半导体物理 课件

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1、主要内容第一章半导体中的电子状态¢半导体的晶格结构和结合性质目的：介绍半导体中的电子状态及其运动规律¢半导体中的电子状态和能带¢半导体中电子的运动有效质量电子状态：¢本征半导体的导电机构空穴晶格结构，原子能级，晶体能带，导电机制¢回旋共振运动规律：¢硅和锗的能带结构电子的速度，加速度以及有效质量，能带理论§1.1半导体的晶格结构和结合性质1elementsemiconductorsPeriodIIIIIIVVVI2BCNO3MgAlSiPS4ZnGaGeAsSe5CdInSnSbTe6HgPbBiGermaniumIntheearly

2、1950s,GewasthemajorsemiconductormaterialSiliconBasiccubic-unitcells1晶向指数共有6个方向•Bodycenteredcubic共有12个方向•Simplecubic–Additionalanatomatthecenter–Hasanatomateach–Sodium钠,tungsten钨corner•Face-centeredcubic立方晶系中的[111]、[100]和共有8个方向–Latticeconstant:a–Additionalanatomateachfac

3、e[110]晶向–Aluminum,copper,goldand–Polonium钋platinum铂22晶面半导体的晶体结构单晶材料的电学特性不仅与其化学组分有关，而且与固体中原子的排列紧密相关，因此必须了解半导体的晶格结构常见半导体晶体结构：•金刚石结构(diamondlattice)：硅（Si），锗(Ge);•闪锌矿结构(zincblendelattice)：砷化镓（GaAs）等;•纤锌矿结构(wurtzitelattice)：硫化镉(CdS)，硫化锌（ZnS）等;{100}，{110}，{111}•氯化钠型结构：硫化铅(PdS

4、),碲化铅（PbTe）等。Atomicconfigurationandchargedistribution1.金刚石结构和共价键硅、锗－IV族元素，核外4个价电子，大量原子依靠共价键组成金刚石结构。NiSi2-Si2NiSi2-Si1每个原子周围有4个最近Si-Si1Si-Si1Si-Si2邻的原子，组成正四面体，任一顶角上的原子和中心原子各贡献一个价电子为两个原子共有，共有的电子在两个原子之间形NiSi2-NiChargedensity(100)(010)成较大的电子云密度，通NiSi2-Si2isosurfacedistribut

5、ionChargedensitycontourdistribution过它们对原子实的引力结NiSi2-Si1(Value=0.38/A3)合两个原子―－共价键Si-Si1BondbetweenNi-Sihassomecovalentcharacter正四面体结构Si-Si2NiSi2-Si1andSi-Si1hasbondconnection,NiSi2-Si2has四个共价键之间有相同的夹角109°28’AtomicconfigurationSi-Si3danglingbond,BondofNiSi2-Niisunsaturate

6、dLiGeng,etal3Tetrahedronbond(四面体成键)金刚石结构结晶学原胞立方对称，每个晶胞中有8个原子。两个面心立方体晶胞沿立方体的空间对角线位移1/4空间对角线长度套构而成。3Dstructure2Drepresentationcovalentbondingelectronpair硅、锗晶体相关参数Example晶格常数原子密度原子间最短距离共价半径(nm)（个/cm3）（nm）（nm）硅0.5430895.00×10220.2350.117锗0.5657544.42×10220.2450.122金刚石型结构{10

7、0}面上的投影42.闪锌矿结构（Zincblendelattice）和混3.纤锌矿型结构（混合键，离子性结合占优）合键（结合能有一定的离子性）III-Vcompoundsemiconductor–OnefccsublatticehascolumnIIIatoms•四面体结构为基础构成andtheotherhascolumnVatoms（双原具有六方对称性子复式格子）•两类原子各自构成的六II方排列的双原子层堆积VI而成。•混合键：•（001）面规则的按共价键+离子键ABABA…排列•ZnS,ZnSb,CdS等可以闪锌矿和铅锌矿两种方式

8、结晶。GaAs:zincblendelattice4.氯化钠型结构主要内容¢半导体的晶格结构和结合性质¢半导体中的电子状态和能带¢半导体中电子的运动有效质量¢本征半导体的导电机构空穴¢回旋共振¢硅和锗的能带结构•一些IV