半導(dǎo)體物理與器件第一章

1、半導(dǎo)體物理與器件第一章第1頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)2教材與參考書(shū)推薦教材電子工業(yè)出版社出版的半導(dǎo)體物理與器件，作者Donald A.Neamen。2參考書(shū)：劉恩科 半導(dǎo)體物理學(xué)，西安交通大學(xué)出版社，2003顧祖毅，田立林等半導(dǎo)體物理學(xué)， 電子工業(yè)出版社，1995半導(dǎo)體器件 物理與工藝(美)施敏(S.M.Sze)著，王陽(yáng)元等譯 第2頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)3學(xué)時(shí)分配本課程的講授內(nèi)容 第一章 固體的晶體結(jié)構(gòu)（2學(xué)時(shí)） 第三章 固體量子理論初步 （6學(xué)時(shí)） 第四章 平衡狀態(tài)下的半導(dǎo)

2、體（7學(xué)時(shí)） 第五章 載流子輸運(yùn)與過(guò)剩載流子現(xiàn)象（7學(xué)時(shí)） 第六章 半導(dǎo)體中的非平衡過(guò)剩載流子 （9學(xué)時(shí)） 第七章 PN結(jié) （4學(xué)時(shí)） 第八章 pn結(jié)二極管 （7學(xué)時(shí)） 第九章 金屬半導(dǎo)體和半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié) （5學(xué)時(shí)） 第十章 雙極晶體管（10學(xué)時(shí)） 第十一章 金屬/氧化物/半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管基礎(chǔ)（10學(xué)時(shí)） 第十二章 小尺寸MOS器件物理（5學(xué)時(shí)）總計(jì)：72學(xué)時(shí)第3頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)4 本課程的目標(biāo) 通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將全面了解電子科學(xué)與技術(shù)與微電子學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)與基本技能、應(yīng)用領(lǐng)域及研究熱點(diǎn)、學(xué)科方向與發(fā)展趨勢(shì)等內(nèi)容，為學(xué)

3、生進(jìn)入相關(guān)研究領(lǐng)域或相關(guān)的交叉學(xué)科，打下一個(gè)初步的基礎(chǔ)。第4頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)5 考核與記分方式平時(shí)成績(jī)占20，期末考試占80?？荚嚥捎瞄]卷形式。第5頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)6課程意義半導(dǎo)體器件在人們生活中的重要作用信息領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（CPU、Memory、Chips）通信（移動(dòng)電話）能源領(lǐng)域：電源、機(jī)車、電機(jī)、馬達(dá)、電力輸送、節(jié)能、環(huán)保、自動(dòng)化軍事領(lǐng)域：尖端智能武器、光探測(cè)器、測(cè)距消費(fèi)類：隨身聽(tīng)、音頻數(shù)字信號(hào)處理、光筆、電子表、汽車電子（電動(dòng)車門(mén)、電噴、照明）

4、、空調(diào)、彩電半導(dǎo)體微電子IC電子計(jì)算信息技術(shù)傳統(tǒng)行業(yè)現(xiàn)代文明第6頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)7這門(mén)課的主要內(nèi)容半導(dǎo)體物理固體的晶格機(jī)構(gòu)固體量子理論初步平衡半導(dǎo)體載流子輸運(yùn)現(xiàn)象半導(dǎo)體中的非平衡過(guò)剩載流子pn結(jié)Pn結(jié)二極管金屬半導(dǎo)體和半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體器件雙極晶體管 金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管基礎(chǔ) 小尺寸MOS器件物理 第7頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)8第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)1.1 半導(dǎo)體材料典型半導(dǎo)體及分類1.2 固體類型三種固體形態(tài)1.3 晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)晶體學(xué)基本概念和基本

5、晶格結(jié)構(gòu)1.4 晶體中原子之間的價(jià)鍵離子、原子、金屬及分子晶體1.5 晶體中的缺陷與雜質(zhì)缺陷類型和雜質(zhì)類型1.6 半導(dǎo)體單晶材料的生長(zhǎng)單晶材料及外延生長(zhǎng)1.7 小結(jié)第8頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)91.1 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體(semiconductor)，顧名思義就是指導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體的物質(zhì)第9頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)10半導(dǎo)體的基本特性電阻率介于10e-310e6.cm，可變化區(qū)間大，介于金屬（10e-6.cm）和絕緣體（10e12.cm）之間純凈半導(dǎo)體負(fù)溫度系數(shù)，摻雜半導(dǎo)

