半导体器件物理(第2版).pptVIP

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半导体物理基础(10学时)

FundamentalofSemiconductorPhysics

(内容要点简述)

1.1半导体晶体结构和缺陷

1.2半导体的能带与杂质能级

1.2.3Si、Ge的能带结构及本征半导体

1.2.4杂质半导体

1.3半导体中的平衡与非平衡载流子

1.3.1导带电子浓度与价带空穴浓度

1.3.2本征载流子浓度与本征费米能级

1.3.3杂质半导体的载流子浓度

1.3.4简并半导体及其载流子浓度

1.3.5非平衡载流子的产生与复合及准费米能级

1.3.6非平衡载流子的寿命与复合理论

1.4半导体中载流子的输运现象

1.4.1载流子的漂移运动与迁移率

1.4.2半导体中的主要散射机构及迁移率与平均自由时间的关系

1.4.3半导体的迁移率、电阻率与杂质浓度和温度的关系

1.5半导体表面

1.5.1半导体表面和表面能级

1.5.2Si-SiO2系统中的表面态与表面处理

1.5.3表面能带弯曲与反型

1.5.4表面复合

第一讲(3学时)

教学目标:掌握金刚石的基本结构、了解晶体结

构晶面、晶向的定义,熟悉缺陷对晶体电学性能

的影响、掌握施主、受主产生机制;

教学重点:缺陷的产生及对晶体电学影响机制;

教学难点:施主、受主形成的机制;

教学方法:讲授法。

1.1半导体的晶体结构和缺陷

1.1.1半导体的晶体结构

晶体:组成粒子在空间排列具有周期性,表现为既长程

有序,又有平移对称性;

非晶体:组成粒子在空间排列没有一定的规则,原则上

属于无序结构,临近的原子相互作用使数原子间距范围

在某些方面表现出一定的特征;

准晶体:组成粒子的排列也呈有序,只是不具有周期性

和平移对称性。

立方晶系主要包括简单立方(sc)、体心立方

晶格(bcc)和面心立方晶格(fcc)。

1.1半导体的晶体结构和缺陷

1.1.2晶体的晶向与晶面

通过布拉菲格子的任意三个不共线的格点可

以做一个平面,该平面包含无数多个周期性分布

的格点,称之为晶面。整个布拉菲格子可以看成

是由无数个相互平行且等距离分布的全同晶面构

成的,这些晶面的总体称为晶面族。所有格点都

处于该晶面族上。同一布拉菲格子中可以存在位

向不同的晶面族。

图1-43(副)不同的晶面族

图1-43晶面指数和面间距

晶向指数的求解

晶向指数实质上是晶向在三个坐标轴上投影的互质整

数,它代表了一族晶列的取向。在晶格中任取一格点

为原点O,以轴矢a、b、c为单位矢建立坐标系

x、y、z;在通过原点的晶列上,求出沿晶向方向上

任一格点的位置矢量h′a+k′b+l′c,将系数(h′,k′,l′)化

为互质整数(h,k,l),即h′∶k′∶l′

=h∶k∶l,则该晶列族的方向就可以h、k、l表示,记

为[hkl]。

•晶刚石结构

晶刚石结构是一种典型的共价键晶体,是由

两个面心子晶格彼此沿立方体空间对角线位移1/4

的长度套构而成。

图1-22晶刚石晶体结构

1.1半导体的晶体结构和缺陷

1.1.3半导体中的缺陷

点缺陷

1.1半导体的晶体结构和缺陷

1.1.3半导体中的缺陷

刃型位错

1.1半导体的晶体结构和缺陷

1.1.3半导体中的缺陷

螺型位错

1.2半导体的能带与杂质能级

1.2.3本征半导体(Intrinsicsemiconductor)

本征半导体:完全纯净的无杂质的且具有晶体结构的半导体。

“本征”——本身特征,即本色(Intrinsic)也!

GermaniunSilicon

制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到

99.9999999%,常称为“九个9”。

它在物理结构上呈单晶体形态。

将硅或锗材料提纯便形成单晶体,

它的原子结构为共价键结构。

Si

共价键

共价键束缚电子

Si

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