Physics-of-Semiconductor-Devices.ppt

半导体器件物理Physics of Semiconductor Devices S.M.Sze Contents Part 1 Semiconduct Physics Part 2 Bipolar Devices Part 3 Unibipolar Devices Part 4 Special Microwave Devices Part 5 Photonic Devices 课程地位 承上- 半导体物理等知识的结晶 启下- 集成电路、新型器件发展基础 要求：物理概念，物理过程，物理图象 Ch1 半导体物理和性质 一、晶体结构 1、常用半导体材料结构 2、晶列与晶面 a、格点-晶体最小重复性单元(又称基元、原胞)。 特征：每一格点周围的格点分布相同。 b、晶格-格点构成的网格。 特征：表征晶体结构。 c、晶列-格点构成的一系列直线。 特征：同一格点可引出无限晶列；平行晶列构成族。 d、晶面-格点构成的一系列平面。 特征：平行晶面格点分布相同，称同一族晶面。 3、晶列与晶面表征 晶胞：格点为顶点，格点常数为边长的平行六面体 a、晶列的表征-晶向 三个轴上互质整数表示。 一列用[a b c]表示，如： [100] [110] [111] 一族用a b c表示，如： 100 110 111 b、晶面的表征 三个轴上截距倒数的互质整数表示。 某晶面用(a b c)表示，如：(100) (110) (111) 一族用{a b c}表示，如： {100} {110} {111} 等效性： (110)(101)(011)(110)(011)--- 4、晶体类型 a、单晶（体）： 原子分布长程有序。 b、多晶（体）： 单晶粒组成，粒间取向无规则，单晶粒度10μm。 c、非晶（体）： 原子排列长程无序，短程有序。 * 材料性质取决于其短程序 同一材料的非晶、多晶性质与单晶相同。 二、能带 1、共有化运动 原子的电子壳层交叠；子壳层间电子相互转移运动。 2、能带形成 泡利不相容原理，子壳层能级分裂。 如，N个原子晶体： s能级分裂成N个能级，容纳2N个电子； p能级三个子能级分裂成3N个能级，容纳6N个电子； ----- * 能级杂化-部分晶体能带不与子能级对应： 如，Si 、Ge原子有4个价电子，s、p各2个。 形成晶体，上下能带各有2N个能级，可容纳4N电子， 电子填满下能带。 3、导带、价带(满带)和禁带 a、导带—激发态形成的能带； 电子未填满或空带； 电子在电场作用下形成电流。 b、价带—价电子形成的带； 满带不具有导电作用。 c、禁带—导带与价带间的能量间隔。 4、Si、Ge、GaAs能带图 1、载流子： 电子(n) 空穴(p)？ 2、材料类型： 本征半导体？ 掺杂半导体 n型半导体？ p型半导体？ 3、半导体掺杂(Si为例) 本征半导体 n型半导体 p型半导体 1、载流子分布几率 电子分布几率 空穴分布几率 2、费米能级物理意义 3、热平衡态载流子浓度 4、本征载流子浓度 5、半导体载流子浓度积 基本概念 晶向 晶面 导带 价带 禁带 间接带隙半导体 直接带隙半导体 载流子 电子 空穴 本征半导体 n型半导体 p型半导体 施主 受主 杂质补偿 热平衡态载流子浓度 费米能级 本征载流子浓