6、體在一定溫度區(qū)域出現(xiàn)正溫度系數(shù)不同摻雜類型的半導(dǎo)體做成pn結(jié)后，或是金屬與半導(dǎo)體接觸后，電流與電壓呈非線性關(guān)系，可以有整流效應(yīng)具有光敏性，用適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射后，材料的電阻率會(huì)變化，即產(chǎn)生所謂光電導(dǎo)半導(dǎo)體中存在著電子與空穴兩種載流子第10頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)111.1 半導(dǎo)體材料元素半導(dǎo)體與化合物半導(dǎo)體第11頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)121.1 半導(dǎo)體材料構(gòu)成半導(dǎo)體材料的主要元素及其在周期表中的位置以四族元素對(duì)稱III-V族和II-VI化合物半導(dǎo)體氮化物？氧化物？I-VII第

7、12頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)131.2 固體類型固體：處于凝固狀態(tài)下的物體，通常具有一定的形狀和體積。按其內(nèi)部原子的排列情況可分為以下三種主要的結(jié)構(gòu)類型，即單晶、多晶和非晶。固體材料的三種主要結(jié)構(gòu)類型及其特征：（1）單晶：長(zhǎng)程有序（整體有序，宏觀尺度，通常包含整塊晶體材料，一般在毫米量級(jí)以上）；（2）多晶：長(zhǎng)程無(wú)序，短程有序（團(tuán)體有序，成百上千個(gè)原子的尺度，每個(gè)晶粒的尺寸通常是在微米的量級(jí)）；（3）非晶（無(wú)定形）：基本無(wú)序（局部、個(gè)體有序，僅限于微觀尺度，通常包含幾個(gè)原子或分子的尺度，即納米量級(jí)，一般只有十幾埃至幾十埃的范圍）第13頁(yè)

8、，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)141.2 固體類型單晶：長(zhǎng)程有序（整體有序，宏觀尺度，通常包含整塊晶體材料，一般在毫米量級(jí)以上）；多晶：長(zhǎng)程無(wú)序，短程有序（團(tuán)體有序，成百上千個(gè)原子的尺度，每個(gè)晶粒的尺寸通常是在微米的量級(jí)）；非晶（無(wú)定形）：基本無(wú)序（局部、個(gè)體有序，僅限于微觀尺度，通常包含幾個(gè)原子或分子的尺度，即納米量級(jí)，一般只有十幾埃至幾十埃的范圍）單晶有周期性非晶有周期性多晶短區(qū)域內(nèi)周期性第14頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)151.3 晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)固體最終形成使系統(tǒng)的能量最小的結(jié)

9、構(gòu)保持電中性（靜電能最?。┦闺x子間的強(qiáng)烈排斥最小使原子盡可能的靠近滿足鍵的方向性由于構(gòu)成晶體的粒子的不同性質(zhì)，使得其空間的周期性排列也不相同；為了研究晶體的結(jié)構(gòu)，將構(gòu)成晶體的粒子抽象為一個(gè)點(diǎn)，這樣得到的空間點(diǎn)陣成為晶格第15頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)161.3 晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)晶格的周期性晶格的周期性通常用原胞和基矢來(lái)描述。原胞：一個(gè)晶格最小的周期性單元原胞的選取不是唯一的;三維晶格的原胞通常是一個(gè)平行六面體第16頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)171.3 晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)晶胞：也

10、稱為單胞，通常是以格點(diǎn)為頂點(diǎn)、以三個(gè)獨(dú)立方向上的周期為邊長(zhǎng)所構(gòu)成的平行六面體。它是晶體中的一個(gè)小的單元，可以用來(lái)不斷重復(fù)，從而得到整個(gè)晶體，通常能夠反映出整塊晶體所具有的對(duì)稱性相同點(diǎn)用來(lái)描述晶體中晶格周期性的最小重復(fù)單元不同點(diǎn)：固體物理學(xué)：原胞只強(qiáng)調(diào)晶格的周期性，其最小重復(fù)單元為原胞 結(jié)晶學(xué)：晶胞還要強(qiáng)調(diào)晶格中原子分布的的對(duì)稱性。第17頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)181.3 晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)基矢：晶胞的三個(gè)相互獨(dú)立的邊矢量。如：簡(jiǎn)立方晶格的立方單元就是最小的周期性單元，通常就選取它為原胞，晶格基矢沿三個(gè)立方邊，長(zhǎng)短相等：第18頁(yè)，共59

