第一章固體晶格結構

第一章—固體晶格結構2016年8月第一章固體晶格結構半導體材料1.1固體類型1.2空間晶格1.3原子價鍵1.4固體中的缺陷和雜質(zhì)1.5半導體材料的生長1.6小結1.7問題：為什么要研究半導體材料？

為什么要研究半導體材料？1.1半導體材料半導體：半導體的電阻率（10-3Ωcm<ρ<

109Ωcm）介于導體和絕緣體之間，半導體的性質(zhì)容易受到外界的光照、熱、磁、電及微量雜質(zhì)的含量的變化而改變性質(zhì)。材料導體半導體絕緣體電阻率ρ(Ωcm)＜10-310-3～109＞109什么是半導體按不同的標準，有不同的分類方式。按固體的導電能力區(qū)分，可以區(qū)分為導體、半導體和絕緣體III-V族半導體Ga(Al,In)AsGa(Al,In)PGa(Al,In)NIV族半導體:Ge,GeSi,Si,SiC,CII-VI族半導體Zn(Mg,Cd,Hg)OZn(Mg,Cd,Hg)S半導體體系I.寬禁帶半導體概述半導體材料體系第一代：硅（Si）、鍺(Ge)第二代：砷化鎵（GaAs）

、磷化銦（InP）第三代：氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）、金剛石1.1半導體材料半導體材料的研究歷程：元素半導體，如硅（Si）、鍺(Ge)

化合物半導體，如砷化鎵（GaAs）、磷化鎵（GaP）、碳化硅（SiC）、

氮化鎵（GaN）磷化銦（InP）

三元素化合物:AlxGa1-xAS半導體材料分類：半導體材料分類體材料、薄膜材料、微結構材料、人工設計材料……1.2固體類型晶體：具有一定外形和固定熔點，更重要的是晶體內(nèi)部原子（或離子）在較大范圍（至少微米數(shù)量級）是按一定方式有規(guī)則排列而成（稱為長程有序）（如Si，Ge，GaAs）。非晶體：沒有規(guī)則的外形和固定的熔點，內(nèi)部結構上不存在長程有序，但在較小范圍內(nèi)（幾個原子間距）仍存在結構上的有序排列（稱為短程有序）。長期以來將固體分為：晶體和非晶體。單晶：整個晶體主要由原子或離子的一種排列方式貫穿始終,

常用的半導體材料鍺(Ge)、硅(Si)、砷化鎵(GaAs)都是單晶。多晶：由許多小晶粒雜亂的堆積而成,如各種金屬材料和電子陶瓷材料。（晶界分離）。晶體---分為單晶和多晶非晶、多晶和單晶示意圖1.3空間晶格晶格：晶體原子的周期性排列稱為晶格。格點：組成晶體的原子（或離子）的重心位置稱為格點。點陣：格點的整體稱為點陣。在點陣的每個陣點上附有一群原子，這樣一個原子群稱為基元，基元在空間重復就形成晶體結構。點陣+基元=晶體結構1.3.1原胞和晶胞原胞：晶格的最小周期單元,只反映晶格周期性,不反映對稱性,一個原胞平均只包含一個格點。晶胞：晶體結構的基本單元，能夠充分反映整個晶體的結構特點，既反映周期性又反映了各種對稱性，整塊晶體就是晶胞周期平移而成。原胞對于任何給定的晶體，可以用來形成其晶體結構的最小單元注：（a）原胞無需是唯一的

（b）原胞無需是基本的1.3.2基本的晶體結構晶格常數(shù)：在立方晶系中，通常取三個互相垂直的坐標軸,稱為晶軸，通常通常取立方體的邊長a作為長度單位，稱為晶格常數(shù)。P7例1.1在立方方晶系中，通常取三個相互垂直的邊作為三個坐標軸——晶軸；通常取立方體邊長a作業(yè)長度單位——晶格常數(shù)?；福汉喠⒎絪c體心立方bcc面心立方fcc1.3.3晶面和密勒指數(shù)晶面：晶格中所有格點可以看作是全部包含在一系列相互平行等間距的平面系上,這樣的平面系叫晶面族。(1)通常取某一晶面與三個晶軸垂直的截距的倒數(shù)的互質(zhì)整數(shù)，即：1/r:1/s:1:t=h:k:l,稱h,k,l為晶面指數(shù)或密勒指數(shù)，記為(hkl)，稱為(hkl)平面；(2)任何平等的平面都是彼此等效的。(3)若晶面與某晶軸平行，截距∞,對應的Miller指數(shù)為0，負號寫在對應指數(shù)上方。原子的面密度：P9例1.3晶面的表示:(3)倒數(shù)乘以最小公分母：2，3，6平面用(236)標記，這些整數(shù)稱為密勒指數(shù)。(1)平面截距：3，2，1(2)平面截距的倒數(shù)：1/3，1/2，1晶面的表示例:同類晶面：記為{hkl}如{100}表示：1.3.3晶面和密勒指數(shù)簡立方晶體的三種晶面

(100)(110)(111)

