半導(dǎo)體物理與器件1

1、第一章 固體晶體結(jié)構(gòu)1.1 半導(dǎo)體材料 BAAAABCNOAlSiPSZnGaGeAsSeCdInSnSbTe第一章 固體晶體結(jié)構(gòu) 元素半導(dǎo)體元素半導(dǎo)體 Si、Ge、C、 化合物半導(dǎo)體（高速器件和光電器件）化合物半導(dǎo)體（高速器件和光電器件） AlP、GaP、 GaAs、InP GaN（微波、藍(lán)光器件）、CdTe（薄膜太陽能電池）、SiC（高功率器件） AlGaAs、AlGaN CuInGaSe(CIGS) 、 CuZnSnS(CZTS) （薄膜太陽能電池） 氧化物半導(dǎo)體（高速器件和光電器件）氧化物半導(dǎo)體（高速器件和光電器件） ZnO、TiO2、SnO2 、AlxZn1-xO、GaxZn1-xO

2、、InxSn1-xO2BaNbxTi1-xO31.1 半導(dǎo)體材料 第一章 固體晶體結(jié)構(gòu)晶體的三種類型的示意圖：(a)無定型 (b)多晶 (c)單晶 1.2 固體類型 第一章 固體晶體結(jié)構(gòu)有序化區(qū)域有序化區(qū)域是指原子或分子有規(guī)則或周期性幾何排列的空間范疇。無定型材料無定型材料只在幾個(gè)原子或分子的尺度內(nèi)有序。單晶區(qū)域單晶區(qū)域也稱晶粒，在許多個(gè)原子或分子的尺度內(nèi)有序的空間范疇。多晶材料多晶材料是由多個(gè)有序化區(qū)域構(gòu)成的材料，它們由晶界相分離。單晶材料單晶材料則在整個(gè)范圍都有很高的幾何周期性。1.2 固體類型第一章 固體晶體結(jié)構(gòu)1.3.1原胞（Primitive Cell）和晶胞(Unit Cell)晶

3、胞是可以復(fù)制出整個(gè)晶體的一小部分晶體，晶胞并非只有一種結(jié)構(gòu)。原胞是可以通過重復(fù)形成晶格的最小晶胞。1.3 空間晶格csbqapr第一章 固體晶體結(jié)構(gòu)1.3.2基本的晶體結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)立方簡(jiǎn)立方SC,Simple CubicSC,Simple Cubic 體心立方體心立方BCC,Body-Centered CubicBCC,Body-Centered Cubic 面心立方面心立方FCC,Face-Centered CubicFCC,Face-Centered Cubic三種晶格類型：三種晶格類型：(a)簡(jiǎn)立方簡(jiǎn)立方 (b)體心立方體心立方 (c)面心立方面心立方 第一章 固體晶體結(jié)構(gòu)1.3.2基本的晶

4、體結(jié)構(gòu) 晶體中的原子體密度：體心立方假設(shè)晶格常數(shù)a=0.5nm=5*10-8cm體密度 個(gè)原子/cm3223810*6 . 110*5181*8第一章 固體晶體結(jié)構(gòu)1.3.3 晶面和密勒指數(shù)三種晶面：(a)（100）平面 (b) （110）平面 (c) （111）平面 第一章 固體晶體結(jié)構(gòu)v原子面密度簡(jiǎn)立方簡(jiǎn)立方SC,Simple CubicSC,Simple Cubic體心立方體心立方BCC,Body-Centered CubicBCC,Body-Centered Cubic面心立方面心立方FCC,Face-Centered CubicFCC,Face-Centered Cubic第一章 固

5、體晶體結(jié)構(gòu) 晶向三種晶向和晶面：(a)(100)平面和100方向 (b) (110)平面和110方向 (c) (111)平面和111方向 第一章 固體晶體結(jié)構(gòu)1.3.4金剛石結(jié)構(gòu)(Diamond)金剛石結(jié)構(gòu)可以看著面心立方結(jié)構(gòu)沿體對(duì)角線平移1/4距離所形成的復(fù)試晶格也可以看著是由缺四個(gè)頂角原子的體心立方結(jié)構(gòu)堆積而成。硅具有金剛石結(jié)構(gòu)GaAs具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)，也可以看著是由不同原子交替的金剛石結(jié)構(gòu)第一章 固體晶體結(jié)構(gòu) 金剛石結(jié)構(gòu)第一章 固體晶體結(jié)構(gòu)GaAs閃鋅礦結(jié)構(gòu)第一章 固體晶體結(jié)構(gòu)1.4原子價(jià)鍵（Atomic Bonding）離子鍵（Ionic Bond）NaCl共價(jià)鍵（Covalent Bo

6、nding）Si金屬鍵（Metallic Bonding）Cu分子鍵（范德華鍵）（Van der Waals Bond）H2O第一章 固體晶體結(jié)構(gòu)1.5固體中的缺陷與雜質(zhì)點(diǎn)缺陷（點(diǎn)缺陷（Point defect):空位空位Vacancy、填隙、填隙Interstitial空位填隙缺陷（弗蘭克爾缺陷Frenkel）空位表面原子缺陷（肖脫基缺陷Schottky）線缺陷（線缺陷（Line defect):位錯(cuò)位錯(cuò)Dislocation刃位錯(cuò)(edge)、螺位錯(cuò)(Screw)第一章 固體晶體結(jié)構(gòu)1.5固體中的缺陷與雜質(zhì)替位（取代）雜質(zhì) Substitutional Impurity填隙雜質(zhì) Interstitial Impurity第一章 固體晶體結(jié)構(gòu)1.6半導(dǎo)體材料的生長(zhǎng)熔體法（直拉單晶法）Czochralski外延法Epitaxial: 氣相外延CVD(Chemical Vapor Deposition)、PVD(Physical Vapor Deposition)、液相外延Liquid-phase Epitaxy、分子束外延MBE(Molecular Beam Epitaxy)、脈沖激光沉積PLD（Pulsed Laser Deposition ）、原子層沉積ALD（Atomic Layer De