半导体物理学 前言

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1、半导体物理学李斌斌教材《半导体物理学》刘恩科国防工业出版社建议120学时，现有36学时本课程主要内容1.半导体的电子状态2.半导体中的杂质和缺陷能级3.半导体中载流子的统计分布4.半导体的导电性5.非平衡载流子6.p-n结7.金属和半导体的接触10.半导体的光学性质与光电现象《半导体材料》课程广泛地介绍半导体材料的概念和基本性质半导体材料的分类：1.按导电性分类2.按能带论分类3.从组成和元素分类4.按功能和应用分类（1）导电性良导体：电阻率<10-6Ω.cm绝缘体：1012～1022Ω.cm半导体：10-6～1012Ω.cm通常：10-3～109Ω.cm（2）化学组成和结构元素半导体：Si，

2、Ge化合物半导体：GaAs，ZnO固溶体半导体：AlGaAs，SiGe非晶半导体：非晶硅微结构半导体：多晶硅有机半导体等（3）使用功能电子材料光电材料传感材料热电致冷材料等（4）能带结构直接带隙半导体间接带隙半导体宽带隙半导体窄带隙半导体1）首次报道半导体伏特A.Volta(1745~1827)，意大利物理学家国际单位制中,电压的单位伏即为纪念他而命名。1800年，他发明了世界上第一个伏特电池，这是最早的直流电源。从此，人类对电的研究从静电发展到流动电，开拓了电学的研究领域。他利用静电计对不同材料接地放电，区分了金属，绝缘体和导电性能介于它们之间的“半导体”。他在给伦敦皇家学会的一篇论文中首先

3、使用了“Semiconductor”（半导体）一词。2）负电阻温度系数法拉第M.Faraday(1791~1867)，英国英国物理学家、化学家，现代电工科学的奠基者之一。电容的单位法（拉）即为纪念他而命名。法拉第发明了第一台电动机，另外法拉第的电磁感应定律是他的一项最伟大的贡献。1833年，法拉第就开始研究Ag2S半导体材料，发现了负的电阻温度系数，即随着温度的升高，电阻值下将。负电阻温度系数是半导体材料的特有性质之一正、负电阻温度系数负电阻温度系数正电阻温度系数RRTT3）光电导效应1873年，英国史密斯W.R.Smith用光照在硒的表面，发现了硒的光电导效应，它开创了半导体研究和开发的先河

4、。所谓光电导效应，是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。光电导探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。光电导效应是半导体材料的特有性质之二照片光电导示意图4）整流效应布劳恩K.F.Braun(1850~1918)，德国物理学家。布劳恩与马可尼共同获得1909年度诺贝尔奖金物理学奖。1874年，他观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导通，这就是半导体的整流效应。整流效应是半导体材料的特有性质之三照片伏安特性I电流V电压0正向反向5）光生伏特效应1876年，英国物理学家亚当斯(W.G.Adams)发现晶体硒和金

5、属接触在光照射下产生了电动势，这就是半导体光生伏打效应。光生伏特效应最重要的应用就是把太阳能直接转换成电能，称为太阳能电池。1954年美国贝尔实验室制成了世界上第一个实用的太阳能电池，效率为4%。光生伏特效应是半导体材料的特有性质之四照片光生伏特效应6）霍尔效应1879年，霍尔(E.H.Hall)在研究通有电流的导体在磁场中受力，发现在垂直于磁场和电流的方向上产生了电动势，这个电磁效应称为“霍尔效应”。“霍尔效应”就是为纪念霍尔而命名的。用“霍尔效应”可以测量半导体材料的载流子浓度、迁移率、电阻率、霍尔系数等重要参数。霍尔效应是半导体材料的特有性质之五照片霍尔效应示意图BZIxvfBP型半导体

6、薄片：长度为L，宽度为b，厚度为d磁场方向(z方向）与薄片垂直，电流方向为x方向LbdfExyz半导体的五大特性负电阻温度系数光电导效应整流效应光生伏特效应霍尔效应在1880年就发现了半导体材料的五大特性，现代微电子技术的发展也正是依据半导体材料的五大特性但在19世纪，半导体科学却没有取得迅猛的发展受到限制的主要原因1.半导体材料的不纯半导体材料，先进薄膜沉积技术，半导体单晶制备技术2.半导体物理理论的不完善半导体物理学1）半导体材料方面当时的一个重大任务：如何制备出高纯度的半导体材料以实现可控的半导体导电类型和导电能力。因而促使了半导体工艺技术的发展：半导体提纯技术，真空感应拉制单晶，区域熔

7、炼等四十年代：制备出了纯度达9个9和10个9的高纯度元素半导体锗、硅单晶。P型半导体、N型半导体的制备。1950年，R.Ohl和肖特莱发明了离子注入工艺；1956年，S.Fuller发明了扩散工艺；1960年，H.Loor和E.Castellani发明了光刻工艺半导体体单晶生长技术1950年，蒂尔（G.K.Teal）用直拉法制备出了Ge单晶。体单晶基本上是由熔体生长法制成1948年：第一只半导体晶