尼曼半导体物理与器件（课堂PPT）.ppt

高等半导体物理与器件第一章 固体晶格结构;课程讲授者：张旭琳 办公室：南区电子大楼912 联系电话：0755E-mail：zxlin@szu.edu.cn;课程概论;教材与参考资料; 第一章 固体晶体结构 第二章 量子力学初步 第三章 固体量子理论初步 第四章 平衡半导体 第五章 载流子输运现象 第六章 半导体中的非平衡过剩载流子 第七章 pn结 第八章 pn结二极管 第九章 金属半导体和半导体异质结 第十章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础 第十一章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管：概念深入 第十二章 双极晶体管 第十三章 结型场效应晶体管 第十四章 光器件 第十五章 半导体功率器件;第一章 固体晶格结构;§1.1 半导体材料;元素半导体与化合物半导体;§1.2 固体类型;§1.3 空间晶格;晶胞（单胞）：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；是可以复制出整个晶体的一小部分晶体，通常能够反映出整块晶体所具有的对称性。 原胞：可以复制得到整个晶格的最小单元。;晶胞和晶格的关系用矢量 、 、 表示，三个矢量可不必互相垂直，长度可以不相等，基矢长度称为晶格常数 。 每个等效格点可用下述矢量表示 其中，p、q、s为整数。;立方晶系基本的晶体结构： 常见的三个基本的立方结构（1）简单立方结构（sc）（2）体心立方结构（bcc）（3）面心立方结构（fcc）;简立方结构 Simple Cubic 每个顶角有一个原子;面心立方结构 Face Centered Cubic 简立方的六个面的中心各有一个原子;晶面：晶格的格点还可以看成分列在平行等距的平面系上，这样的平面称为晶面。;由于不同平面的原子空间不同；因此，沿不同平面的晶体特性并不同，电学及其他器件特性与晶体方向有重要关联。 米勒指数：用以描述晶面的一组整数。可由下列步骤确定： 找出平面在三坐标轴上的截距p、q、s（以晶格常数为单位）； 取这三个截距倒数，将其化简成为最简单的整数比， ； h、k、l为互质的整数，以（hkl）来标志该晶面，称为米勒指数。 例1.2：描述右图所示的平面（图中只标出了三个轴上 的格点）。;等效晶面 立方晶体有6个不同侧面，由于晶格对称性，晶体在这些晶面的性质完全相同，统称等效晶面，写成{100}； 对角面共有6个，统称这些对角面时，写成{110}； 顶对角面共有8个，统称这些顶对角面时，写成{111}。;例1.3：计算一个晶体中特定平面的原子面密度。 如图（a）所示的体心立方结构，和如图（b） 所示的（110）平面，a1=5?。 解：每个晶面的原子个数为 1/4×4+1=2 原子面密度： 面密度=（2个原子）/[a1×(a1√2)] =5.66×1014个原子/cm2;晶向 晶体的一个基本特点是具有方向性，沿晶体的不同方面晶体的性质不同。 晶格的格点，可以看成分列在一系列 相互平行的直线系上，这些直线系 称为晶列。 同一个格子可形成方向不同的晶列， 每个晶列定义一个方向，该方向称为 晶向， 晶向用晶向指数标记。;晶向指数的确定：如果沿着某一晶向，从一个原子到最近的原子的位移矢量为： ，则该晶向就用l1、l2、l3来标志，写成[l1 l2 l3]。标志晶向的这组数称为晶向指数l1 l2 l3 。;§1.4 金刚石结构;铅锌矿（闪锌矿）结构（GaAs）：与金刚石晶格结构类似，只是两个相互套构的面心立方副晶格中的组成原子不同，其中一个副晶格为III族原子（Ga），另一个副晶格为V族原子（As）。;§1.5 原子价键;硅材料中共价键形成示意图;§1.6 固体中的缺陷与杂质;（1）点缺陷;（2）线缺陷;（3）面缺陷;晶体中与本体原子不同的元素的原子均称为杂质。 ◆来源：有可能是材料制备或器件制造工艺过程中的沾污，也有可能来源于人为的引入，用以控制其电学及其它特性。 ◆杂质在半导体中存在方式：间隙式和替位式。 间隙式杂质：位于本体原子晶格间隙中，这类杂质原子半径较小，如H、Li；;替位式杂质：取代本体原子位置，处于晶格点上；这类杂质原子价电子壳层结构接近本体原子，如Ⅲ、Ⅴ族在Si、Ge（Ⅵ族）中的情况，Ⅱ、Ⅵ族在Ⅲ-Ⅴ化合物中。;◆杂质原子激活： 人为引入的杂质原子， 只有处于替位式时，才能激活，起到改变和控制半导体材料导电