1、半導(dǎo)體物理與器件第1頁，共28頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)54分，星期二1緒論什么是半導(dǎo)體按固體的導(dǎo)電能力區(qū)分，可以區(qū)分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體 表1.1 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的電阻率范圍材料導(dǎo)體半導(dǎo)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(diǎn)54分，星期二2緒論 半導(dǎo)體具有一些重要特性，主要包括：溫度升高使半導(dǎo)體導(dǎo)電能力增強(qiáng)，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(yīng)地降低50%左右微量雜質(zhì)含量可以顯著改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力 以純硅中每100萬個(gè)硅原子摻進(jìn)一個(gè)族雜質(zhì)（比如磷）為例，這時(shí) 硅的純度仍高達(dá)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(dāng)波長的光照可以改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力 如在絕緣襯底上制備的硫化鎘(CdS)薄膜，無光照時(shí)的電阻為幾十M，當(dāng)受光照后電阻值可以下降為幾十K此外，半導(dǎo)體的導(dǎo)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(diǎn)54分，星期二31.1半導(dǎo)體材料元素半導(dǎo)體（Si、 Ge）化合物半導(dǎo)體（雙元素，三元素等）第4頁，共28頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)54分，星期二41.2固體類型 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)一、晶體的基本知識(shí) 長期以來將固體分為：晶體和非晶體。晶體的基本特點(diǎn)： 具有一定的外形和固定的熔點(diǎn)，組成晶體的原子（或離子

3、）在較大的范圍內(nèi)（至少是微米量級(jí)）是按一定的方式有規(guī)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(diǎn)54分，星期二51.2固體類型 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)晶體又可分為：單晶和多晶。單晶：指整個(gè)晶體主要由原子(或離子)的一 種規(guī)則排列方式所貫穿。常用的半導(dǎo)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(jī)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(diǎn)54分，星期二61.2固體類型 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu) 非晶（體）的基本特點(diǎn)： 無規(guī)則的外形和固定的熔點(diǎn)，內(nèi)

4、部結(jié)構(gòu)也不存在長程有序，但在若干原子間距內(nèi)的較小范圍內(nèi)存在結(jié)構(gòu)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(diǎn)54分，星期二71.2固體類型 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)非晶體（無定型）多晶單晶第8頁，共28頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)54分，星期二81.3空間晶格 晶體是由原子周期性重復(fù)排列構(gòu)成的，整個(gè)晶體就像網(wǎng)格，稱為晶格，組成晶體的原子(或離子)的重心位置稱為格點(diǎn)，格點(diǎn)的總體稱為點(diǎn)陣。第9頁，共28頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)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(fù)制成整個(gè)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(diǎn)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(guān)系第11頁，共28頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)54分，星期二111.3空間晶格1.3.2 基本晶體結(jié)構(gòu)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(diǎn)54分，星期二121.3空間晶格晶面與密勒指數(shù)1、晶面表示方法：(1)平面截距：3，2，1(2)平面截距的倒數(shù)：1/3，1/2，1(3) 倒數(shù)乘以最小公分母：2，3，6平面用(236)標(biāo)記，這些整數(shù)稱為密勒指數(shù)。晶面可用密勒指數(shù)（截距的倒數(shù)）來表示：

6、(hkl)第13頁，共28頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)54分，星期二131.3空間晶格晶面與密勒指數(shù)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(diǎn)54分，星期二141.3空間晶格晶面與密勒指數(shù)體心立方結(jié)構(gòu)(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(diǎn)54分，星期二151.3空間晶格晶面與密勒指數(shù)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(diǎn)54分，星期二161.3空間晶格 1.3.4 金剛石結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)第17頁，共28頁，2022年，5月2

7、0日，1點(diǎn)54分，星期二171.3空間晶格金剛石結(jié)構(gòu)四面體結(jié)構(gòu)第18頁，共28頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)54分，星期二181.3空間晶格金剛石結(jié)構(gòu)金剛石晶格第19頁，共28頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)54分，星期二191.3空間晶格金剛石結(jié)構(gòu)閃鋅礦結(jié)構(gòu)（GaAs）不同原子構(gòu)成的四面體第20頁，共28頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)54分，星期二201.3空間晶格金剛石結(jié)構(gòu)第21頁，共28頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)54分，星期二211.4原子價(jià)鍵離子鍵（NaCl庫侖力）共價(jià)鍵 (H2共用電子對(duì))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(nèi)非健結(jié)合的力）第22

8、頁，共28頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)54分，星期二221.4原子價(jià)鍵硅原子和硅晶體第23頁，共28頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)54分，星期二231.5固體中的缺陷和雜質(zhì)晶格振動(dòng)點(diǎn)缺陷（空位和填隙）線缺陷第24頁，共28頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)54分，星期二241.5固體中的缺陷和雜質(zhì)替位式雜質(zhì)填隙式雜質(zhì)第25頁，共28頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)54分，星期二251.5固體中的缺陷和雜質(zhì)摻雜 為了改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電性而向其中加入雜質(zhì)的技術(shù)高溫?cái)U(kuò)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(diǎn)54分，星期二261.6半導(dǎo)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