北京科技研究生半導(dǎo)體材料導(dǎo)論復(fù)習(xí)題

374-10-173-192、半導(dǎo)材有374-10-173-192答：半導(dǎo)體在其電的傳導(dǎo)性方面，其電導(dǎo)率低于導(dǎo)體，而高于絕緣體。（1溫下電率在10~10S/cm之西門(mén)子單cm)；一金屬為10，而絕緣體則<，低可達(dá)10。同時(shí)，同一種半導(dǎo)體材料，因其摻入的雜質(zhì)量不同，可使其電導(dǎo)率在幾個(gè)到十幾個(gè)數(shù)量級(jí)的范圍內(nèi)變化，也可因光照和射線輻照明顯地改變其電導(dǎo)率；而金屬的導(dǎo)電性受雜的影響，一般只在百分之幾十的范圍內(nèi)變化，不受光照的影響。（2）其純度較高時(shí)，其電導(dǎo)率的溫度系數(shù)為正值，即隨著溫度升高，它的電導(dǎo)率增大；而金屬導(dǎo)體則相，其電導(dǎo)率的溫度系數(shù)為負(fù)值。（3）兩種載流子參加導(dǎo)電。一種是為大家所熟悉的電子，另一種則是帶正電的載流子，稱為空穴。而且一種半導(dǎo)體材料，既可以形成以電子為主的導(dǎo)電，也可以形成以空穴為主的導(dǎo)電。在金屬中是僅靠子導(dǎo)電，而在電解質(zhì)中，則靠正離子和負(fù)離子同時(shí)導(dǎo)電。、述導(dǎo)材的類答：對(duì)半導(dǎo)體材料可從不同的角度進(jìn)行分類例如：根據(jù)其性能可分為高溫半導(dǎo)體、磁性半導(dǎo)體、熱電半導(dǎo)體；根據(jù)其晶體結(jié)構(gòu)可分為金剛石型、閃鋅礦型、纖鋅礦型、黃銅礦型半導(dǎo)體；根據(jù)其結(jié)晶程度可分為晶體半導(dǎo)體、非晶半導(dǎo)體、微晶半導(dǎo)體，但比較通用且覆蓋面較全的則是按其化學(xué)組成的分類，依此可分為：元素半導(dǎo)體、化合物半導(dǎo)和固溶半導(dǎo)體三大類。、合半體固體導(dǎo)有哪區(qū)。答：由兩個(gè)或兩個(gè)以上的元素構(gòu)成的具有足夠的含量的固體溶液，如果具有半導(dǎo)體性質(zhì)，就稱固溶半導(dǎo)體，簡(jiǎn)稱固溶體或混晶。固溶半導(dǎo)體又區(qū)別于化合物半導(dǎo)體，因后者是靠其價(jià)鍵按一定化學(xué)配比所構(gòu)成。固溶體則在其固溶度范圍內(nèi)，其組成元素的含量可連續(xù)變化，其半導(dǎo)體及有關(guān)性質(zhì)也隨之變化。、述導(dǎo)材的導(dǎo)與流子度遷率關(guān)。答：s=nem其中：載流子濃度，單位為/cm;e為電子的電荷，單位為庫(kù)侖對(duì)有材料都是一樣。為流子的遷移率，它是在單位電場(chǎng)強(qiáng)度下載流子的運(yùn)動(dòng)速度，單位為cm；電導(dǎo)率s的位為門(mén)子、述爾應(yīng)答：將一塊矩形樣品在一個(gè)方向通過(guò)電流，在與電流的垂直方向加上磁場(chǎng)(H)，么在樣品的第三個(gè)方向就可以出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)，稱霍爾電動(dòng)勢(shì)，此效應(yīng)稱霍爾效應(yīng)。、能理闡導(dǎo)、導(dǎo)和絕體機(jī)。答：按固體能帶理論，物質(zhì)的核外電子有不同的能量。根據(jù)核外電子能級(jí)的不同，把它們的能劃分為三種能帶：導(dǎo)帶、禁帶和價(jià)帶（滿帶在禁帶里，是不允許有電子存在的。