;(1)平面截距：3，2，1

(2)平面截距的倒数：1/3，1/2，1

(3)倒数乘以最小公分母：2，3，6

平面用(236)标记，这些整数称为密勒指数。;(100) (110) (111)

同类晶面：记为{hkl}如{100}表示：;晶体结构-晶向;注：在立方晶系中，晶列指数和晶面指数相同的晶向和晶面之间是互相垂直的。如[100]⊥(100),[111]⊥(111);1.3.4金刚石结构;1.3.4金刚石结构;Ge、Si是金刚石构。

2、铅（闪）锌矿结构：由两种不同原子组成的面心立方，沿空间对线方向平移1/4对角线长度套构而成。;1.4原子价键;1.4原子价键

(2)共价键与共价晶体：(H2共用电子对)

Si、Ge某元素半导体由同一种原子构成，无负电性差，而是由一对自旋相反的配位价电子结合，其电子云在电子间相互重叠具有较高密度，则带正电的原子实和带负电的电子相互吸引将原子结合形成共价晶体。

共价晶体的特征:(a)方向性；(b)饱和性。;（3）金属键：Ⅰ族元素对价电子的束缚能力较弱，在结合成晶体时，

原先属于各个原子的价电子不再束缚于某一个原子而为所有原子所共用，价电子可以在整个晶体运动，称为“电子气”，带负电的电子气和带正电的原子实之间的为库仑力所形成的结合称为金属键。;1.5晶体中的缺陷和杂质;1.5.2固体中的杂质

晶体中的杂质：晶体中可能出现外来原子，即除半导体材料元素之外的其它元素。

杂质的存在方式：;掺 杂：为了改变导电性而向半导体材料中加入杂质的技术称为掺杂。;1.6半导体材料的生长;1.6半导体材料的生长;1.7小结;作 业;第二