电子科学与技术专业英语译文

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1、1.1固态材料可分为三种：绝缘体、半导体和导体。图1－1给出了在三种材料中一些重要材料相关的电阻值（相应电导率ρ≡1/δ)。绝缘体如熔融石英和玻璃具有很低电导率，在10-18到10-8S/cm 导体如铝和银有高的电导率，典型值从104到106S/cm;而半导体具有的电导率介乎于两者之间。半导体的电导率一般对温度、光照、磁场和小的杂质原子非常敏感。在电导率上的敏感变化使得半导体材料称为在电学应用上为最重要的材料。 早在19世纪人们已经开始研究半导体材料。多年来人们研究了很多半导体材料。表1给出了与半导体相关的周期表中的部分元素。由单种元素组成的单质半导体如

2、硅和锗在第Ⅳ族。而大量的化合物半导体有两个甚至更多元素组成。如GaAs是Ⅲ-Ⅴ化合物是由Ⅲ族的Ga和Ⅴ族的As化合而得。 在1947年双极晶体管发明之前，半导体仅用作双极型器件如整流器和光敏二极管。早在20世纪50年代，锗是主要的半导体材料。 然而锗不太适合在很多方面应用因为温度适当提高后锗器件会产生高的漏电流。另外，锗的氧化物是水溶性的不适合器件制作。所以20世纪60年代实际上锗被硅所取代，事实上硅替代锗成为半导体制作的材料之一。 我们用硅材料的主要原因有硅器件存在非常低的漏电流且能够通过热法生长出高质量的二氧化硅。器件级硅成本远少于其它半导体材料。硅

3、以硅石和硅酸盐形式存在并占地球地表层的25％，而且硅元素在分布中排在氧之后的第二位。当今硅是在元素周期表中研究最多的元素；硅技术是在所有半导体技术中最先进的。 有很多化合物半导体具有硅所缺少的电光性能。这些半导体特别是GaAs主要用作微波和光学应用。虽然我们了解化合物半导体技术不如硅材料的多，但化合物半导体技术由于硅技术的发展而发展。在本书中我们主要介绍硅和砷化镓的器件物理和制备技术。， 我们研究的半导体材料是单晶，也就是说，原子是按照三维周期形式排列。在晶体中原子的周期排列称为晶格。在晶体里，一个原子从不远离它确定位置。与原子相关的热运动也是围绕在其位

4、置附近。对于给定的半导体，存在代表整个晶格的晶胞，通过在晶体中重复晶胞组成晶格。 图1－2给出一些立方晶体晶胞。图1－2（a）给出了一个简单的立方晶体；立方晶格的每个角由一个原子占据，所以有6个等距原子。a的大小称为晶格常数。只有金属钋明确是单立方晶体。图1－2（b）是体心立方晶体，除了8个角原子外，一个原子在其立方中心上。 在体心立方晶格中，每个原子具有8个相近原子。呈bcc晶格的晶体包括钨和钠晶体。图1－2（c）给出了面心立方晶体除了8个角原子外六个立方面上还有一个原子。在fcc晶格中每个原子有12相邻原子。大量的元素是fcc晶格形式，包括铝、铜、金

5、和铂。 元素半导体如硅和锗具有金刚石晶体结构。这种结构属于金刚石结构并且视为两个互相贯穿的fcc亚点阵结构，这个结构具有一个可以从其它沿立方对角线距离的四分之一处移动的子晶格（位移。） 在金刚石晶体所有原子都相同，且在金刚石晶体都有在四面体角上的四个等距相近原子所包围。多数每个原子Ⅲ-Ⅴ化合物半导体具有闪锌矿结构，它有金刚石相同结构除了一个fcc子晶格结构有一个Ⅲ族原子Ga和Ⅴ族原子As。 因此，不同面的晶体特性也不同，且电和其它器件特性依赖于晶体取向。一种常用定义在晶体中不同晶面的方法是用密勒指数。 如1.1.2节所述，在金刚石结构的每个原子被4个相邻

6、原子所包围。每个原子在外轨道具有4个电子，并且每个电子与相邻原子共享价电子；每对电子组成一个共价键。共价键存在于同种原子之间或具有相同外层电子机构的不同元素的原子间。每个电子与每个原子核达到平衡需要相同时间。 然而，所有电子需要很多时间在两个原子核间达到平衡。两个原子核对电子的吸引力保证两个原子在一起。对于闪锌矿结构如砷化镓主要的价键引力主要来自于共价键。当然，砷化镓也具有小的离子键引力即Ga+离子与四周As-离子,或As-离子和四周Ga+离子. 在低温下，电子束缚在它们各自四面体晶格中；从而不能用来导电。当一个价键断开，一个自由电子能参与电路导电。一个

7、电子空位留在共价键中。这个空位被相邻电子填充导致空位移动，如A到B位置。我们可以空位认同于与电子相同的粒子。这个假想粒子称为空穴。它带有正电荷在外加电场下，沿着电子运动方向相反地方移动。空穴的概念类似电子的概念。空穴的概念类似于液体中泡沫的定义。虽然它的确可与液体流动，这很容易想到泡沫移动是向相反方向。14 对于孤立原子，原子的电子有不连续的能级。如，孤立氢原子的能级可由玻尔模型得出： 式中m0代表自由电子质量,q是电荷量,ε0是真空中电导率,h是普朗克常数，n是正整数称为主量子数。不连续能量在基态为-13.6eV(n=1),第一激发态为-3.4eV(n

8、=2),etc. 我们考虑两个相同原子.当它们远离时,对所给主量子数(e.g.,