(施敏)半導(dǎo)體器件物理(詳盡版)ppt.ppt

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1、第1章半導(dǎo)體特性1.1半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)1.2半導(dǎo)體的導(dǎo)電性1.3半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶1.4半導(dǎo)體中的雜質(zhì)與缺陷1.5載流子的運(yùn)動(dòng)1.6非平衡載流子1.7習(xí)題?半導(dǎo)體材料的晶格結(jié)構(gòu)?電子和空穴的概念?半導(dǎo)體的電性能和導(dǎo)電機(jī)理?載流子的漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)?非平衡載流子的產(chǎn)生和復(fù)合●——本章重點(diǎn)半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)1.1電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間。導(dǎo)體（電阻率小于10-8Ω·m），絕緣體（電阻率大于106Ω·m）。半導(dǎo)體五種常見(jiàn)的晶格結(jié)構(gòu)●簡(jiǎn)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(chēng)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(gè)面心立方結(jié)構(gòu)沿空間對(duì)角線錯(cuò)開(kāi)四分之一的空間對(duì)角線長(zhǎng)度相互嵌套而成。大量的硅（Si）、鍺（Ge）原子靠共價(jià)鍵結(jié)合組合成晶體，每個(gè)原子周?chē)加兴膫€(gè)最鄰近的原子，組成正四面體結(jié)構(gòu)，。這四個(gè)原子分別處在正四面體的四個(gè)頂角上，任一頂角上的原子各貢獻(xiàn)一個(gè)價(jià)電子和中心原子的四個(gè)價(jià)電子

3、分別組成電子對(duì)，作為兩個(gè)原子所共有的價(jià)電子對(duì)。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(dǎo)體化合物半導(dǎo)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(dǎo)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(gè)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(xí)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(diǎn)四個(gè)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(shí)的晶格常數(shù)為5.43?。請(qǐng)計(jì)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(dǎo)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(dǎo)熱性、電阻率、電位移矢量、電極化強(qiáng)度、磁化率和折射率等都是不同的。在ACC’A’平面內(nèi)有六個(gè)原子，在ADD’A’平面內(nèi)有五個(gè)原子，且這兩個(gè)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(lái)標(biāo)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(biāo)系三個(gè)軸上的截點(diǎn)，并以晶格常數(shù)為單位測(cè)得相應(yīng)的截距；（2）取截距的倒數(shù)，然后約簡(jiǎn)為三個(gè)沒(méi)有公約數(shù)的整數(shù)，即將其化簡(jiǎn)成最簡(jiǎn)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(biāo)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(xí)試求ADD’A’的密勒指數(shù)。晶列指數(shù)——晶向指數(shù)任何兩個(gè)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(biāo)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(gè)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(lái)表示它是按晶面在坐標(biāo)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(dǎo)體的電性能溫度與半導(dǎo)體半導(dǎo)體的電導(dǎo)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(dǎo)體材料電阻率的溫度系數(shù)都是

7、負(fù)的（即溫度升高電阻率減小，電導(dǎo)率增加，且增加得很快）。對(duì)溫度敏感，體積又小，熱慣性也小，壽命又長(zhǎng)，因此在無(wú)線電技術(shù)、遠(yuǎn)距離控制與測(cè)量、自動(dòng)化等許多方面都有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。熱敏電阻雜質(zhì)與半導(dǎo)體雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體材料導(dǎo)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(huì)降至20Ω·m。雖然此時(shí)硅的純度仍舊很高，但電阻率卻降至原來(lái)的一百萬(wàn)分之一左右，絕大多數(shù)半導(dǎo)體器件都利用了半導(dǎo)體的這一特性。光照與半導(dǎo)體光照對(duì)半導(dǎo)體材料的導(dǎo)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(dòng)化控制中的一個(gè)重要元件。光敏電阻其他因素與半導(dǎo)體除溫度、雜質(zhì)、光照外，電場(chǎng)、磁場(chǎng)及其他外界因素（如外應(yīng)力）的作用也會(huì)影響半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電能力。硅（Si