半导体物理与器件基础 上课用.ppt

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1、半导体物理与器件基础微电子学院韩萌1课程简介课程性质：专业基础课学分：5课程特点：半导体物理部分概念多、内容广；器件部分公式多且复杂。课程要求：半导体物理部分着重理解,掌握基本计算公式；器件部分掌握器件结构,理解工作原理,熟悉器件功能。考核：平时成绩20％，期中30％，期末50％2为什么开设这门课？所授课程与本专业有什么关系？所授课程与将来就业有什么关系？毕业班学生面试情况的反馈已经上岗实习学生的工作情况反馈学习本课程的重要性和必要性与后续专业课有密切联系，是基础是根基；本课程总评成绩影响专转本的资格；对于应聘及从事本专业及相关专业工作有必然影响，对于本专业及

2、相关专业从业人员个人发展有直接关系。量子力学统计物理固体物理半导体物理半导体材料半导体器件半导体工艺半导体集成电路3什么是半导体简单地说，半导体（Semiconductor）是电阻率介于导体和绝缘体之间的材料。半导体的导电性可以人为控制。譬如光照、加热或掺入杂质。半导体发展历程：电子管→晶体管→IC→超大规模IC(45nm,高k)半导体能完成的任务处理信号：二极管整流、三极管放大、信号的光－电转换处理数据：A/D转换、数据存储、计算与控制半导体制造工艺（以MOS制程流程为例）4氧化(场氧化层)硅基板二氧化硅氧光刻胶显影氧化层旋涂光刻胶光刻胶光刻胶的曝光曝光的

3、光刻胶GSD有源区上层氮化硅SDG氮化硅淀积氮化硅接触窗SDG刻蚀接触窗离子注入光刻胶oxDG离子束扫描S淀积金属及刻蚀drainSDG金属接触淀积对晶硅多晶硅硅烷气体掺杂气体氧化(栅氧化层)栅氧化层氧光刻胶去除氧化层RF功率氧离子化气体二氧化硅刻蚀光刻胶氧化层RF功率离子化CF气体多晶硅光刻及刻蚀RFPower氧化层离子化CCl4气体多晶硅栅极RF功率晶圆对准与曝光掩模板UV光5目录第1章固体晶格结构（6学时）第3章固体量子理论初步（8学时）第4章平衡半导体（10学时）第5章载流子输运现象（8学时）第6章半导体中的非平衡过剩载流子（8学时）第7章pn结（6

4、学时）第8章pn结二极管（6学时）第9章金属半导体和半导体异质结（3学时）第10章双极晶体管（10学时）第11章金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础（6学时）第12章金属-氧化物-半导体场效应晶体管：概念深入（2学时）第14章光器件（2学时）6第一章固体晶格结构1.1半导体材料1.2固体类型1.3空间晶格1.5固体中的缺陷和杂质1.6半导体材料的生长第一章习题第一章小结回目录71.1半导体材料Ⅳ族元素半导体和Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体本章目录81.2固体类型无定形（非晶）、多晶、单晶晶体的特点：组成晶体的原子按一定方式有规则排列有固定的熔点Si(硅):1420℃Ge

5、(锗):941℃单晶具有方向性：各向异性单晶区域（晶粒）晶界本章目录91.3空间晶格晶格：原子的周期性排列1.3.1原胞和晶胞理想晶体是由全同的结构单元在空间无限重复而构成的。晶体结构用点阵来描述，在点阵的每个格点上附有一群原子。这一群原子称为基元。基元在空间重复就构成晶格。格点：描述原子排列的点。点阵平移矢量r表示从任意一点r看去，都和从r’看到的原子排列是相同的。本章目录基矢101.3空间晶格晶格、二维晶格、三维晶格。晶胞、原胞、晶格常数晶胞：可以复制出整个晶体的小部分晶体。原胞：可以复制出整个晶格的最小晶胞。晶格常数：晶胞的边长1.3.2基本的晶体结构（

6、见右图）简立方（sc）、体心立方（bcc）、面心立方（fcc）本章目录111.3空间晶格1.3.3晶面和密勒指数晶面：点阵中所有的格点都位于一系列相互平行等距的平面上，这样的平面系称为晶面。密勒指数：晶面与三个晶轴截距的倒数的互质整数。晶面的具体求解方法：a.先求晶面与坐标轴的截距p、q、sb.写截距的倒数c.倒数同乘以其最小公分母，求得密勒指数(h,k,l)d.写出晶面(hkl)，若截距在晶轴负侧则标上“－”号，本章目录习题一121.3空间晶格晶列：点阵中所有格点都在一系列互相平行等距的直线上，这些直线系称为晶列。晶向：用三个整数表示晶列的方向。如图从格点O

7、沿某个晶列到格点P作位移矢量R晶向指数[mnp]：晶向矢量在三个晶轴上投影的互质整数。本章目录131.3空间晶格7.计算晶体的原子体密度和面密度原子体密度：晶体内单位体积中包含的原子数。（个/cm3）原子面密度：晶面上单位面积包含的原子数。（个/cm2）例题见习题2/3/4本章目录习题二141.3空间晶格1.3.4金刚石结构Ⅳ族元素Si、Ge都是金刚石结构。本章目录习题五1、是两个面心立方晶格构成的复式格子。2、构成方式：其中一个面心立方晶格沿着另一个的体对角线滑移1/4长度套构而成。151.3空间晶格闪锌矿结构（或称铅锌矿）与金刚石结构相似，唯一区别在于其中

8、含有两类元素，如GaAs。纤锌矿结构六