半导体器件物理之半导体材料

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1、半导体器件物理参考书S.M.Sze,PhysicsofSemiconductorDevices,SecondEdition,JahnWiley&Sons,Inc.1981.施敏著,黄振岗译,《半导体器件物理》，电子工业出版社,1987.王家骅等编著，《半导体器件物理》，科学出版社，北京，1983。施敏(S.M.Sze)主编，《现代半导体器件物理》，科学出版社，北京，2001。主要内容第一章半导体物理基础晶体结构，能带论，晶格振动，半导体统计，非平衡载流子输运,器件工作基本方程第二章半导体接触P-N结异质结金属-半导体接触半导体绝缘体MIS第三章典型半导体器件3.1双

2、极结型晶体管基本工作原理，输出特性，等效电路，异质结双极晶体管(HBT)3.2场效应晶体管结型场效应晶体管,MOSFET的基本工作原理和电荷控制模型,C-MOS器件的基本工作原理,异质结场效应晶体管,非晶薄膜晶体管3.3光电子器件LED和半导体激光器,光探测器,太阳能电池,集成光电子学3.4专用微波器件隧道二级管,IMPATT器件,体效应器件第四章新型半导体器件超晶格器件，共振隧道器件，其他新型半导体主要内容第一章半导体物理基础§1.1半导体材料§1.2晶体结构§1.3能带§1.4热平衡时的载流子浓度§1.5载流子输运§1.6半导体的声子谱以及光学、热学和高场性质§

3、1.7半导体器件工作的基本方程Ch11.1§1.1半导体材料固体材料根据导电性能可分为：绝缘体、半导体和导体绝缘体：熔凝石英、玻璃：10-18-10-8S/cm半导体：硅、砷等，介于绝缘体与导体之间，且对温度、光照、磁场及杂质原子等敏感电子应用领域中最重要的材料之一。导体：铝、银等，：104-106S/cm绝缘体、半导体和导体电导率的典型范围。周期表中与半导体有关的部分周期II族III族IV族V族VI族2B硼C碳N氮3Mg镁Al铝Si硅P磷S硫4Zn锌Ga镓Ge锗As砷Se硒5Cd镉In铟Sn锡Sb锑Te碲6Hg汞Pb铅1.1元素与化合物半导体元素IV-IV

4、族化合物III-V族化合物II-VI族化合物IV-VI族化合物Si60年代初Ge50年代初SiCAlAsAlSbBNGaAsGaPGaSbInAsInPInSbCdSCdSeCdTeZnSZnSeZnTePbSPbTe绝大多数半导体器件都是用硅材料制作的微波、光电器件主要用来制作微光电器件，红外器件和光电池。1.1半导体材料形态非晶多晶晶体非晶态半导体：原子排列长程无序，有一些非晶材料常态下是绝缘体或高阻体，但在达到一定值的外界条件(如电场、光、温度等)时，呈现出半导体电性能，称之为非晶态半导体材料。开关元件、记忆元件、固体显示、热敏电阻和太阳能电池等。晶体：原子有

5、规律排列，具有确定的晶体结构，各向异性。多晶：由大的晶粒和晶界组成，也可能包括部分非晶,保留了单晶的基本性质，总体性质上表现出各向同性。半导体材料的制备从熔体中制备Growthfrommelt：Czochralski（提拉法）:利用子晶生长Slicebouleintowafers:Zonerefining:外延生长Epitaxialgrowth:CVD、PVD方法(非晶薄膜）：晶体晶体VaporphaseEpitaxyMBELiquid-phaseepitaxy1.1§1.2晶体结构--单晶半导体材料1.2晶体中原子的周期性排列称为晶格，整个晶格可以用单胞来描述，重

6、复单胞能够形成整个晶格。三种立方晶体单胞简单立方Cubic(PMn)体心立方bccBodycenter(Na,W,etc)面心立方fcc(Al,Au,etc)xzyaxzyaxzya1.2金刚石结构，属立方晶系，由两个面心立方子晶格相互嵌套而成。硅，锗，每个原子有四个最近邻。闪锌矿结构，两种元素，GaAs,GaP等纤锌矿结构，CdS,ZnS化合物半导体的两种单胞岩盐结构，PbS,PbTe选择单胞的规则：1）对称性与整个晶体的对称性一致，2）直角最多，3）体积最小晶体学单胞或惯用单胞晶向：从坐标原点到点（u,,w）的直线1。特定的方向用方括号表示：[uw]2。晶

7、向指数u，，w是一组最小的指数，[1/21/21]→[112]3。负指数[ūw]4。由对称性决定的等效晶向1.2基失:基本平移矢量，平移矢量（连接任意两个阵点的矢量）不过任何阵点。取一原点O，选三个基本平移矢量。任何一平移矢量，都可用表示:晶面：在坐标轴上截距为1/h,1/k,1/l的平面[1/21/21]→[112]1。晶面取向用圆括号表示(hkl)2。hkl称为米勒指数3。负指数(kl)4。由对称性决定的等效晶面{hkl}1.2一些半导体材料的晶体结构和晶格常数元素/化合物名称晶体结构晶格常数（300K)元素半导体CGeSiSnCarbon(D