半導體物理與器件1

1、第一章 固體晶體結(jié)構(gòu)1.1 半導體材料 BAAAABCNOAlSiPSZnGaGeAsSeCdInSnSbTe第一章 固體晶體結(jié)構(gòu) 元素半導體元素半導體 Si、Ge、C、 化合物半導體（高速器件和光電器件）化合物半導體（高速器件和光電器件） AlP、GaP、 GaAs、InP GaN（微波、藍光器件）、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） 氧化物半導體（高速器件和光電器件）氧化物半導體（高速器件和光電器件） ZnO、TiO2、SnO2 、AlxZn1-xO、GaxZn1-xO

2、、InxSn1-xO2BaNbxTi1-xO31.1 半導體材料 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、胞是可以復制出整個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) 簡立方簡立方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)簡立方簡立方 (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：體心立方假設晶格常數(shù)a=0.5nm=5*10-8cm體密度 個原子/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原子面密度簡立方簡立方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)沿體對角線平移1/4距離所形成的復試晶格也可以看著是由缺四個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原子價鍵（Atomic Bonding）離子鍵（Ionic Bond）NaCl共價鍵（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)點缺陷（點缺陷（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):位錯位錯Dislocation刃位錯(edge)、螺位錯(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半導體材料的生長熔體法（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