半导体物理笔记总结.doc

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1、半导体物理绪论一、什么是半导体导体半导体绝缘体电导率ρ<此外，半导体还有以下重要特性1、温度可以显著改变半导体导电能力例如：纯硅（Si）若温度从C变为时，ρ增大一倍2、微量杂质含量可以显著改变半导体导电能力例如：若有100万硅掺入1个杂质（P.Be）此时纯度99.9999%，室温（300K）时，电阻率由214000Ω降至0.2Ω3、光照可以明显改变半导体的导电能力例如：淀积在绝缘体基片上（衬底）上的硫化镉（CdS）薄膜，无光照时电阻（暗电阻）约为几十欧姆，光照时电阻约为几十千欧姆。另外，磁场、电场等外界因素也可显著改变半导体的导电能力。综上：l半导体是一类性质

2、可受光、热、磁、电，微量杂质等作用而改变其性质的材料。二、课程内容本课程主要解决外界光、热、磁、电，微量杂质等因素如何影响半导体性质的微观机制。预备知识——化学键的性质及其相应的具体结构晶体：常用半导体材料SiGeGaAs等都是晶体固体非晶体：非晶硅（太阳能电池主要材料）晶体的基本性质：固定外形、固定熔点、更重要的是组成晶体的原子（离子）在较大范围里（m）按一定方式规则排列——称为长程有序。单晶：主要分子、原子、离子延一种规则摆列贯穿始终。多晶：由子晶粒杂乱无章的排列而成。非晶体：没有固定外形、固定熔点、内部结构不存在长程有序，仅在较小范围（几个原子距）存在结

3、构有序——短程有序。§1化学键和晶体结构1、原子的负电性化学键的形成取决于原子对其核外电子的束缚力强弱。电离能：失去一个价电子所需的能量。亲和能：最外层得到一个价电子成为负离子释放的能量。(ⅡA族和氧除外)原子负电性=（亲和能+电离能）（Li定义为1）l负电性反映了两个原子之间键合时最外层得失电子的难易程度。l价电子向负电性大的原子转移ⅠA到ⅦA，负电性增大，非金属性增强同族元素从上到下，负电性减弱，金属性增强1、化学键的类型和晶体结构的规律性ⅰ）离子晶体：(NaCl)由正负离子静电引力形成的结合力叫离子键，由离子键结合成的晶体叫离子晶体（极性警惕）l离子晶体

4、的结构特点：任何一个离子的最近邻必是带相反电荷的离子。l配位数：晶体中的一个离子（原子）最近邻的原子数或离子数，反映了原子排列的紧密程度。配位数越大，原子排列越紧密。NaCl的配位数为6——两个面心立方相互套构而成（套构结构）NaCl的导电性：的价电子转移到的外层轨道上形成和，最外层都形成8电子稳定结构，因此电子被紧束缚在l晶胞：是晶体结构的基本单元，它充分反映了整个晶体的结构特点，既反映了周期，又反映了各种对称性，即整块晶体是由许多这样的基本单元重复排列而成的。l面心立方：正方体的顶角和面心上各有一个原子的结构。的导电性：的价电子转移到的外层轨道上形成和，最

5、外层都形成8电子稳定结构，因此电子被紧束缚在各离子上不能自由运动，因此不参与导电，因此离子晶体一般是绝缘体。ⅱ)共价键（半导体键）和共价晶体C、Si、Ga的晶体是由同一种原子构成的晶体，原子之间没有电负性差，价电子不能在原子间转移，两个原子共用一对自旋相反的配对价电子→它们的电子云相互重叠而具有较高的密度→带正电的原子实和带负电的电子云之间相互吸引→将原子结合成晶体。1、共价键：依靠共有自旋相反的配对的价电子所形成的结合力2、共价晶体：依靠共价键结合形成的晶体（金刚石C、Si、Ga）特点，①饱和性：每个原子和周围原子的共价键数目有一定限制（Si周围4个未配对价

6、电子→只能形成4个共价键→配位数为4）②方向性：原子之间形成共价键时电子云的重叠在空间的确定方向上具有很高密度。（C、Si、Ga晶体中原子价电子不再与单个原子价电子状态相似←简单球对称的s态和直角坐标xyz轴对称的p态线性组合——杂化轨道）共价键方向具有四面体对称的特点，键角共价半径：共价四面体中可以粗略的将原子看作圆球并且最近邻的原子间彼此相切，则圆球半径为半导体四面体半径，简称共价半价或四面体半径。金刚石CSiGe最近邻原子间距ÅÅÅ共价半径ÅÅÅ同族内原子序数↗，共价半径↗共价四面体不是晶胞金刚石结构的晶胞特点：①正立方体②八个顶角上各有一个原子，六个面

7、上各有一个原子，体对角线上距最近邻顶角1/4处各有一个原子③原子密度==(图见P61-1)Ge的a=Å,原子密度Si的a=Å,原子密度l金刚石结构是两个面心立方延空间对角线方向相互平移1/4对角线长度套构而成。ⅦA族元素导电性从绝缘体C→半导体Si、Ge、（13℃以下的Sn）→导体Sn(常温)、Pbⅲ）金属键和金属晶体电子气：电子为全晶体所有，波函数有相同组成形式金属键：ⅠA、ⅡA、ⅢA族元素具有较低的电负性，对电子束缚力弱，原来属于个原子的价电子不再局限于某个原子上，而为所有原子共有，电子可以在整个晶体中自由运动，其波函数遍布整个晶体（电子气），电子气和原子

8、实之间的库仑引力所形成的结合力称为金属