禁帶把導(dǎo)帶和價(jià)帶分開(kāi)，對(duì)于導(dǎo)體，它的大量電子處于導(dǎo)，能自由移動(dòng)。在電場(chǎng)作用下，成為載流子。因此，導(dǎo)體載流子的濃度很大。對(duì)絕緣體和半導(dǎo)體，它的電子大多數(shù)都處于價(jià)帶，不能自由移動(dòng)。但在熱、光等外界因素的作下，可以使少量?jī)r(jià)帶中的電子越過(guò)禁帶，躍遷到導(dǎo)帶上去成為載流子。絕緣體和半導(dǎo)體的區(qū)別主要是禁的寬度不同。半導(dǎo)體的禁帶很窄低3eV緣體的禁帶寬一些，電子的躍遷困難得多。因此，絕緣體的載流子的濃度很小。導(dǎo)電性能很弱。實(shí)際絕緣體里，導(dǎo)帶里的子不是沒(méi)有，并且總有一些電子會(huì)從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，但數(shù)量極少。所以，在一般情況下，可以忽略在外場(chǎng)作用它們移動(dòng)所形成的電流。但是，如果外場(chǎng)很強(qiáng)，束縛電荷掙脫束縛而成為自由電荷，則絕緣體就會(huì)擊”而成為導(dǎo)體。、么本半體雜半體？答：當(dāng)半導(dǎo)體主要是靠熱激發(fā)產(chǎn)生載流子時(shí)，導(dǎo)電稱為本征導(dǎo)電，這種半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體其特點(diǎn)是自由電子數(shù)等于空穴數(shù)。另一種導(dǎo)電機(jī)制是靠電活性雜質(zhì)形成的載流子導(dǎo)電，這種導(dǎo)電稱為雜質(zhì)導(dǎo)電，種半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)

擴(kuò)半導(dǎo)體。擴(kuò)、么施雜和主質(zhì)答：施主雜質(zhì)：以雜質(zhì)導(dǎo)電為主的、能向?qū)ж暙I(xiàn)電子的雜質(zhì)，稱為施主雜質(zhì)。對(duì)IV族素半導(dǎo)體而言V族元素就是施主雜質(zhì)。受主雜質(zhì)：從價(jià)帶俘獲電子在價(jià)帶形成空穴的雜質(zhì)稱為受主雜質(zhì)。對(duì)IV素半導(dǎo)體而言III族素就是受主雜質(zhì)。、述料載子度溫的關(guān)。答：以為例I為溫區(qū)，這時(shí)本征激發(fā)的載子濃度超過(guò)雜質(zhì)所提供的載流子濃度。II為中區(qū)為雜質(zhì)載流子的和區(qū)，因?yàn)殡s質(zhì)的電離能比禁帶寬度小得多，因此在相當(dāng)大的溫度范圍內(nèi)雜質(zhì)全部電離，在此溫度范圍內(nèi)，載流子濃度無(wú)變化。III區(qū)在溫度相當(dāng)?shù)蜁r(shí)激發(fā)的載流子與雜質(zhì)激發(fā)的載流子都隨溫度下降而減少所出現(xiàn)的載流子濃度與溫度的關(guān)系。、述料載子遷率溫度關(guān)。答：在低溫段，以電離雜質(zhì)散射為主，由于載流子運(yùn)動(dòng)與電離雜質(zhì)的靜電場(chǎng)相互作用的結(jié)果，移率隨溫度上升而增大；在高溫區(qū)，則晶格散射起主導(dǎo)作用，隨溫度升高，晶格振動(dòng)的振幅增大，對(duì)載流子的運(yùn)動(dòng)的散射用就增強(qiáng)，因此遷移率變低。遷移率的最大時(shí)的溫度，也就是從電離雜質(zhì)散射轉(zhuǎn)變到晶格散射的溫度，取決于電離雜質(zhì)含量雜質(zhì)含量愈高，其轉(zhuǎn)變溫度也愈高。