半导体器件电子学-Ch1

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1、<<半导体器件电子学>>北京工业大学电控学院2006年9月《半导体器件电子学》课程大纲第一章现代半导体材料晶体结构和特性（10学时）§1.1半导体的基本特性与常见半导体材料§1.2新型宽带半导体材料的特性§1.3Si材料的SOI结构特性§1.4半导体材料的压电特性第二章载流子输运特性及非平衡态（14学时）§2.1体材料半导体载流子的性质及电流密度§2.2小尺寸下半导体材料中迁移率退化和速度饱和§2.3器件的小尺寸带来的热问题§2.4小尺寸下的量子效应§2.5小尺寸器件中的量子力学机理§2.6二维

2、电子气的输运§2.7调制掺杂结构和场效应晶体管§2.8强磁场中的二维电子气§2.9掺杂对输运特性的影响第三章半导体结特性的电子学分析（6学时）§3.1PN结的模型§3.2求解空间电荷区的近似解析模型§1.1半导体的基本特性与常见半导体材料一、半导体的基本特性电阻率：介于10-3-106Ω.cm，金属：10－6Ω.cm绝缘体:1012Ω.cm纯净半导体负温度系数掺杂半导体在一定温度区域出现正温度系数不同掺杂类型的半导体做成pn结,或金-半接触后，电流与电压呈非线性关系，可以有整流效应具有光敏性，用

3、适当波长的光照射后，材料的电阻率会变化，即产生所谓光电导半导体中存在着电子与空穴两种载流子第一章现代半导体材料晶体结构和特性二、常见的半导体材料构成半导体材料的主要元素及其在元素周期表中的位置元素半导体Si：是常用的元素半导体材料，是目前最为成熟的材料，广泛用于VLSI。Ge：早期使用的半导体材料。化合物半导体Ⅲ-Ⅴ族化合物（AIIIBV）Ⅲ-Ⅴ：Al，Ga，In——P，As，N，Sb（碲）GaAs、InP、GaP、InAs、GaN等。Ⅱ-Ⅵ族化合物（AIIBVI）Ⅱ－Ⅵ：Zn，Cd，Hg——S

4、，Se，TeZnO、ZnS、TeCdHg等Ⅵ-Ⅵ化合物（AIVBiV）SiGe、SiC。混合晶体构成的半导体材料◆两种族化合物按一比例组成，如xAⅢCⅤ+(1-x)BⅢCⅤ，xAⅡCⅥ+(1-x)BⅡCⅥ，SixGe1-x，能带工程：由于可能通过选取不同比例的x，而改变混晶的物理参数(禁带宽度，折射率等)，这样人们可以根据光学或电学的需要来调节配比x。通过调节不同元素的组分，才能实现禁带宽度的变化。在光电子、微电子方面有很重要的作用。三、常见半导体的结构类型◆金刚石结构：Si、Ge◆闪锌矿结构：

5、GaAs、InP、InAs、InSb、AlP、AlSb、CdTe◆纤锌矿结构：GaN、AlN、SiC金刚石结构：◆闪锌矿结构◆纤锌矿结构§1.2新型宽带半导体材料的特性1。GaN半导体材料的特性由三族元素Ga和五族元素N，III-V族化合物半导体。晶体结构分为:闪锌矿结构(ZincBlendecrystalstructure)立方晶纤锌矿结构(Wurtzitecrystalstructure)六角GaN在1932年人工合成。（参考书：NitrideSemiconductorsandDeviceH

6、adisMorkoc）III族的氮化物有三种晶体结构：闪锌矿结构、纤锌矿结构、盐石岩结构（NaCl）对于AlN、GaN和InN，室温下：热力学动力学稳定的结构是纤锌矿结构。GaN、InN通过薄膜外延生长在立方晶的（110）晶面上，如Si，MgO，GaAs，才能生长出闪锌矿结构。纤锌矿结构六角的，有两个晶格常数c和a，是复式格子。沿c轴方向移动5/8c形成。闪锌矿结构(ZincBlendecrystalstructure)立方晶单胞中含有4个基元（4个III族原子和4个V族原子）复式格子。GaN材

7、料的外延生长：其结构取决于使用的衬底类型六角晶体衬底长出纤锌矿结构立方晶体衬底长出闪锌矿结构目前常用的衬底：sapphireAl2O3，蓝宝石缺点：晶体结构不好，与氮化物的热匹配不好优点:来源广，六角结构，容易处理，高温稳定。由于热匹配不好，缓冲层要厚。SiC作为衬底，热匹配和晶格匹配比较好。缺点：SiC常规工艺很难处理，SiC的结构变数太大。GaN体材料是最理想的。但目前还不能生长出大尺寸的材料。掺杂：n-GaN:Si，Ge，Sn（Selenium）p-GaN：Mg，（1989）Zn，Be，H

8、g，CBasicParameters:ZincBlendecrystalstructureEnergygaps,Eg3.28eV0KEnergygaps,Eg3.2eV300KElectronaffinity4.1eV300KConductionbandEnergyseparationbetweenΓvalleyandXvalleysEΓ1.4eV300KEnergyseparationbetweenΓvalleyandLvalleysEL1.6~1.9eV300KEffectivecondu