半导体器件物理_2.ppt

（1）带与带之间的产生和复合过程 光子 电流 时间 经过1个载流子寿命τ后，电流下降到初始值的1/e。 第一节 固体的晶体结构 学习要点： 1. 了解半导体材料及其特点； 2. 认识固体材料的三种主要结构类型； 3. 理解几种基本的晶体结构以及晶向、晶面的概念； 4. 了解不同固体材料中原子价键的区别； 5. 熟悉晶体材料中的主要缺陷与杂质； 6. 了解半导体单晶材料的主要生长方法； 。 半导体材料在元素周期表中主要位于第四主族，例如锗 (Ge)、硅（Si）等元素，或者也可以是由第三主族与第五主族 元素构成的化合物材料，例如砷化镓（GaAs）材料等。 半导体材料的主要特征： （1）电导率介于导体和绝缘体之间； （2）电导率随温度的升高而增大； （3）电导率随掺杂或光照等外界因素的改变而发生 很大程度的变化。 半导体材料的分类 （2）化合物半导体：由两种或两种以上不同元素构 成的半导体材料，例如砷化镓（GaAs）、磷化铟 （InP）、碳化硅（SiC）、铝镓砷（AlGaAs）等。 化合物半导体材料又可进一步划分为： 二元化合物半导体材料：GaAs等； 三元化合物半导体材料：AlxGa1-xAs等； 四元化合物半导体材料：In1-xGaxAs1-yPy等； （1）元素半导体：完全由同一种元素构成的半导体 材料，例如硅（Si）、锗（Ge）等。 （2）多晶：长程无序，短程有序（团体有序，成百 上千个原子的尺度，每个晶粒的尺寸通常是在微米的 量级）； （1）单晶：长程有序（整体有序，宏观尺度，通常 包含整块晶体材料，一般在毫米量级以上）； （3）非晶：基本无序（局部、个体有序，仅限于微 观尺度，通常包含几个原子或分子的尺度，即纳米量 级，一般只有十几埃至几十埃的范围） 非晶 单晶 多晶 晶格（Lattice）：晶体中原子的周期性排列情况，分 为简单晶格和复式晶格两大类。 格点（Lattice point）：晶格中用来表示原子阵列的点； 晶胞（Unit cell）：也称为单胞，通常是以格点为顶 点、以三个独立方向上的周期为边长所构成的平行六 面体。它是晶体中的一个小的单元，可以用来不断重 复，从而得到整个晶体，通常能够反映出整块晶体所 具有的对称性； 基矢（Basis vector）：即晶胞的三个相互独立的边矢 量。 上图是一个一般意义上的三维晶胞示意图，a、b、c是三个独立的基矢。 立方 体心立方 面心立方 [100] 晶向 (100) 晶面 [110] 晶向 (110) 晶面 [111] 晶向 (111) 晶面 AFM 照片 点缺陷： 空位； 间隙原子； 位错（线缺陷） 棱位错； 螺旋位错； 层错（面缺陷） 该硅单晶锭长1米，直径300毫米，重量达140千克 其纯度已达到百亿分之一 籽晶直拉法（CZ法 电子和空穴的概念 电子在晶体中的运动 晶体中的电子对于外电场的响应 绝对零度下的晶体 硅的原子结构 绝对零度下的晶体 温度升高时的晶体 空穴 E 导带 禁带 Eg：3.5-6.0 eV --〉绝缘体 Eg：1.0-3.5 eV --〉半导体 Eg：0 eV --〉导体 Eg 导带 禁带 由量子效应，E，k守恒决定的 晶体中的电子遵循费米－狄拉克统计分布规律。 电子处在能量为E状态的几率： EF是费米能级 在晶体中，电子浓度与其能量的关系为： 因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合 光的能量产生电子-空穴对 光子 电子和空穴的复合产生光子