11、頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)191.3 晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)立方晶系基本的晶體結(jié)構(gòu)：常見(jiàn)的三個(gè)基本的立方結(jié)構(gòu)及其晶格常數(shù)，分別是簡(jiǎn)單立方、體心立方和面心立方，立方體的邊長(zhǎng)即為晶格常數(shù)。（1）簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)（SC）（2）體心立方結(jié)構(gòu)（BCC）（3）面心立方結(jié)構(gòu)（FCC）第19頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)201.3 晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)Simple Cubic第20頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)211.3 晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)體心立方結(jié)構(gòu)B

12、ody-Centered-Cubic第21頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)221.3 晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)面心立方結(jié)構(gòu)Face-Centered-Cubic第22頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)231.3 晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)晶向指數(shù)晶體的一個(gè)基本特點(diǎn)是具有方向性，沿晶體的不同方面晶體的性質(zhì)不同。晶格的格點(diǎn)，可以看成分列在一系列相互平行的直線系上，這些直線系稱為晶列。同一個(gè)格子可以形成方向不同的晶列每一個(gè)晶列定義了一個(gè)方向，該方向稱為晶向晶向用晶向指數(shù)標(biāo)記第23頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20

13、日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)241.3 晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)晶向指數(shù)的確定：如果沿著某一晶向，從一個(gè)原子到最近的原子的位移矢量為： ，則該晶向就用l1、l2、l3來(lái)標(biāo)志，寫(xiě)成l1 l2 l3。標(biāo)志晶向的這組數(shù)稱為晶向指數(shù)。以簡(jiǎn)立方晶格為例第24頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)251.3 晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)立方邊，面對(duì)角線， 體對(duì)角線都不止一個(gè)，它們的晶向指數(shù)確定方法和以上一樣，涉及到負(fù)值的指數(shù)，按慣例，負(fù)值的指數(shù)用頭頂上加一橫來(lái)表示：用表示時(shí)代表所有的等效晶向。第25頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期

14、二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)261.3 晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)晶面：晶格的格點(diǎn)還可以看成分列在平行等距的平面系上，這樣的平面稱為晶面，第26頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)271.3 晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)晶面指數(shù)具體討論晶體時(shí)，常常要談及某些具體晶面，因此需要有一定的辦法標(biāo)志不同的晶面，常用的是所謂密勒指數(shù)。密勒指數(shù)可以這樣確定：在晶格中，選一格點(diǎn)為原點(diǎn)，并以3個(gè)基矢a1、a2、a3 為坐標(biāo)軸建立坐標(biāo)系。該晶面族中任一晶面與3個(gè)坐標(biāo)軸交點(diǎn)的位矢分別為ra1、sa2、ta3，則它們的倒數(shù)連比可化為互質(zhì)的整數(shù)，即其中h、k、l為互質(zhì)的整數(shù)，晶體學(xué)中以（

15、hkl）來(lái)標(biāo)志該晶面，稱為密勒指數(shù)。第27頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)281.3 晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)立方格子中的重要晶面?zhèn)让妫?00）、對(duì)角面（110）、頂對(duì)角面（111）第28頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)291.3 晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)等效晶面立方晶體中的立方體共有6個(gè)不同的側(cè)面，由于晶格的對(duì)稱性，晶體在這些晶面的性質(zhì)完全相同，統(tǒng)稱這些等效晶面時(shí)，寫(xiě)成100；對(duì)角面共有12個(gè)，統(tǒng)稱這些對(duì)角面時(shí)，寫(xiě)成110；頂對(duì)角面共有8個(gè)，統(tǒng)稱這些頂對(duì)角面時(shí)，寫(xiě)成111；第29頁(yè)，共59頁(yè)，202

16、2年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)301.3 晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu) 金剛石結(jié)構(gòu)與閃鋅礦結(jié)構(gòu)：圖示為金剛石結(jié)構(gòu)，鍺、硅單晶材料均為金剛石結(jié)構(gòu)，它是由兩個(gè)面心立方結(jié)構(gòu)套構(gòu)形成。第30頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)31當(dāng)Si原子形成晶體時(shí)，原來(lái)在s 軌道上的二個(gè)價(jià)電子，有一個(gè)被激發(fā)到了p 軌道，形成s、px 、py 、pz四個(gè)軌道各有一個(gè)電子，然后它們?cè)佟盎旌稀逼饋?lái)重新組成四個(gè)等價(jià)軌道，這種軌道稱為SP3雜化軌道，這樣這四個(gè)電子，在四個(gè)新的等價(jià)軌道上， 都成為未配對(duì)電子，而且它們的電子云分布基本上是單側(cè)地伸向四面體的四

