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第2章 半导体材料和工艺化学品 第2章 半导体材料和工艺化学品 第2章主要内容 第2章主要内容 微电子器件制作常用的半导体材料性质 微电子器件制作常用的半导体材料性质 微电子器件制作常用的化学品 微电子器件制作常用的化学品 2.1 原子结构 2.1 原子结构 玻尔原子： 玻尔原子： 玻尔原子模型 玻尔原子模型 电子轨道 电子轨道 价电子 价电子 2.2 元素周期表 2.2 元素周期表 2.3 电传导 2.3 电传导 电导率 定义及单位 电导率 定义及单位 电阻率 定义及单位 电阻率 定义及单位 2.4 绝缘体和电容器 2.4 绝缘体和电容器 绝缘体： 原子核对轨道电子具有强大的束 绝缘体： 原子核对轨道电子具有强大的束 缚作用 缚作用 电容器的结构与电容的表达式 电容器的结构与电容的表达式 体电阻与材料尺寸 体电阻与材料尺寸 2.5 本征半导体 2.5 本征半导体 本征半导体 纯净的能反映材料本身性质的半导体材料。 可以是元素半导体，如；Si、Ge；也可以是化合物半导 体，如GaAs、GaP等。9-10个9的纯硅，电阻率达 250000 Ω.cm 本征半导体没有杂质和缺陷的半导体。在绝对零度时，价 带中所有量子态都被电子占据，而导带中所有量子态都是 空的。当温度大于零度时，就会有电子从价带由于本征激 发跃迁至导带，同时在价带中产生空穴。由于电子和空穴 是成对产生的，导带中电子的浓度n0应等于价带中空穴的浓 度p0 ，即有： n0 =p0 ； n0 =p0 =(NcNv)1/2 exp(-Eg/2kT) = ni Nc、Nv 是导带底和价带顶的有效状态密度； k是波耳兹曼常数；T为温度；Eg是禁带宽度； 2.6 掺杂半导体 2.6 掺杂半导体 掺杂半导体：有意识的将特定的非本体元 掺杂半导体：有意识的将特定的非本体元 素加入到半导体材料中，能显著改变材料 素加入到半导体材料中，能显著改变材料 性质，特别是导电性。如N型硅，掺入V族 性质，特别是导电性。如N型硅，掺入V族 元素—磷P、砷As 、锑Sb；P型硅，掺入III 元素—磷P、砷As 、锑Sb；P型硅，掺入III 族元素—镓Ga、硼B等等 族元素—镓Ga、硼B等等 通过掺杂可以精确控制电阻率 通过掺杂可以精确控制电阻率 可以控制电子或空穴为主的导电 可以控制电子或空穴为主的导电 半导体的性质 半导体的性质 杂质对半导体的电阻率的影响很显著。如在纯硅中 加入百万分之一的硼，硅的电阻率就从2.14E5欧 姆·厘米减小到约0.4欧姆·厘米。杂质对半导体导电 能力的改变起着决定性作用，这就是我们能用半导 体材料来制造晶体管和集成电路的主要依据。 半导体电阻率的变化灵敏地依赖于温度的变化。随 着温度升高，半导体电阻率减小，如温度从室温升 高