半导体物理_第1章

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1、半导体物理刘恩科、朱秉升、罗晋生等参考书目:1、《半导体物理基础》黄昆、韩汝琦著2、《半导体器件物理与工艺》(美)施敏(S.M.Sze)著，王阳元等译3、《半导体物理与器件——基本原理》(第3版)(美)DonaldA.Neamen著4、《半导体器件物理与工艺》(美)A.S.格罗夫著，齐建译内容简介第一章半导体中的电子状态？什么是半导体？l对固体材料，电阻公式：Rs其中，电阻率（电导率）是体现了固体材料的导电能力，它是区分导体、半导体、绝缘体的关键参数。导电能力介于导体（超导体）和绝缘体之间的物质，均可称为半导

2、体。固体材料：超导体:大于106(cm)-1导体:106~104(cm)-1半导体:104~10-10(cm)-1绝缘体:小于10-10(cm)-11)、影响导电能力的因素：1.固体材料拥有的有效的载流子数可自由移动的电子浓度（热激发、掺杂等），非总共的电子数。2.载流子本身能否有效运动（与各散射机制相关）受到各种各样的碰撞（散射，畅通无阻或磕磕碰碰）描述参数：迁移率注意：仅宜少量★叙半述导，体定性中的电子分布理解！否则效原子能级能带果不佳，同时影响后面效果！Ø能级电子的“座位”Ø能带总的座位集合电子

3、只能在这些位置上作“跳跃”运动，能量是突变、非连续变化的。实际是准连续变化。能级的分布情况（位置和宽度）通常与晶格类型（原子本身＋原子间相互作用形式＋原子组合方式）息息相关影响。结构相同，能带分布情况往往类似【本质是势场空间分布相似的结果】。n半导体、绝缘体、导体是否有绝对界限？2)、半导体特点：敏感n温度敏感n辐射敏感n其它(如气敏)半导体的这些性质，与其微观结构（导致的能级分布）是紧密相关的。1.1、常见半导体的晶格结构1、什么叫晶格：针对晶体而言，晶体中原子排列的具体形式。（形式相同、距离不同，仍可说具相同

4、的晶格结构）2、描述晶格的参数：a、晶格的基矢（对原胞而言，最小的重复单元，原胞有多种取法）b、晶格常数（对晶胞而言，为体现对称性而选取的重复单元。通常一个晶胞包括有多个原胞）晶胞的类型＋晶胞的边长注意：结晶学中，原胞和晶胞通常有固定的选法。A.金刚石结构n特点：两个面心立方沿对角线位移1/4对角线的距离嵌套构成的。n每原子有四个最邻近的原子，位于正四面体顶角，各贡献一原子形成稳定的共价键结构。n共价键夹角：109˚28’代表物质：金刚石、硅、锗等。结构相同，能带分布情况往往类似。不同地方：禁带宽度不同。n原胞：

5、中心有原子的正四面体结构（相同双原子复式晶格）n晶胞：两个面心立方沿立方体空间对角线互相位移了四分之一的空间对角线长度套构而成。金刚石结构原子在晶胞内的排列情况n顶角八个，贡献1个原子；n面心六个，贡献3个原子；n晶胞内部4个；n共计8个原子。硅、锗基本物理参数晶格常数n硅：0.543089nmn锗：0.565754nm原子密度22n硅：5.00×1022n锗：4.42×10B.闪锌矿结构特点：1.与金刚石结构相似。2.但两面心立方上原子不同。具有一定的极性，晶体不同晶面的性质不同。原子间的键态：共价键＋弱离子键

6、常见物质：Ⅲ-Ⅴ族化合物，代表：砷化镓(GaAs)、部分Ⅱ-Ⅵ族化合物，如硒化汞，碲化汞等半金属材料。C.纤锌矿结构与闪锌矿型结构相比n相同点：原胞相同：以正四面体结构为基础构成n不同点：a、晶胞不同：具有六方对称性，而非立方对称性b、共价键的离子性更强D.氯化钠型结构特点：两面心立方沿任一边移动1/2晶格常数所套购而成。代表材料：部分IV-VI族材料，如硫化铅、硒化铅、碲化铅等。E.其它类型半导体结构n多晶半导体：多晶硅n非晶半导体：非晶硅，有机半导体等。其中，有机半导体用于制备a、可弯曲，甚至折叠b、高亮度、

7、高响应度的显示器。常见的半导体结构半导体晶格结构结构特点键态特点代表物质金刚石晶胞：立方对称共价键硅、锗共价键＋弱离子闪锌矿晶胞：立方对称砷化镓键原胞：正四面体硫化铅、硒化铅、共价键＋较强离碲化铅等。纤锌矿晶胞：六方对称子键（也会形成闪锌矿结构）氯化钠原胞：立方体其它类型其它类型结构、非晶、多晶等半导体1.2半导体中的电子状态和能带与孤立原子的关系：4根据量子力学结果，孤立原子中只能存mqEn222在一系列孤立的、非连续的能级。8nh0这些能级的状态可用四个量子数h20r共同来描述：(1)主量子数n(2

8、)1mq2角量子数L(3)磁量子数m(4)自旋量子数ms。其中，主量子数n和角量子数L共同决定该状态下电子的能量。A、孤立原子中的能级4mq氢原子能级公式E玻耳的n82n2h20氢原子2理论0h氢原子第一玻耳轨道半径r12mq这两个公式还可用于类氢原子（今后用到）。更精确求解表明：孤立原子的电子在原子核的势场和其它电子的作用下，其能量不但与主量子数n，也与角