最新微电子02教学讲义ppt课件.ppt

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1、微电子02导电性：固态材料可分为三类，即绝缘体、半导体及导体。绝缘体:电导率很低，约介于10-18S/cm～10-8S/cm,如熔融石英及玻璃；导体：电导率较高，介于104S/cm～106S/cm，如铝、银等金属。半导体：电导率则介于绝缘体及导体之间。半导体材料半导体的特点：易受温度、照光、磁场及微量杂质原子的影响。正是半导体的这种对电导率的高灵敏度特性使半导体成为各种电子应用中最重要的材料之一。半导体材料的类型：元素半导体：硅(Si)、锗(Ge)化合物半导体：砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等半导体材料化合物(compound)半导体材料半导体的

2、晶格结构：半导体的结构特点：半导体材料是单晶体，它在三维空间是周期性地排列着的。即使当原子热振动时，仍以其中心位置作微量振动。晶格(lattice)：晶体中原子的周期性排列称为晶格。单胞(unitcell)：周期性排列的最小单元，用来代表整个晶格，将此单胞向晶体的四面八方连续延伸，即可产生整个晶格。晶体结构单胞及其表示：右图是一个简单的三维空间单胞。晶格常数：单胞与晶格的关系可用三个向量a、b及c来表示，它们彼此之间不需要正交，而且在长度上不一定相同，称为晶格参数。每个三维空间晶体中的等效格点可用下面的向量组表示：R＝ma+nb+pc其中m、n及p是整

3、数。晶体结构几种常见基本晶胞：简单立方晶格(simplecubic,sc)：在立方晶格的每一个角落，都有一个原子，且每个原子都有六个等距的邻近原子。长度a称为晶格常数。在周期表中只有钚(polonium)属于简单立方晶格。体心立方晶格(body-centered,bcc)：除了角落的八个原子外,在晶体中心还有一个原子。在体心立方晶格中，每一个原子有八个最邻近原子。钠(sodium)及钨(tungsten)属于体心立方结构。xzyxz基本晶体结构面心立方晶格(face-centeredcubic,fcc):除了八个角落的原子外，另外还有六个原子在六个面的

4、中心。在此结构中，每个原子有12个最邻近原子。很多元素具有面心立方结构，包括铝(aluminum)、铜(copper)、金(gold)及铂(platinum)。密集六方结构：z基本晶体结构金刚石晶格结构：此结构属于面心立方晶体家族，可被视为两个相互套构的面心立方副晶格，此两个副晶格偏移的距离为立方体体对角线的1/4(a的长度)。此两个副晶格中的两组原子虽然在化学结构上相同，但以晶格观点看却不同。硅和锗都是金刚石晶格结构。闪锌矿结构(zincblendelattice)：大部分的III-V族化合物半导体(如GaAs)具有闪锌矿结构，它与金刚石晶格的结构类

5、似，只是两个相互套构的面心立方副晶格中的组成原子不同，其中一个副晶格为III族原子(Ga)，另一个副晶格为V族原子(As)。基本晶体结构例1硅在300K时的晶格常数为5.43Å。请计算出每立方厘米体积中的硅原子数及常温下的硅原子密度。解：每个单胞中有8个原子，因此每立方厘米体积中的硅原子数为8/a3=8/(5.43×108)3=5×1022（个原子/cm3）密度=每立方厘米中的原子数×每摩尔原子质量/阿伏伽德罗常数=5×1022×28.09/(6.02×1023)g/cm3=2.33g/cm3基本晶体结构由于不同平面的原子空间位置不同。因此沿着不同平面

6、的晶体特性并不同，且电特性及其他器件特性与晶体方向有着重要的关联。密勒指数(Millerindices)：是界定一晶体中不同平面的简单方法。这些指数可由下列步骤确定：找出平面在三坐标轴上的截距值(以晶格常数为计量单位)；取这三个截距值的倒数，并将其化简成最简单整数比；将此结果以“(hkl)”表示，即为单一平面的密勒指数。(010)aaa(001)O(100)yxzaaaO(100)yxzaaaO(100)yxz基本晶体结构关于密勒指数的一些其他规定：()：代表在x轴上截距为负的平面，如{hkl}：代表相对称的平面群，如在立方对称平面中，可用{100}表

7、示(100)，(010)，(001)，，，六个平面。[hkl]：代表一晶体的方向，如[100]方向定义为垂直于(100)平面的方向，即表示x轴方向。而[111]则表示垂直于(111)平面的方向。：代表等效方向的所有方向组，如<100>代表[100]、[010]、[001]、、、六个等效方向的族群。例如图所示平面在沿着三个坐标轴的方向有三个截距a、3a、2a，其的倒数分别为1/a、1/3a和1/2a。它们的最简单整数比为6:2:3(每个分数乘6a所得)。因此这个平面可以表示为(623)平面。a3a2azyx基本晶体结构在金刚石晶格中，每个原子被

8、四个最邻近的原子所包围。右下图是其二维空间结构简图。每个原子在外围轨道有四个电子，分别与周围4