(工学)半导体器件物理

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1、半导体器件物理semiconductordevicephysics主讲：张秋香Office：1273答疑时间：周一上午E-mail：shrimp005@163.com2参考书目《半导体物理学》刘恩科、朱秉升、罗晋生等编著，电子工业出版社《半导体物理基础》黄昆、韩汝琦著《半导体器件基础》RobertF.Pierret著，黄如等译，电子工业出版社320%：平时成绩（作业、出勤、课上表现）40%：第一次考核40%：第二次考核课程成绩4第1章半导物理基础1.1半导体的晶体结构和缺陷1.2半导体中的能带与杂质能级1.3半导体中的平衡与非平衡载流子1.4

2、半导体中载流子的输运现象1.5半导体的表面5半导体材料的晶格结构电子和空穴的概念半导体的电性能和导电机理载流子的漂移运动和扩散运动非平衡载流子的产生和复合●——本章重点6物质按照导电能力分为：导体绝缘体半导体1.导体：电阻率<10-3·cm的物质。如铜、银、铝等金属材料。2.绝缘体：电阻率>109·cm物质。如橡胶、塑料等。3.半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。电阻率10-3<<109·cm。大多数半导体器件所用的主要材料是硅(Si)和锗(Ge)。半导体的重要特性？？？7半导体的电性能温度与半导体金属电阻率的温

3、度系数是正的（即电阻率随温度升高而增加，且增加得很慢）；半导体的电导率随温度升高而迅速增加。半导体材料电阻率的温度系数都是负的（即温度升高电阻率减小，电导率增加，且增加得很快）。对温度敏感，体积又小，热惯性也小，寿命又长，因此在无线电技术、远距离控制与测量、自动化等许多方面都有广泛的应用价值。热敏电阻8杂质与半导体杂质对半导体材料导电能力的影响非常大。例如，纯净硅在室温下的电阻率为2.14×107Ω·m，若掺入百分之一的杂质（如磷原子），其电阻就会降至20Ω·m。虽然此时硅的纯度仍旧很高，但电阻率却降至原来的一百万分之一左右，绝大多数半导体器

4、件都利用了半导体的这一特性。9光照与半导体光照对半导体材料的导电能力也有很大的影响。例如，硫化镉（CdS）薄膜的暗电阻为几十兆欧，然而受光照后，电阻降为几十千欧，阻值在受光照以后改变了几百倍。成为自动化控制中的一个重要元件。光敏电阻10其他因素与半导体除温度、杂质、光照外，电场、磁场及其他外界因素（如外应力）的作用也会影响半导体材料的导电能力。11半导体的重要特性温度升高使半导体导电能力增强，电导率下降杂质可以显著增强半导体的导电能力适当波长的光照可以增强半导体的导电能力12晶体自然界中存在的固体材料，按其结构形式不同，可以分为晶体（如石英、

5、金刚石、硫酸铜等）和非晶体（玻璃、松香、沥青等）。晶体又分为单晶和多晶1.1半导体的结构和缺陷1.1.1半导体的晶格结构1314单晶体：由原子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体物质。多晶体：小区域内原子周期性排列，整体不规则非晶体：原子排列无序15五种常见的晶格结构●简单立方结构●体心立方结构●面心立方结构●金刚石结构●闪锌矿结构钋(Po)晶格常数16晶体的原子按一定规律在空间周期性排列，形成格点，成为晶格。体心立方结构钠（Na）钼（Mo）钨（W）17面心立方结构铝（Al）铜（Cu）金（Au）银（Ag）18金刚石结构硅（Si）锗

6、（Ge）由两个面心立方结构沿空间对角线错开四分之一的空间对角线长度相互嵌套而成。19大量的硅（Si）、锗（Ge）原子靠共价键结合组合成晶体，每个原子周围都有四个最邻近的原子，组成正四面体结构，。这四个原子分别处在正四面体的四个顶角上，任一顶角上的原子各贡献一个价电子和中心原子的四个价电子分别组成电子对，作为两个原子所共有的价电子对。20闪锌矿结构砷化镓（GaAs）磷化镓(GaP)硫化锌(ZnS)硫化镉(CdS)211.1.2晶体的晶向与晶面晶格：晶体中周期性的重复单元格点：组成晶体的原子的重心位置晶轴：以某一格点为原点，取三个相互垂直的坐标轴

7、22晶列：通过任意两格点所作的直线（晶列上有一系列格点）特征：同一格点可引出无限晶列；平行晶列构成族。晶向：在坐标系中晶列的方向（确定晶向的方法待定）；用晶列指数表示，如[110]。晶面：通过晶体中三个不在同一晶轴上的三个质点所作的平面。晶面用晶面指数（密勒指数）表示，如（111），（100）……特征：平行晶面格点分布相同，称同一族晶面1.1.2晶体的晶向与晶面23a、晶列的表征-晶列指数三个轴上互质整数表示。一列用[abc]表示，如：[100][110][111]一族用表示，如：<100><110><111>b、晶面的表征-晶面指

8、数（密勒指数）三个轴上截距倒数的互质整数表示。某晶面用(abc)表示，如：(100)(110)(111)一族用{abc}表示，如：{100}{110}{111}晶列