半导体材料课件ppt

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1、122.1�半导体的发展史�半导体材料的主要性质�半导体材料的分类2.1•按不同的标准，有不同的分类方式。按固体的导电能力区分，可以区分为导体、半导体和绝缘体表1.1导体、半导体和绝缘体的电阻率范围材料导体半导体绝缘体电阻率ρ(Ωcm)＜10-310-3～109＞10941833αAg2S18351906519471950195250——6����7举例说明：•如室温附近的纯硅(Si)，温度每增加8℃，电阻率相应地降低50%左右•以纯硅中每100万个硅原子掺进一个Ⅴ族杂质（比如磷）为例，这时硅的纯度仍高达99.999

2、9%，但电阻率在室温下却由大约214,000Ωcm降至0.2Ωcm以下•如在绝缘衬底上制备的硫化镉(CdS)薄膜，无光照时的暗电阻为几十MΩ，当受光照后电阻值可以下降为几十KΩ•81它是由单一元素构成的，如Ⅲ族的硼，Ⅳ族的碳（金刚石）、硅（Si）、锗（Ge），Ⅵ族的硫（S）、硒（Se）、碲（Te）、α-Sn（灰锡）等。2如Ⅱ-Ⅵ族的硫化镉（CdS）、硒化镉（CdSe）等，Ⅲ-Ⅴ族的砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）、磷化镓（GaP）等，Ⅳ-Ⅳ族的碳化硅（SiC）。34569GeSi10GeSi11GeSi12GeS

3、i位错：一方面，吸引其周围点缺陷，增加少子寿命一方面，晶格畸变增大，使载流子复合，少子寿命减小刃位错：悬挂键，受主能级132（a）Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体141511.1eV2316171819GaAs20GaP21GaAs施主：Se,S,Te取代As受主：Zn,Be,Mg,Cd,Hg取代Ga两性杂质：Si,Ge,Sn,Pb中性杂质：B,Al,In空位是重要的点缺陷22（b）Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体232425262728（c）其它化合物半导体29303132333435364非晶态半导体虽然在整体上分子排列无序，但是仍具有

4、单晶体的微观结构，因此具有许多特殊的性质。以非晶态半导体材料为主体制成的固态电子器件50B.T.1968S.R.1975W.E.PN37P.W.N.F.1977����382.2�2.2.1�2.2.2�2.2.3�2.2.4PN�2.2.52.22.2.1能带的准自由电子物理模型金属中的准自由电子（价电子）模型��Bragg402.2.1价电子的基本特征：�1.价电子的局域性2.价电子的非局域性��Bloch定理：�Braggik�r�(r)�u(r)ekkuk(r):与晶格平移周期�一致的周期函数41N个原子靠的

5、很近时，原来某个能级上的电子就NN，这时电子不再属于某个原子而是在晶体中做共有化运动。允带之间因为没有能级称为禁带。如图（1）所示：142导带EgEg价带”432.2.1直接带隙间接带隙442.2.1�导带底电子沿外加电场漂移�价带顶电子沿外加电场的方向漂移Eveejevhhjh452.2.13Eg1lnn�A�lnT�i22kTlnni~1/T462.2.1nPED472.2.1*4类氢原子模型：mnq�E�D28��hr0482.2.1pEA492.2.1*4mq类氢原子模型：p�E�A28��hr0502.2.

6、11f(E)�D1E�E1�exp(DF)2kTB1f(E)�A1E�E1�exp(FA)2kTB�NAn�N�n�N(1�f(E))�DDDDDE�E1�2exp(�DF)kTB�NDp�N�p�N(1�f(E))�AAAAAE�E1�2exp(�FA)kTB512.2.1n型半导体的平衡载流子浓度电中性条件：+n0=nD+P052电子浓度电离的施主浓度价带中的空穴浓度2.2.1p型半导体的平衡载流子浓度电中性条件：+p0=nA+n0532.2.1非平衡载流子非平衡载流子的产生：（1）光辐照：短波光照射半导体（2）

7、电注入542.2.1非平衡载流子-非平衡载流子的寿命和复合载流子的各种复合机构：a–直接复合；b-体内间接复合；c–表面间接复合552.2.1p-n结的制备工艺合金法扩散法562.2.1p-n结平衡能带结构（a）p-n（b）p-nan-pbp-n572.2.1p-n结平衡电势582.2.1p-nIVp-np-n592.2.1半导体的光吸收及光电导直接吸收间接吸收602.2.1半导体的光生伏特效应光61xIJxZHzyEy62xExJx,zBzyEyRm3C-1HEEytanq��RB(J/E)HzxxEx��BHzH

8、63642.2.22.2.2.1SiGe6566+4+4+4+467+4+4+4+4682.2.2.2NP()69N+N70NSiSiPSiNN+71P+P72PSiSiBSiP73++++++－－－－－－++++++－－－－－－++++++－－－－－－++++++－－－－－－NP74半导体中电子数目很多。从大量电子整体来看，在热平衡状态下，电