第一章半导体概要.ppt

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1、微电子器件物理微电子器件物理Tel:13148925472Tel:13148925472Email:Email:魏爱香魏爱香教材与参考书目教材：半导体器件基础Robert F.Pierret著，黄如等 译，电子工业出版社参考书：1半导体物理学刘恩科等，国防工业出版社2 现代半导体器件物理施敏著，科学出版社 20013 化合物半导体材料与器件成都电子科技大学出版社20004半导体量子器件物理傅英等，科学出版社2005教学安排第1章 半导体概要（2学时）第2章 载流子模型（4学时）第3章 载流子输运（4学时）第5章 pn结的静电特性（4学时）第6章pn结二极管的I-V特性（6学时）第7章 pn结二

2、极管的小信号导纳（2学时）第8章 pn结二极管的瞬态响应（2学时）第10章BJT基础知识（2学时）第11章BJT静电特性（6学时）教学安排第12章 BJT的动态响应模型（2学时）第14章 MS接触和肖特基二极管（2学时）习题课（2学时）第16章 MOS结构基础（6学时）第17章 MOSFET器件基础（6学时）第18章 非理想MOS（4学时）习题课2学时复习2学时考试2学时第一章 半导体概要1.1 半导体材料的特性1.2 晶体结构1.3 晶体生长1.1 半导体材料的特性一、一、半导体材料的基本性能半导体材料的基本性能 导 体：=10-610-4 cm 半导体：=10-3109 cm 绝缘体：10

3、10cm 1.半导体材料的电阻率直接影响集成电路的电学性能 2、导电能力随温度上升而迅速增加 3、半导体的导电能力随所含杂质的微量变化而发生显著变化 4、半导体的导电能力随光照而发生显著变化 5、半导体的导电能力随外加电场、磁场的作用而发生显著变 化1.1 半导体材料的特性二、半导体材料的分类二、半导体材料的分类 半 导 体有机半导体：有机发光材料，制作发光二极管无机半导体非晶半导体多晶半导体晶体半导体元素半导体：Si，Ge化合物半导体-族化合物-族化合物氧化物半导体按结构划分按材料组成划分-族化合物1.1 半导体材料的特性三、半导体的结构三、半导体的结构图1.1 基于原子在固体内的有序排列程

4、度对固体进行分类1.1 半导体材料的特性四、半导体材料的原子组成四、半导体材料的原子组成元素半导体：Si,Ge,Si1-xGex-族化合物半导体 GaAs,GaP,GaN,AlN,AlSb,InN,InP,InAs-族化合物半导体ZnS,ZnSe,ZnTe,CdS,CdSe,CdTe1.1 半导体材料的特性三元化合物多元化合物1.2 晶体结构 晶体是由一些基元按一定规则,周期重复排列而成。基元可以是原子或原子集团；晶体结构=晶格+基元.一、基元一、基元图1.21.2 晶体结构二、晶格、格点和布喇菲格子结晶学:首先考虑晶体结构的周期排列特征。(即几何图形而非组成原子)挑选各基元中的任一点（如重心

5、），把最近邻点相连接，抽象出三维几何网络,则此网络就叫晶格，或布喇菲格子，网格点就叫格点，除边界以外,布喇菲格子内每一个格点都是等价的,它代表的内容、它的环境与所处的地位是相同的。1.2 晶体结构图图1.3 晶体内原子排列单胞的介绍晶体内原子排列单胞的介绍二维格子二维格子所选的一种单胞所选的一种单胞二维格子的二维格子的可重组性可重组性另一种可另一种可选的单胞选的单胞1.2 晶体结构二维格子几种可能的原胞取法二维格子几种可能的原胞取法 二维格子几种可能的基矢二维格子几种可能的基矢 1、二维晶格1.2 晶体结构2、三维立方晶格-简单立方简单立方堆积简单立方堆积简单立方结构单元简单立方结构单元1.2

6、 晶体结构体心立方堆积体心立方堆积体心立方结构单元体心立方结构单元3、三维立方晶格-体心立方1.2 晶体结构4、三维立方晶格-面心立方面心立方结构单元面心立方结构单元1.2 晶体结构1、半导体的晶格结构-（1）Si和Ge属于金刚石结构共价键共价键金刚石结构金刚石结构 SiSi：a a=5.43A;=5.43A;Ge:aGe:a=5.66A=5.66A；金刚石；金刚石a=3,567Aa=3,567A三、半导体材料的晶格结构三、半导体材料的晶格结构1.2 晶体结构2、-族和大部分-族化合物半导体属于 闪锌矿结构金刚石结构金刚石结构闪锌矿结构闪锌矿结构1.2 晶体结构a（埃）a（埃）CuF4.26A

7、lAs5.66SiC4.35GaAs5.65CuCl5.41ZnS5.41AlP5.45CdS5.82GaP5.45InSb6.46钎锌矿结构1.2 晶体结构3、部分-族化合物可以是闪锌矿结构，也可以是钎锌矿结构1.2 晶体结构4、-族化合物硫化铅、硒化铅、碲化铅属于NaCl结构晶系特征布喇菲格子三斜Triclinica b c 简单三斜(无转轴)单斜Monoclinica b c 90 简单单斜;底心单斜正交Orthorhombica b c 90简单正交;底心正交;体心正交;面心正交三角Trigonala b c 90三角四方Tetragonala b c 90简单四方;体心四方六角Hex

8、agonala b c 90;120六角立方Cubica b c 90简单立方;体心立方;面心立方1.2 晶体结构四、晶列、晶向四、晶列、晶向 任取两格点的连线延伸,它必然穿过一串格点晶列;也必然有无穷相互平行的晶列,它们通过所有的格点,没有遗漏,也没有重复,则称这些平行的晶列为晶列簇。晶向表示晶列的方向，通常以晶胞的基矢来表示用lmn表示 五、晶面、晶面方向、密勒指数五、晶面、晶面方向、密勒指数 任选三个不在同一直线上的点构成一个平面，平面无限延伸穿过无限个规则排列的点，这个平面叫晶面；也必有与它平行的无限个平面，它们覆盖所有的格点，没有遗漏，也没有重复，则称这些平行的晶面为晶面簇。1.2

9、晶体结构1.2 晶体结构1.2 晶体结构晶面晶向1.2 晶体结构简单立方晶面(a)(632)晶面；(b)(001)晶面；(c)(221)晶面1.3 晶体的生长一、单晶硅的制备和加工Si的主要来源：石英砂和硅酸盐1。把石英砂和焦炭在碳电极的电弧炉中还原制得 SiO2+3C=SiC+2CO 2SiC+SiO2=3Si+2CO2.化学提纯：Si+2Cl2=SiCl4 或Si+3HCl=SiHCl3+H23.用“直拉法”或“区熔法”制备硅锭得到纯度为9597%的工业硅用精溜的方法提纯得到纯度为10个“9”的高纯Si1.3 晶体的生长超纯硅制作工艺简介1.3 晶体的生长1.单晶生长2.单晶硅锭3.单晶去头 和径向研磨4.定位边研磨5.硅片切割 6 倒角 7.粘片 8.硅片刻蚀 9 抛光10.硅片检查磨料抛光台磨头多晶硅 籽晶坩埚