11、簡(jiǎn)pn結(jié)原理答：當(dāng)這兩塊半導(dǎo)體結(jié)合成一個(gè)整體時(shí)p型導(dǎo)體中有大量的空穴而n型導(dǎo)中有大量的電子，他們向相對(duì)方向擴(kuò)散，但這種擴(kuò)散并非無(wú)休止的，因?yàn)檫@種擴(kuò)散打破了邊界附近的電中性，空穴進(jìn)n型與電子復(fù)合，而失去電子的離子便形成正電勢(shì)；在型則因同樣的道理而形成負(fù)電勢(shì)，這樣便在邊界附近形成了電位差，稱為內(nèi)建勢(shì)場(chǎng)（電場(chǎng)稱散電勢(shì)。這個(gè)勢(shì)場(chǎng)根據(jù)同性相斥、異性相吸的原理，會(huì)防止空穴與電子的一步擴(kuò)散，而達(dá)到平衡，這個(gè)平衡的電勢(shì)用V表，這就構(gòu)成結(jié)、為特結(jié)肖基壘答：一塊n型導(dǎo)體與屬相接觸，一般半導(dǎo)體的逸出功比金屬小，這樣半導(dǎo)體中的電子就流入金屬，達(dá)到平衡后形成勢(shì)壘，稱肖特基勢(shì)壘，由此形成的結(jié)為肖特基結(jié)。、簡(jiǎn)述質(zhì)形的理答：兩種不同半導(dǎo)體材料所組成的結(jié)構(gòu)為異質(zhì)結(jié)如材料A生在材料B在A與的交界處就形成了異質(zhì)結(jié)。異質(zhì)結(jié)的材料A與B可以是同一導(dǎo)電類型或稱同型異質(zhì)結(jié)可是不同導(dǎo)電類型的pn或，稱異型異質(zhì)結(jié)。、簡(jiǎn)述子的構(gòu)形的件答：量子阱：如果半導(dǎo)體材料A與組多層異質(zhì)結(jié)A被在B之，A的帶低于EA的價(jià)帶cAcB頂高的當(dāng)A層厚度小至可以與量子力學(xué)電子的德布羅意波相時(shí)形量子阱。vAvB、簡(jiǎn)述晶的類答：超晶格種類：每種材料層的厚度通常為晶格常數(shù)的倍而周期數(shù)可作到幾十、幾百甚至上千層。如果周期較多，由于電子波函數(shù)的耦合，使原來(lái)的各單量子阱的能級(jí)展寬成能帶。超晶格材料可分組分超晶格、摻雜超晶格、復(fù)型超晶格、應(yīng)變層超晶格、短周期超晶格、非晶超晶格等。、為電應(yīng)塞克應(yīng)帕爾效？答：熱電效是由溫差引起的電效應(yīng)（塞貝克效應(yīng)）和由電流引起的可逆熱效應(yīng)（帕爾貼效應(yīng)）總稱，因此也稱之為溫差電效應(yīng)。年德國(guó)人塞貝克（Seebeck）發(fā)現(xiàn)在銻與銅相接觸所形成回路中，如果一個(gè)接觸點(diǎn)與另一個(gè)接觸點(diǎn)的溫度不同，就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，此即塞貝克效應(yīng)。年法國(guó)人帕爾帖（）發(fā)現(xiàn)當(dāng)電流通過(guò)兩種金屬的接點(diǎn)時(shí)，往個(gè)方向使觸點(diǎn)放熱，換成相反方向，則

。使觸點(diǎn)吸熱，此現(xiàn)象稱為波爾帖效。、為電？答：既然光子可形成本征激發(fā)，那么所形成的電--空穴對(duì)就增大了材料的電率，這種現(xiàn)象就稱為光電導(dǎo)。、為底度答：在材料中雜質(zhì)的行為多種多樣，而所需要的雜質(zhì)的種類很少，卻要求有準(zhǔn)確的含量。所以行的辦法是先把半導(dǎo)體材料進(jìn)行提純，把其中所有的雜質(zhì)降到一定的水平，使材料獲得較高的本底純度，然后再入所需的雜質(zhì)。、述陷種和容答：晶體缺陷通?？煞譃椋海?）缺陷體。（2線缺陷（3面缺陷（4體缺陷（5微缺陷

