1、半導體物理與器件第1頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二1緒論什么是半導體按固體的導電能力區分，可以區分為導體、半導體和絕緣體 表1.1 導體、半導體和絕緣體的電阻率范圍材料導體半導體絕緣體電阻率(cm) 10-310-3109109第2頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二2緒論 半導體具有一些重要特性，主要包括：溫度升高使半導體導電能力增強，電阻率下降 如室溫附近的純硅(Si)，溫度每增加8，電阻率相應地降低50%左右微量雜質含量可以顯著改變半導體的導電能力 以純硅中每100萬個硅原子摻進一個族雜質（比如磷）為例，這時 硅的純度仍高達99.9999%，

2、但電阻率在室溫下卻由大約214,000cm降至0.2cm以下適當波長的光照可以改變半導體的導電能力 如在絕緣襯底上制備的硫化鎘(CdS)薄膜，無光照時的電阻為幾十M，當受光照后電阻值可以下降為幾十K此外，半導體的導電能力還隨電場、磁場等的作用而改變第3頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二31.1半導體材料元素半導體（Si、 Ge）化合物半導體（雙元素，三元素等）第4頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二41.2固體類型 半導體的晶體結構一、晶體的基本知識 長期以來將固體分為：晶體和非晶體。晶體的基本特點： 具有一定的外形和固定的熔點，組成晶體的原子（或離子

3、）在較大的范圍內（至少是微米量級）是按一定的方式有規則的排列而成長程有序。（如Si，Ge，GaAs）第5頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二51.2固體類型 半導體的晶體結構晶體又可分為：單晶和多晶。單晶：指整個晶體主要由原子(或離子)的一 種規則排列方式所貫穿。常用的半導體材料鍺(Ge)、硅(Si)、砷化鎵 (GaAs)都是單晶。多晶：是由大量的微小單晶體（晶粒）隨機堆積成的整塊材料，如各種金屬材料和電子陶瓷材料。（晶界分離）第6頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二61.2固體類型 半導體的晶體結構 非晶（體）的基本特點： 無規則的外形和固定的熔點，內

4、部結構也不存在長程有序，但在若干原子間距內的較小范圍內存在結構上的有序排列短程有序 （如非晶硅：a-Si） 第7頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二71.2固體類型 半導體的晶體結構非晶體（無定型）多晶單晶第8頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二81.3空間晶格 晶體是由原子周期性重復排列構成的，整個晶體就像網格，稱為晶格，組成晶體的原子(或離子)的重心位置稱為格點，格點的總體稱為點陣。第9頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二91.3空間晶格1.3.1 晶胞和原胞1、晶胞可以復制成整個晶體的一小部分（基本單元，可以不同）第10頁，共2

5、8頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二101.3空間晶格晶胞和原胞2、原胞可以形成晶體的最小的晶胞 廣義三維晶胞的表示方法：晶胞和晶格的關系第11頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二111.3空間晶格1.3.2 基本晶體結構簡立方sc體心立方bcc面心立方fcc原子體密度第12頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二121.3空間晶格晶面與密勒指數1、晶面表示方法：(1)平面截距：3，2，1(2)平面截距的倒數：1/3，1/2，1(3) 倒數乘以最小公分母：2，3，6平面用(236)標記，這些整數稱為密勒指數。晶面可用密勒指數（截距的倒數）來表示：

6、(hkl)第13頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二131.3空間晶格晶面與密勒指數簡立方晶體的三種晶面 (100) (110) (111) 第14頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二141.3空間晶格晶面與密勒指數體心立方結構(110)晶面及所截的原子原子面密度第15頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二151.3空間晶格晶面與密勒指數2、晶向通過晶體中原子中心的不同方向的原子列hkl第16頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二161.3空間晶格 1.3.4 金剛石結構金剛石結構第17頁，共28頁，2022年，5月2

7、0日，1點54分，星期二171.3空間晶格金剛石結構四面體結構第18頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二181.3空間晶格金剛石結構金剛石晶格第19頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二191.3空間晶格金剛石結構閃鋅礦結構（GaAs）不同原子構成的四面體第20頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二201.3空間晶格金剛石結構第21頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二211.4原子價鍵離子鍵（NaCl庫侖力）共價鍵 (H2共用電子對)金屬鍵 (Na電子海洋)范德華鍵（弱HF 電偶極子存在分子或分子內非健結合的力）第22

8、頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二221.4原子價鍵硅原子和硅晶體第23頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二231.5固體中的缺陷和雜質晶格振動點缺陷（空位和填隙）線缺陷第24頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二241.5固體中的缺陷和雜質替位式雜質填隙式雜質第25頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二251.5固體中的缺陷和雜質摻雜 為了改變半導體的導電性而向其中加入雜質的技術高溫擴散度離子注入50kev損傷與退火第26頁，共28頁，2022年，5月20日，1點54分，星期二261.6半導體材料的生長直拉單晶法（Czochralski方法）外延生長：在單晶襯底表面生長一層薄單晶的工藝第2