半导体器件电子学-Ch1.ppt

半导体器件电子学 北京工业大学电控学院 2006年9月 《半导体器件电子学》课程大纲 第一章 现代半导体材料晶体结构和特性（10学时） §1.1半导体的基本特性与常见半导体材料 §1.2 新型宽带半导体材料的特性 §1.3 Si材料的SOI结构特性 §1.4半导体材料的压电特性 第二章 载流子输运特性及非平衡态（14学时） §2.1 体材料半导体载流子的性质及电流密度 §2.2 小尺寸下半导体材料中迁移率退化和速度饱和 §2.3 器件的小尺寸带来的热问题 §2.4 小尺寸下的量子效应 §2.5 小尺寸器件中的量子力学机理 §2.6 二维电子气的输运 §2.7 调制掺杂结构和场效应晶体管 §2.8 强磁场中的二维电子气 §2.9 掺杂对输运特性的影响 第三章 半导体结特性的电子学分析（6学时） §3.1 PN结的模型 §3.2求解空间电荷区的近似解析模型 二、常见的半导体材料 构成半导体材料的主要元素及其在元素周期表中的位置 元素半导体 Si：是常用的元素半导体材料，是目前最为成熟的材料，广泛用于VLSI。 Ge：早期使用的半导体材料。 化合物半导体 Ⅲ-Ⅴ族化合物（AIIIBV） Ⅲ-Ⅴ：Al，Ga，In —— P，As，N，Sb（碲） GaAs、InP、GaP、InAs、GaN等。 Ⅱ-Ⅵ 族化合物（AIIBVI） Ⅱ－Ⅵ：Zn，Cd，Hg —— S，Se，Te ZnO、ZnS、TeCdHg等 Ⅵ-Ⅵ 化合物（AIVBiV） SiGe、SiC。 混合晶体构成的半导体材料 ◆两种族化合物按一比例组成，如 xAⅢCⅤ+(1-x)BⅢCⅤ， xAⅡCⅥ+(1-x)BⅡCⅥ，SixGe1-x， 能带工程：由于可能通过选取不同比例的x，而改变混晶的物理参数(禁带宽度， 折射率等)，这样人们可以根据光学或电学的需要来调节配比x。 通过调节不同元素的组分，才能实现禁带宽度的变化。在光电子、微电子方面有很重要的作用。 三、常见半导体的结构类型 ◆金刚石结构：Si、Ge ◆闪锌矿结构：GaAs、InP、InAs、InSb、AlP、 AlSb、CdTe ◆纤锌矿结构：GaN、AlN、SiC ◆闪锌矿结构 ◆纤锌矿结构 立方晶第一布里渊区－－截角八面体 Wurtzite crystal structure Energy gaps, Eg 3.47 eV 0 K 3.39 eV 300 K Energy gaps, Eg, dir 3.503 (2) eV 1.6 K; photoluminescence, from excitonic gap adding the exciton binding energy 3.4751(5) eV 1.6 K; A-exciton (transition from Γ9v) 3.4815(10) eV 1.6 K; B-exciton (transition from upperΓ7v) 3.493 (5) eV 1.6 K; C-exciton (transition from lower Γ7v) 3.44 eV 300K; temperature dependence below 295 K given by: Eg(T) - Eg(0) = - 5.08 x 10-4 T2/(996 - T), (T in K) .Electron affinity 4.1 eV 300 K Conduction band Energy separation between? Γ valley and M-L valleys 1.1 ~ 1.9 eV 300 K Energy separation between? M-L-valleys degeneracy 6 eV 300 K? Energy separation between???Γ valley and A valleys 1.3 ~ 2.1 eV 300 K? Energy separation between???A-valley degeneracy 1 eV300 K?also The energy separations between the Γ9 state and t