這主要是單個(gè)原子之間的變化，如空位、間隙原子、反位缺陷、替位缺陷，和由它們構(gòu)成的復(fù)呈線狀排列，例如位錯(cuò)就是這類缺陷。呈面狀，在另一個(gè)方向上尺寸較小，如晶界、堆垛層錯(cuò)、相界等。如空洞、夾雜物、雜質(zhì)沉淀物等。幾何尺寸在微米級(jí)或更小，如點(diǎn)缺陷的聚集物、微沉積物等。缺陷如按其形成過(guò)程，可分為原生缺陷（在晶體制備過(guò)程中所引入的缺陷）和二次缺陷（在晶加工過(guò)程，包括器件制備過(guò)程所引入的缺陷、導(dǎo)的量。答電率電率倒，用W.cm（歐姆厘米）作單位。測(cè)量電阻率可用四探針?lè)ā商结樂(lè)?。也可以直接切成矩形樣品測(cè)其電阻用寸算測(cè)電阻率均勻性時(shí)可上述方法在量微觀電阻率不均勻性時(shí)，因要求其分辨率達(dá)mm，故采用擴(kuò)展電阻法及電子束感應(yīng)電流EBIC）等。、何定導(dǎo)材的電型？答：測(cè)量導(dǎo)電類型一般使用熱探針?lè)?。將一個(gè)熱探針和一個(gè)冷探針?lè)旁诎雽?dǎo)體材料上，保持一距離，因熱端的多數(shù)載流子的擴(kuò)散速度比冷端快，因此產(chǎn)生電位差，這電位差的正負(fù)取決于多數(shù)載流子帶正電荷是帶負(fù)電荷，從此可測(cè)出材料是型還是型。、度的征法哪種各何缺？答：材料的純度可分為目的純度與整體純度兩種。目的度是指對(duì)某種（些）特定雜質(zhì)的含量要嚴(yán)格低于某些數(shù)值，而對(duì)其他雜質(zhì)的含量則要求較寬的情況下的純度。整體純度是指要控制材料中所有的或絕大部分雜質(zhì)的情況。表征體純度是一般用）×100%來(lái)示，其中Xi為析得各雜質(zhì)的含量。得到結(jié)果可簡(jiǎn)化為若干”“9的文是nine,常用”“來(lái)示雜質(zhì)總含量為，用上式計(jì)算得99.99965，稱為5個(gè)9”或5N純度。這種征方法的缺點(diǎn)是，對(duì)同一個(gè)對(duì)象而言，分析的雜質(zhì)種類愈多，則SXi的愈大，其表征純度愈低，如果漏掉一個(gè)含量高的雜質(zhì)，那它的表征數(shù)值不能確切地反映其真實(shí)的純度。為了補(bǔ)這一缺點(diǎn)，常常在用上述方法標(biāo)出其純度的同時(shí)，說(shuō)明分析了哪些元素及其含量。因此較全面地表征一些高純?cè)?，既要?biāo)出各種雜質(zhì)的分析結(jié)果，幾“”又要列出其RRR值。、純方有些答：用于半導(dǎo)體材料的提純方法較多，可分為兩大類：類是有其他物質(zhì)參加化學(xué)反應(yīng)的，稱為學(xué)提純。化學(xué)提純的方法有電解法、萃取法、化合物精餾法絡(luò)合物法、化學(xué)吸附法等。一類是不改變其化學(xué)主成分而直接進(jìn)行純的為物理提純理提純的方法有真空蒸發(fā)法熔法、直拉單晶法等。、為凝象分系？答：如果在A熔體中存在著微量的B雜質(zhì)，并且它們?cè)诠腆w的狀況下是形成固溶體，則在冷卻析晶時(shí)，微量的B雜質(zhì)將有一部分凝入固相中，但雜質(zhì)在晶體中的濃度和在熔體中的濃度是不一樣的，在熔體中的度是C在晶L體中B的度是由液相線和固相線近似地看成直線很易證明在平衡時(shí)者的比值是一個(gè)常數(shù)：K=/C。L