晶體徒結構-晶向(100)(110)(111)注：科在立詢方晶菌系中惠，晶部列指棚數(shù)和結晶面飲指數(shù)委相同置的晶震向和辭晶面刪之間北是互鮮相垂雜直的卸。如[1洪00爪]庫⊥(喜10疑0)差,冊[1烤11建]彩⊥(嗎11該1)晶握向筐：通過婆晶體仰中原史子中猛心的斑不同夕方向次的原子列[h聞kl怒]OR=l1a+l2b+l3c取l1:l2:l3=m鄉(xiāng)豐:n盈:p話,m微,n徑,p為互榜質(zhì)整他數(shù)稱m、n、p為晶列嬌指數(shù),記作[m嗚np沿],表示宿某個鋤晶向頂。同類幻玉晶向記為<m緊np差>如<1遍00漫>表示--真--榜--等6個同社類晶浮向<1溉10壘>表示--倉--柄--等12面對娃角線告晶向<1里11雙>表示--今--曬--等8個體莊角線鑰晶向R晶體飄結構-晶向1.居3.盼4金剛私石結繡構金剛厚石結裙構1.屢3.芹4金剛茶石結睬構1、金冒剛石細結構（金咽剛石漢結構山晶胞脈）是托由4個共魔價四遙面體衰組成傷的，嚴上一污個正構立方點體在溪其八能個頂北角上究和六辟個面陣心上央各有切一個嫁原子赴，在偵立方鏈體的規(guī)內(nèi)部濕有四灣個原腫子，撫分別限位于老四條躍空間嘩對角槍線上鵲且與槽最近便鄰的正頂角素原子翅距離點為1/調(diào)4對角忘線長皇度。所謂卻金剛呆石結盜構即極兩個斯面心細立方街沿空緒間對洗角線忘方向共即<1襯11頑>方向芽相互欠平移1/搜4對角敵線長靈度套江構而置成。原子淹密度脂：2、鉛貞（閃望）鋅速礦結患構：由兩種不同殼原子總組成脖的面鑒心立流方，諒沿空舍間對俘線方意向平矮移1/令4對角拜線長旋度套制構而羊成。Ge、Si是金憂剛石是構。Ga裳As是鉛戶鋅礦舊結構趟。其勁中每歐個鎵雖原子增有四乏個最頂近鄰蹦的砷穗原子雄，每屯個砷生原子只有四招個近繪鄰的移鎵原小子。Ga循As中鎵濫原子標密度知為？1.輸3.蜓4金剛進石結翁構1.壺4原子華價鍵(1汁)離子全鍵與灑離子涉晶體街：（Na牢Cl庫侖繩力）周期睜表中棗，Ⅰ族元鹿素，陸負電路性最原小，扶容易宰失去弟電子期，如Na；Ⅶ族元置素，艦負電構性最幫大，遵容易僚得到懼電子哨，如Cl。Na+與Cl-，依噸靠庫侖熊力結合盛為Na抖Cl晶體蹈；稱專依靠登正負倒電荷湊間的從庫侖惑力所序形成擋的結饑合力健為離子藝鍵。離子乓鍵形至成的凈晶體蓄為離子牙晶體。(2擁)共價勢鍵與胳共價會晶體塞：(H2共用位電子味對)Si、Ge某元慶素半慎導體陡由同蟻一種皺原子匪構成咬，無綱負電狹性差棟，而奶是由稱一對啞自旋狐相反乓的配知位價司電子廟結合灰，其次電子責云在保電子們間相韻互重傾疊具復有較屢高密倆度，多則帶憐正電普的原癥子實四和帶撒負電奏的電交子相雞互吸引引將仙原子換結合寬形成左共價擠晶體。共價士晶體杠的特餐征:(a牙)方向媽性；(b勁)飽和京性。1.屋4原子旦價鍵（3優(yōu)）金組屬鍵：Ⅰ族元喉素對柄價電保子的允束縛個能力創(chuàng)較弱傘，在指結合燦成晶邊體時低，原階先屬迷于各遇個原級子的替價電對子不獸再束浮縛于守某一小個原呢子而喜為所夏有原崇子所踐共用丈，價電技子可舟以在豎整個州晶體貞運動巨，稱貢為“梢電子敵氣”渡，帶負郊電的郊電子韻氣和內(nèi)帶正做電的瘡原子植實之寄間的天為庫侖坊力所形似成的檢結合病稱為嫂金屬淋鍵。（4）范柜德華挨鍵——最弱徑的化問學鍵1.蠟4原子絨價鍵1.突5晶體綠中的猾缺陷和和雜敢質(zhì)1.疼5.庸1固體然中的堪缺陷晶格光振動點缺顏陷(空位腦于填紹系)線缺血陷線缺楚陷1.欺5.攝2固體梨中的炒雜質(zhì)晶體哭中的袖雜質(zhì)纏：晶體側(cè)中可瘋能出耳現(xiàn)外茶來原柔子，廁即除查半導備體材壤料元弦素之傾外的歪其它元素鑼。雜質(zhì)擦的存馳在方兼式：替位股式（糕替位階雜質(zhì)陵）失間隙隸式（蝕填隙訪雜質(zhì)舍）1.五5晶體編中的勁缺陷酸和雜息質(zhì)摻蜻雜副：為了覆改變卸導電鋪性而蓋向半觸導體候材料瓣中加應入雜增質(zhì)的端技術稱為蹈摻雜醉。摻雜釋的方濾法：(1尾)擴散(高溫訪擴散10鑄00度)；(2鬼)離子命注入(50青ke拉V損傷少與退皇火)退濃火：退火輛是一運種金炮屬熱剖處理鋒工藝染，指擇的是炸將金市屬緩斬慢加熱到舌一定獸溫度鄙，保痛持足陶夠時角間，摧然后哀以適歷宜速各