半导体物理基础.doc

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1、一、半导体物理基础知识1.物体的导电能力，一般用材料电阻率的丸小来衡量。电阻率越丸，说明这种材料的导电能力越弱。表1-1给出以电阻率来区分导体，绝缘体和半导体的大致范围。物体导体半导体绝缘体电阻率QCM<10e-410e・3~10e9>10e92.几种常见元素的原子结构硅太阳电池生产中常用的硅（Si）,磷（P）,硼（B）元素的原子结构模型如图1所示3.单晶和多晶在整个晶体内，原子都是周期性的规则排列，称之为单晶。由许多取向不同的单晶颗粒杂乱地排列在一起的固体称为多晶。4.硅晶体的金刚石结构晶体对称的，有规则的排列叫

2、做晶体格子，简称晶格，最小的晶格叫晶胞。图2表示一些重要的晶胞(a)简(b)体图2金刚石结构是一种复式格子，它是两个面心立方晶格沿对角线方向上移1/4互相套构而成（见图3）。3.晶面和晶向晶体中的原子可以看成是分布在一系列平行而等距的平面上，这些平面就称为晶面。每个晶面的垂直方向称为晶向。图1.2-5是几种常用到的晶面和晶向。比较简单的一种包含原子密排面的晶格是面心立方晶格。而金刚石晶格又是两个面心立方晶格套在一起，相互之间。沿着晶胞体对角线方向平移1/4而构成的。我们来看面心立方晶格中的原子密排面。按照硬球模型可

3、以区分在（100）（110）（111）几个晶面上原子排列的情况，如图4所示。金钢石晶格是由面心晶格构成，所以它的（111）晶面也是原子密排面，它的特点是，在晶面内原子密集、结合力强，在晶面之间距离较大，结合薄弱，由此产生以下性质：@）由于（111）密排面本身结合牢固而相互间结合脆弱，在外力作用下，晶体很容易沿着（111）晶面劈裂，晶体中这种易劈裂的晶面称为晶体的解理面。（b）由于（111）密排面结合牢固，化学腐蚀就比较困难和缓慢，而（100）面原子排列密度比（111）面低。所以（100）面比（111）面的腐蚀速度快

4、，选择合适的腐蚀液和腐蚀温度，（100）面腐蚀速度比（111）面大的多，因此，用（100）面硅片采用这种各向异性腐蚀的结果，可以使硅片表面产生许多密布表面为（111）面的四面方锥体，形成绒面状的硅表面。4.半导体之所以得到广泛的应用，是因为它存在着一些导体和绝缘体所没有的独特性能。仃）导电能力随温度灵敏变化导体，绝缘体的电阻率随温度变化很小，（导体温度每升高一度，电组率大约升高0.4%）。而半导体则不一样，温度每升高或降低1度，其电阻就变化百分之几，甚至几十，当温度变化几十度时，电阻变化几十，几万倍，而温度为绝对零

5、度（-273€）时，则成为绝缘体。（2）导电能力随光照显著改变当光线照射到某些半导体上时，它们的导电能力就会变得很强，没有光线时，它的导电能力又会变得很弱。（3）杂质的显著影响在纯净的半导体材料中，适当掺入微量杂质，导电能力会有上百万的增加。这是最特殊的独特性能。（4）其他特性温差电效应，霍尔效应，发光效应，光伏效应，激光性能等。3.晶面和晶向晶体中的原子可以看成是分布在一系列平行而等距的平面上，这些平面就称为晶面。每个晶面的垂直方向称为晶向。图1.2-5是几种常用到的晶面和晶向。比较简单的一种包含原子密排面的晶格

6、是面心立方晶格。而金刚石晶格又是两个面心立方晶格套在一起，相互之间。沿着晶胞体对角线方向平移1/4而构成的。我们来看面心立方晶格中的原子密排面。按照硬球模型可以区分在（100）（110）（111）几个晶面上原子排列的情况，如图4所示。金钢石晶格是由面心晶格构成，所以它的（111）晶面也是原子密排面，它的特点是，在晶面内原子密集、结合力强，在晶面之间距离较大，结合薄弱，由此产生以下性质：@）由于（111）密排面本身结合牢固而相互间结合脆弱，在外力作用下，晶体很容易沿着（111）晶面劈裂，晶体中这种易劈裂的晶面称为晶体

7、的解理面。（b）由于（111）密排面结合牢固，化学腐蚀就比较困难和缓慢，而（100）面原子排列密度比（111）面低。所以（100）面比（111）面的腐蚀速度快，选择合适的腐蚀液和腐蚀温度，（100）面腐蚀速度比（111）面大的多，因此，用（100）面硅片采用这种各向异性腐蚀的结果，可以使硅片表面产生许多密布表面为（111）面的四面方锥体，形成绒面状的硅表面。4.半导体之所以得到广泛的应用，是因为它存在着一些导体和绝缘体所没有的独特性能。仃）导电能力随温度灵敏变化导体，绝缘体的电阻率随温度变化很小，（导体温度每升高一

8、度，电组率大约升高0.4%）。而半导体则不一样，温度每升高或降低1度，其电阻就变化百分之几，甚至几十，当温度变化几十度时，电阻变化几十，几万倍，而温度为绝对零度（-273€）时，则成为绝缘体。（2）导电能力随光照显著改变当光线照射到某些半导体上时，它们的导电能力就会变得很强，没有光线时，它的导电能力又会变得很弱。（3）杂质的显著影响在纯净的半导体材料中，适当