L5oK稱分配/凝系數(shù)，上述現(xiàn)象稱為分凝現(xiàn)象。L5o、為效凝數(shù)答：為了描述界面處雜質(zhì)濃度的偏離對(duì)固相中雜質(zhì)濃度的影響，把固體雜質(zhì)濃度C與體雜質(zhì)濃度C定義為有效分凝系數(shù)kS。界面不移動(dòng)或生長(zhǎng)速率極其緩慢時(shí)C,kk。結(jié)晶一定速率時(shí)，ffLeffk則L,而C。eff0L0SL晶體生長(zhǎng)的同時(shí)雜質(zhì)不斷地析出（）留在熔體中，果雜質(zhì)析出的速率大于它通過(guò)擴(kuò)算或攪拌而散開(kāi)的速率，0那么將在界面形成濃度梯度。已知分凝系數(shù)/C(0)有效分凝系數(shù)定為C與遠(yuǎn)離界面的參雜濃度的比值0lek=k=C/C(∞el、為向固答：將B雜含量為C的混合物放入舟形容器內(nèi)全部熔化，然后從一端到一端逐漸凝固。如果這種凝固滿足以o下三個(gè)條件：（）質(zhì)的分凝系數(shù)K是常數(shù)；（b）雜質(zhì)在固體中的擴(kuò)可以忽略不計(jì)；（c）雜質(zhì)在液體中的分布是均的。那么就稱為正凝（定凝結(jié)）、為熔純其理何答：區(qū)域提純是用電阻爐或高頻爐加熱的方法，使一些含有雜質(zhì)的材料條的某一區(qū)域熔化，然使熔化區(qū)域由一端逐步移向另一端。材料的雜質(zhì)由于分凝作用，就朝著一定方向集中，反復(fù)多次進(jìn)行，最后雜質(zhì)聚集在端頭的一個(gè)很小的范圍內(nèi)，而使大部分材料達(dá)到提純的目的。這一過(guò)程稱為區(qū)域提純。區(qū)域提純之所以能多次重復(fù)于熔化局限在一個(gè)很小的區(qū)(不像定向凝固需全部熔)余都處在固體狀態(tài)，擴(kuò)散極慢。在第二遍熔區(qū)移動(dòng)時(shí)，雜質(zhì)不可能恢復(fù)原來(lái)均勻分布，只能進(jìn)一步把雜質(zhì)往一端集。、為拉？答：直拉法又稱喬赫拉斯基法Czochralskimethod，因J.Czochralski于年先提出而得名在半導(dǎo)體領(lǐng)域中應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的單晶制備方法。其基本原理是利用單晶籽晶從坩堝熔體中向上提拉使晶體按籽晶的晶向垂直向上生長(zhǎng)成所需直徑的單晶。、為延長(zhǎng)答：外延生長(zhǎng)是指在單晶襯底上與襯底的晶體結(jié)構(gòu)按一定的關(guān)系連續(xù)生長(zhǎng)單晶層的過(guò)程。、為學(xué)相延答：在氣相狀態(tài)下，將半導(dǎo)體材料淀積在單晶片上，使它沿著單晶片的結(jié)晶軸方向生長(zhǎng)出一層度和電阻率合乎要求的單晶層，這一工藝稱為氣相外延。、在導(dǎo)領(lǐng)中絕優(yōu)的原有些答：優(yōu)異的半導(dǎo)體性質(zhì)。它具有適度的禁帶寬度和良好的電子遷移率，這樣既以獲得高的電阻率×10歐姆.厘米高工作溫度C)，又有利于制作大率器件，做到器件的壓降不高，可在功率、頻率上滿足很大范圍的要求。良的化學(xué)性質(zhì)。它無(wú)毒，在地殼中的豐度最大，不存在資源問(wèn)題，材料本身不會(huì)造成公害，生產(chǎn)過(guò)程中的三廢也較易處理，這就保證了生產(chǎn)的低成本。在Si體上容易形成SiO，與結(jié)合得很牢，這一點(diǎn)是別的半導(dǎo)體材料所沒(méi)有的。所形成的在刻工藝中