17、個(gè)頂角，當(dāng)原子結(jié)合成晶體時(shí)，就依照電子云重疊最多的角度，也就是四面體頂心這種角度進(jìn)行(10928)。第31頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)32當(dāng)原子結(jié)合成晶體時(shí)，就依照電子云重疊最多的角度，也就是四面體頂心這種角度進(jìn)行(10928)。在III族AIIIB)和族(AB)化合物半導(dǎo)體中，每對(duì)A,B原子， 亦完成SP3雜化，然后，每個(gè)A原子與四周4個(gè)B原子形成正四面體，每個(gè)B原子同樣同四周4個(gè)A原子形成正四面體,如GaAs。從正四面體搭接方式看正四面體搭接時(shí)可以有兩種形式，稱為重合組態(tài)和交錯(cuò)組態(tài)。第32頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)3

18、8分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)33閃鋅礦結(jié)構(gòu)是以交錯(cuò)組態(tài)的搭接方式構(gòu)成的，如果搭接成晶體的正四面體，頂、心原子相同時(shí)，即元素半導(dǎo)體，搭接方式一定為閃鋅礦結(jié)構(gòu)，此時(shí)稱之為金剛石結(jié)構(gòu)；第33頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)34金剛石結(jié)構(gòu)與閃鋅礦結(jié)構(gòu)的物理化學(xué)性質(zhì) 解理面金剛石結(jié)構(gòu)的解理面為111面。因?yàn)?11 面雙厚子層與雙原子層之間鍵的面密度最低，面間距最大，因而最容易斷開(kāi)；如Si、Ge等元素半導(dǎo)體材料。任何兩個(gè)近鄰原子的連線都沿一個(gè)111方 向。處于四面體頂點(diǎn)兩個(gè)原子的連線都沿一個(gè)110方向。四面體不共頂點(diǎn)的兩個(gè)棱的中心連線都沿一個(gè)1

19、00方向。第34頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)35閃鋅礦的解理為110面相比之下，每個(gè)110面都是由等量的A、B原子組成，面與面間沒(méi)有附加的庫(kù)侖作用，而且面間的鍵面密度較小，所以相比之下，比111面更容易打開(kāi)，因而成為解理面； 如GaAs、InP等化合物半導(dǎo)體材料。因?yàn)榻M成閃鋅礦的雙厚子層為不同的原子層，由于原子的電負(fù)性不同，電子云會(huì)偏向電負(fù)性大的那一層原子，這樣分別由兩種不同原子構(gòu)成的面所形成的雙原子層就成為了一個(gè)電偶極層，偶極層之間的庫(kù)侖作用使得雙原子層間的結(jié)合加強(qiáng)。第35頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章

20、 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)36化學(xué)腐蝕速度 對(duì)于金剛石結(jié)構(gòu)，其化學(xué)腐蝕速度沿111、100、110依次變快。對(duì)于閃鋅礦結(jié)構(gòu),111面的兩端由不同原子構(gòu)成，導(dǎo)致兩端面性質(zhì)不同，導(dǎo)致在此方向的兩端面腐蝕速度不同。如GaAs，As面比Ga面更容易腐蝕；一般將電負(fù)性強(qiáng)的一面(As 面) 稱為( )面，電負(fù)性弱的一面(Ga面)稱為(111)面。第36頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)371.4 晶體中原子之間的價(jià)鍵原子或分子結(jié)合形成晶體，最終達(dá)到平衡時(shí)系統(tǒng)的能量必須達(dá)到最低。1. 離子晶體：離子鍵（Ionic bonding），例如NaCl晶 體等；2. 共價(jià)

21、晶體：共價(jià)鍵（Covalent bonding），例如 Si、Ge以及GaAs晶體等；3. 金屬晶體：金屬鍵（Metallic bonding），例如 Li、Na、K、Be、Mg以及Fe、Cu、Au、Ag等；4. 分子晶體：范德華鍵（Van der Waals bonding）， 例如惰性元素氖、氬、氪、氙等在低溫下則形成分 子晶體，HF分子之間在低溫下也通過(guò)范德華鍵形成 分子晶體。第37頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)38硅材料中共價(jià)鍵形成示意圖第38頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)391

