(施敏)半導體器件物理(詳盡版)ppt.ppt

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1、第1章半導體特性1.1半導體的晶格結(jié)構(gòu)1.2半導體的導電性1.3半導體中的電子狀態(tài)和能帶1.4半導體中的雜質(zhì)與缺陷1.5載流子的運動1.6非平衡載流子1.7習題?半導體材料的晶格結(jié)構(gòu)?電子和空穴的概念?半導體的電性能和導電機理?載流子的漂移運動和擴散運動?非平衡載流子的產(chǎn)生和復合●——本章重點半導體的晶格結(jié)構(gòu)1.1電阻率介于導體和絕緣體之間。導體（電阻率小于10-8Ω·m），絕緣體（電阻率大于106Ω·m）。半導體五種常見的晶格結(jié)構(gòu)●簡單立方結(jié)構(gòu)●體心立方結(jié)構(gòu)●面心立方結(jié)構(gòu)●金剛石結(jié)構(gòu)●閃鋅礦結(jié)構(gòu)晶體自然界中存在的固體材料，按其結(jié)構(gòu)

2、形式不同，可以分為晶體（如石英、金剛石、硫酸銅等）和非晶體（玻璃、松香、瀝青等）。釙(Po)晶體的原子按一定規(guī)律在空間周期性排列，稱為晶格。體心立方結(jié)構(gòu)鈉（Na）鉬（Mo）鎢（W）面心立方結(jié)構(gòu)鋁（Al）銅（Cu）金（Au）銀（Ag）金剛石結(jié)構(gòu)硅（Si）鍺（Ge）由兩個面心立方結(jié)構(gòu)沿空間對角線錯開四分之一的空間對角線長度相互嵌套而成。大量的硅（Si）、鍺（Ge）原子靠共價鍵結(jié)合組合成晶體，每個原子周圍都有四個最鄰近的原子，組成正四面體結(jié)構(gòu)，。這四個原子分別處在正四面體的四個頂角上，任一頂角上的原子各貢獻一個價電子和中心原子的四個價電子

3、分別組成電子對，作為兩個原子所共有的價電子對。閃鋅礦結(jié)構(gòu)砷化鎵（GaAs）磷化鎵(GaP)硫化鋅(ZnS)硫化鎘(CdS)元素半導體化合物半導體硅（Si）鍺（Ge）Ⅲ族元素[如鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)]和Ⅴ族元素[如磷(P)、砷(As)、銻(Sb)]合成的Ⅲ-Ⅴ族化合物都是半導體材料假使體心結(jié)構(gòu)的原子是剛性的小球，且中心原子與立方體八個角落的原子緊密接觸，試算出這些原子占此體心立方單胞的空間比率。例1-1解練習假使面心結(jié)構(gòu)的原子是剛性的小球，且面中心原子與面頂點四個角落的原子緊密接觸，試算出這些原子占此面心立方單胞的空間比

4、率。解例1-2硅（Si）在300K時的晶格常數(shù)為5.43?。請計算出每立方厘米體積中硅原子數(shù)及常溫下的硅原子密度。（硅的摩爾質(zhì)量為28.09g/mol）解晶體的各向異性沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不盡相同，由此導致晶體在不同方向的物理特性也不同。晶體的各向異性具體表現(xiàn)在晶體不同方向上的彈性膜量、硬度、熱膨脹系數(shù)、導熱性、電阻率、電位移矢量、電極化強度、磁化率和折射率等都是不同的。在ACC’A’平面內(nèi)有六個原子，在ADD’A’平面內(nèi)有五個原子，且這兩個平面內(nèi)原子的間距不同。晶面指數(shù)（密勒指數(shù)）常用密勒指數(shù)來標志晶向的不

5、同取向。密勒指數(shù)是這樣得到的：（1）確定某平面在直角坐標系三個軸上的截點，并以晶格常數(shù)為單位測得相應的截距；（2）取截距的倒數(shù)，然后約簡為三個沒有公約數(shù)的整數(shù)，即將其化簡成最簡單的整數(shù)比；（3）將此結(jié)果以“（hkl）”表示，即為此平面的密勒指數(shù)。如圖，晶面ACC’A’在坐標軸上的截距為1，1，∞，其倒數(shù)為1，1，0，此平面用密勒指數(shù)表示為（110），此晶面的晶向（晶列指數(shù)）即為[110]；晶面ABB’A’用密勒指數(shù)表示為（）；晶面D’AC用密勒指數(shù)表示為（）。100111練習試求ADD’A’的密勒指數(shù)。晶列指數(shù)——晶向指數(shù)任何兩個原

6、子之間的連線在空間有許多與它相同的平行線。一族平行線所指的方向用晶列指數(shù)表示晶列指數(shù)是按晶列矢量在坐標軸上的投影的比例取互質(zhì)數(shù)[111]、[100]、[110]晶面指數(shù)（密勒指數(shù)）任何三個原子組成的晶面在空間有許多和它相同的平行晶面一族平行晶面用晶面指數(shù)來表示它是按晶面在坐標軸上的截距的倒數(shù)的比例取互質(zhì)數(shù)(111)、(100)、(110)相同指數(shù)的晶面和晶列互相垂直。1.2半導體的電性能溫度與半導體半導體的電導率隨溫度升高而迅速增加。金屬電阻率的溫度系數(shù)是正的（即電阻率隨溫度升高而增加，且增加得很慢）；半導體材料電阻率的溫度系數(shù)都是

7、負的（即溫度升高電阻率減小，電導率增加，且增加得很快）。對溫度敏感，體積又小，熱慣性也小，壽命又長，因此在無線電技術、遠距離控制與測量、自動化等許多方面都有廣泛的應用價值。熱敏電阻雜質(zhì)與半導體雜質(zhì)對半導體材料導電能力的影響非常大。例如，純凈硅在室溫下的電阻率為2.14×107Ω·m，若摻入百分之一的雜質(zhì)（如磷原子），其電阻就會降至20Ω·m。雖然此時硅的純度仍舊很高，但電阻率卻降至原來的一百萬分之一左右，絕大多數(shù)半導體器件都利用了半導體的這一特性。光照與半導體光照對半導體材料的導電能力也有很大的影響。例如，硫化鎘（CdS）薄膜的暗電

8、阻為幾十兆歐，然而受光照后，電阻降為幾十千歐，阻值在受光照以后改變了幾百倍。成為自動化控制中的一個重要元件。光敏電阻其他因素與半導體除溫度、雜質(zhì)、光照外，電場、磁場及其他外界因素（如外應力）的作用也會影響半導體材料的導電能力。硅（Si