最新半导体基础知识123教学讲义ppt课件.ppt

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1、半导体基础知识2007123+14硅原子结构图最外电子结构图284Si2、硅的基本化学性质硅在化学周期表中第14号元素，分子量为28.085。由于原子最外电子层只有4个价电子，因此其化学性质比较稳定（如图一）。图一3、晶体、硅晶体晶体是指具有一定几何形状，其构成粒子按某种规律排列，占有一定空间体积的纯净物。一般所说的晶体，是指多晶体。但用于半导体业时，必须为单晶体。单晶体和多晶体的区别在于前者是长程有序的排列，后者不具有。相反，排列无规则、无秩序的称为非晶体。硅原子最外层结构只的四个电子决定了它们之间只通过共价电子对形成晶体。其晶体结构一般被称为“金

2、刚石结构”。这个结构的一个重要特点是：每个原子有4个最近邻，它们正好在一个正四面体的顶角位置（如图二所示）。图二：硅的金钢石结构形状1111116、晶面与晶向晶面是把一个晶格单元放在三维坐标系中特殊定义的，它遵循密勒指数法则（如图五）。籽晶就是沿同一组晶面研磨而成的。ZXY(100)ZXY(110)ZXY(111)图五7、晶向即为晶体生长的方向，它与晶面垂直,同一组晶面用圆括号“（）”标识，晶向用方括号“[]”标识，予以区分（如图六）。(100)面(110)面(111)面111111图六8、晶体缺陷当硅晶体结构中发生格点移动或晶格移动时，便产生晶体点

3、缺陷（如图七）。点缺陷会影响硅片电学性质，如电阻、少子寿命等。间隙缺陷空位缺陷Frenkel缺陷点缺陷间隙缺陷空位缺陷Frenkel缺陷图七当点缺陷进一步恶化时，产生位借或层错（如图八）。位错或层错除了影响硅片的电学性质外还会影响其它包括机械强度的力学性质，即当内部存在大量位错或层错时，硅片容易产生翘曲、崩边、破片等。位错额外原子层或劈型层错图八沉淀位错间隙层错空穴9、硅的导电性固体材料按导电能力以分为导体、半导体和绝缘体（如表二）。导体——价带与导带交叠，导电需要小的重叠能量。绝缘体——禁带宽度一般大于2ev半导体——介于绝缘体和导体之间的禁带能量

4、级别。（Si为1.11ev)导体半导体绝缘体电阻率(Ω•m)10-8~10-410-4~108108~1020禁带-较小较大价带非满带满带满带类型性质表二10、半导体分类（根据导电类型分）本征半导体——纯的半导体。P型半导体——空穴导电。N型半导体——电子导电。导电类型有P型和N型，由硅融液中的掺杂物种类来决定。具有代表性的掺杂物和导电类型如下所示。P型掺杂------B（硼）N型掺杂------P（磷），Sb(锑)，As(砷)SiBSiSiSiSi空穴当在硅或锗的晶体中掺入三价元素时如硼，如右图硼原子与周围的四个硅原子形成共价键后，硼原子的外层电子

5、数是7比稳定结构少一个价电子，这样将产生一个空穴，空穴可以环绕B离子运动，当通电时空穴为主要载流子产生定向运动导电，主要是以空穴为半导体的导电方式。P型半导体当在硅或锗的晶体中掺入五价元素时如磷、砷和锑等。如右图磷原子与周围的四个硅原子形成共价键后，磷原子的外层电子数是9，比稳定结构多一个价电子，多余的价电子环绕P离子运动,通电时自由电子作为主要的载流子发生定向运动导电，主要是以自由电子为半导体的导电方式。N型半导体SiPSiSiSiSi多余电子1.半导体产业的发展历程：1.1906年LeeDeForest发明了由两个电极和一个栅极封入真空玻璃容器用

6、来放大电子信号的三极真空管2.1945年宾夕法尼亚大学用真空管发明了第一台电子计算机ENIAC3.1947.12月由贝尔电话实验室的WilliamShockley(威廉•肖克利)发明了第一个用锗制成的固体晶体三极管4.1954年TexasInstruments公司的GordonTeal制造了第一个硅晶体管5.1957年FairchildSemiconduxtor公司在硅上制造出第一个商用硅基平面晶体管6.1959年FairchildSemiconduxtor公司的RobertNoyce发明硅基材料上制造的集成电路，TexasInstruments公司

7、的JackKilby发明了在锗基材料上制造的集成电路7.20世纪60年代迎来了硅时代单晶、多晶、晶向单晶——体内所有的原子都是按同一顺序排列起来的。多晶——由很多的小晶粒（单晶）组成。晶向——晶体具有各向异性，沿晶体不同方向物理特性不一样。用晶向矢量在x、y、z三个坐标轴上投影表示其晶向。导体、半导体、绝缘体导体——价带与导带交叠，导电需要小的重叠能量。绝缘体——禁带宽度一般大于2ev半导体——介于绝缘体和导体之间的禁带能量级别。（Si为1.11ev)导体、半导体、绝缘体能带图3.晶体结构结点：一系列在三维空间按周期性排列的几何点称为一个空间点阵，把

8、空间点阵中的几何点或者等同点成为结点。空间格子：联结分步在三维空间内的结点就构成了空间格子。原胞结点晶面符