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微电子基本概念30问（1）Si的晶体结构是简单晶格、还是复式晶格？Si的晶格振动模式？: {2 {/ ~, j0 R 3 ?9 T6 g2 L1 m9 y4 ] ! N v2 S# Y U K??G/ Y. a1 f$ J4 L9 B) \4 @正解：Si晶体虽然是由一种原子（Si原子）构成的，但是其中却存在两种所处环境不同的原子。因为Si是共价键晶体，每一个Si原子的周围有4个按照正四面体分布的Si原子；处于正四面体中心的原子与处于顶角上的原子是不同的（共价键的取向不同），所以Si晶格应该看成是由两种原子构成的复式晶格。每一个原胞中有两个原子，于是Si的晶格振动模式也有两种——声学波和光学波。（2）Si禁带宽度的温度系数为负，产生的原因？ : E+ K??C/ ^3 H正解：能带理论给出的是晶体原子和电子处于一定位置时、电子的能量状态，则能带以及禁带的宽度是由原子排列所形成的周期性势场所决定的，与电子的运动能量无关。只有在讨论电子如何填充能带中的能级时，才需要考虑电子能量的高低（能量高者即可填充较高的能级，能量低者就只能填充较低的能级）。2 Z2 ~. s9 e% Q( M2 E) C( [7 g G因为能带（容许带）可以认为是由原子能级展宽而形成的（～緊束缚近似），则当温度升高时，体积发生热膨胀，使晶体原子间距增大，将导致能带（容许带）宽度减小、禁带宽度增大，于是禁带宽度具有正的温度系数。某些半导体的禁带宽度确实是正的温度系数，例如HgTe和PbTe等的禁带宽度就是如此。2 @$ a7 l+ W1 I5 f) d但是实验表明，Si、Ge禁带宽度的温度系数的确为负。若采用热膨胀影响能带宽度的概念来解释的话就出现了矛盾。这主要是由于在Si、Ge半导体中，并不是一条原子能级就对应于一个扩展而成的能带（存在sp3杂化的缘故），使得情况变得很复杂，故导致了矛盾的产生；根据电子sp3杂化的定态能量与原子间距的关系，即可得知禁带宽度随温度的升高是变窄的。（3）n型半导体中的电子多、空穴少，但为什么是电中性的？8 _ y* l??\7 z# R4 F4 @5 J 正解：半导体中的载流子主要有两种来源，即掺杂（掺入施主或者受主）和热激发。在一般情况下，热激发（即本征激发）产生出来的载流子浓度较小，除非在较高温度下才有大量的本征载流子（变成为本征半导体）。 \# L, e- B7 L# Z @7 F K5 g z+ q7 [对于n型半导体，其中的多数载流子——电子主要是掺杂所提供的，极少量是由热激发产生的；并且热激发产生的载流子是电子、空穴成对出现。例如，Si掺入施主浓度为1017cm-3时，室温下热激发产生的电子和空穴的浓度仅分别约为104cm-3。这就是说，n型半导体中的大量电子，基本上都是由施主提供的，少量的电子与空穴（少数载流子）同时产生。由于每一个施主原子在提供一个带负电的电子载流子的同时，本身就变成了带正电荷的离子（即为电离施主中心），因此，不管n型半导体中有多少电子，每一个电子都有一个电离施主中心与之相对应，保持为电中性，从而整个n型半导体并不呈现出多余的负电荷。8 W9 {+ r! b8 ~（4）什么是本征半导体？ 1 G. L2 k7 o ~: V- T* i)5 N??z! ^$ Z1 |% d+ w+ x*4 ~6 ^, v- P( a. v! A$ W% I正解：实际上，电阻率很高的半导体，不一定都是本征半导体。# F; v7 X5 e9 t首先要搞清楚本征半导体的实质。凡是两种载流子都对导电起同样作用的半导体，就称为本征半导体。因此，平衡电子浓度和平衡空穴浓度相等的半导体，即为本征半导体；从而本征半导体的条件是：no=po=ni。1 t% u: I) T9 \2 D4 k$ M* ?! e) ?可见，未掺杂的半导体确实是本征半导体，但是掺杂半导体在高温下也可以转变为本征半导体。因为多数载流子主要是由掺杂提供的，则在杂质全电离时，多数载流子浓度基本上不随温度变化；又因为少数载流子完全是由本征激发所产生的，而本征激发是一种热激发过程，产生的少数载流子浓度将随温度指数式增加。所以，当温度升高到某一定程度时，少数载流子浓度就将等于多数载流子浓度，这时半导体就变成了本征半导体，但是这种本征半导体的导电性很好。8 ^3 I: c+ l s3 }* s- } 此外，未掺杂的本征半导体，因为载流子都是由热激发产生的，则在室温下数量很少，其电阻率确实很高。然而若同时掺有大量施主和受主的所谓补偿半导体，由于杂质的补偿（抵消）作用，使得有效的多数载流子浓度很少（等于两种杂质浓度的差），所以这时半导体也将具有很高的电阻率，但这决不是本征半导体。5 A. i* o9 @ u5 b9 @% N*