22、.5 晶體中的缺陷與雜質(zhì)理想單晶材料中不含任何缺陷與雜質(zhì)，且晶體中的原子都處于晶格中的平衡位置，實(shí)際的晶體材料并非如此理想和完美無(wú)缺，存在晶格的熱振動(dòng)。一、點(diǎn)缺陷分為空位，間隙原子及雜質(zhì)空位與間隙原子由于晶格熱振動(dòng)，而且振動(dòng)能量存在漲落總有一部分原子的熱運(yùn)動(dòng)能量大到能克服其所在位置的熱能，脫離格點(diǎn)的位置，使格點(diǎn)處出現(xiàn)空位，離開(kāi)正常格點(diǎn)位置的原子可能落入晶格間隙之中，成為自間隙原子，形成弗侖克爾缺陷；或移動(dòng)到晶體表面，形成肖特基缺陷；若表面原子進(jìn)入晶體內(nèi)部晶格，則形成單獨(dú)的間隙原子。第39頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)40反結(jié)構(gòu)缺陷對(duì)于化合物

23、半導(dǎo)體存在一種反結(jié)構(gòu)缺陷，即應(yīng)該是A原子的格點(diǎn)上為B原子所占據(jù)，應(yīng)為B原子的格點(diǎn)為A原子所據(jù)。第40頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)41雜質(zhì)晶體中與本體原子不同的元素的原子均稱為雜質(zhì)。來(lái)源：有可能是材料制備或器件制造工藝過(guò)程中的沾污，也有可能來(lái)源于人為的引入，用以控制其電學(xué)及其它特性。雜質(zhì)在半導(dǎo)體中存在方式：間隙式和替位式。間隙式雜質(zhì)：位于本體原子晶格間隙中，這類雜質(zhì)原子半徑較小，如H、Li第41頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)42替位式雜質(zhì)：取代本體原子位置，處于晶格點(diǎn)上；這類雜質(zhì)原子價(jià)電

24、子殼層結(jié)構(gòu)接近本體原子，如、族在Si、Ge(族)中的情況；、族在化合物中。第42頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)43雜質(zhì)原子激活：人為引入的雜質(zhì)原子， 只有處于替位式時(shí)，才能激活，起到改變和控制半導(dǎo)體材料導(dǎo)電性的作用。例如, 族元素原子摻入Si、Ge中，多以替位式存在。第43頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)44晶體中引入雜質(zhì)的方法稱為摻雜（Doping），摻雜的方法可分為：（1）高溫?cái)U(kuò)散摻雜（high temperature diffusion）（2）離子注入摻雜（Ion implantat

25、ion）；當(dāng)雜質(zhì)存在濃度梯度時(shí)，雜質(zhì)要發(fā)生擴(kuò)散，擴(kuò)散強(qiáng)度與濃度梯度，溫度，晶格尺寸密切有關(guān)。實(shí)驗(yàn)證明，擴(kuò)散流密度J與雜質(zhì)濃度梯度N/x成正比，有比例系數(shù)D稱為擴(kuò)散系數(shù)，分析表明：W為雜質(zhì)原子移動(dòng)一個(gè)晶格位置需要的能量，與晶格常數(shù)有關(guān)。可以看到，擴(kuò)散系數(shù)和溫度T呈指數(shù)關(guān)系，因而通常擴(kuò)散工藝總是在高溫下進(jìn)行(700-1200)，以節(jié)約擴(kuò)散時(shí)間。第44頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)45二、線缺陷指位錯(cuò)，分為兩類，刃位錯(cuò)和螺位錯(cuò)刃位錯(cuò)、螺位錯(cuò)與混合位錯(cuò)刃位錯(cuò)第45頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)4

26、6螺位錯(cuò)第46頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)47三、面缺陷主要指層錯(cuò)層錯(cuò)第47頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)481.6 半導(dǎo)體單晶材料的生長(zhǎng)硅單晶材料可以說(shuō)是目前純度最高的一種材料，其純度已達(dá)到百億分之一。生長(zhǎng)半導(dǎo)體單晶材料的方法主要有以下幾種：1. 熔體生長(zhǎng)法：又稱為切克勞斯基（Czochralski）生長(zhǎng)方法，或CZ法。籽晶直拉法。進(jìn)一步采用區(qū)熔再結(jié)晶方法提純：第48頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)38分，星期二第一章 緒論固體的晶格結(jié)構(gòu)49籽晶直拉法示意圖第49頁(yè)，共59頁(yè)，2022年，