【5A版】半导体器件物理详尽版课程
半导体器件物理(详尽版)ppt
半导体 电阻率介于导体和绝缘体之间 。导体（电阻率小于10-8Ω·m）， 绝缘体（电阻率大于106Ω·m）。
晶体 自然界中存在的固体材料，按其结构形式不同，可以分为晶 体（如石英、金刚石、硫酸铜等）和非晶体（玻璃、松香、沥青等）。
1.1 半导体的晶格结构
五种常见的晶格结构
●简单立方结构 ●体心立方结构 ●面心立方结构 ●金刚石结构 ●闪锌矿结构
图中“● ”表示价带内的电子 ;图中“○ ”表示价带内的空穴。
思考
• 既然半导体电子和空穴都能导电，而导体只有电子导电，为什么半导体的导 电能力比导体差？
●导带底EC
导带电子的最低能量
●价带顶EV
价带电子的最高能量
●禁带宽度 Eg
Eg=Ec-Ev
●本征激发 由于温度，价键上的电子 激发成为准自由电子，亦 即价带电子激发成为导带 电子的过程 。
●价带
由价电子形成的能带，但半导体 材料价电子形成的低能级能带通 常称为价带。
●禁带宽度/Eg
导带和价带之间的能级宽度，
单位是能量单位：eV（电子伏特）
图1-6
导体、绝缘体、半导体的能带示意图
3~6eV
禁带比较窄，常 温下，部分价带 电子被激发到空 的导带，形成有 少数电子填充的 导带和留有少数 空穴的价带，都
电子不仅可以围绕自身原子核旋转，而且可以转到另一个原子周围，即 同一个电子可以被多个原子共有，电子不再完全局限在某一个原子上， 可以由一个原子转到相邻原子，将可以在整个晶体中运动。
共有化运动
由于晶体中原子的周期性 排列而使电子不再为单个 原子所有的现象，称为电 子共有化。
在晶体中，不但外层价电 子的轨道有交叠，内层电 子的轨道也可能有交叠， 它们都会形成共有化运动；
《半导体器件物理》课程教学大纲
《半导体器件物理》课程教学大纲课程名称：半导体器件物理课程代码：ELST3202英文名称：Semiconductor Device Physics课程性质：专业必修课学分/学时：3.0 / 63开课学期：第*学期适用专业：微电子科学与工程、电子科学与技术、集成电路设计与集成系统先修课程：半导体物理及固体物理基础后续课程：器件模拟与工艺模拟、模拟集成电路课程设计、大规模集成电路制造工艺开课单位：课程负责人：大纲执笔人：大纲审核人：一、课程性质和教学目标课程性质：《半导体器件物理》课程是微电子科学与工程、电子科学与技术以及集成电路设计与集成系统专业的一门专业必修课，也是三个专业的必修主干课程，是器件模拟与工艺模拟、模拟集成电路课程设计等课程的前导课程，本课程旨在使学生掌握典型的半导体器件的工作机制和特性表征方法，为设计和制造集成电路奠定知识基础。
教学目标：本课程的教学目的是使学生掌握半导体材料特性的物理机制以及典型半导体器件的作用原理。
通过本课程的学习，要求学生能基于半导体物理知识，分析BJT、MOSFET、LED以及Solar Cell等半导体器件的工作原理、器件特性以及影响器件特性的关键参数。
本课程的具体教学目标如下：1、掌握牢固的半导体基础知识，理解半导体器件工作的物理机制。
2、掌握影响半导体器件电学特性的关键因素，能够从半导体器件的电学特性曲线提取半导体器件的关键参数。
3、能够根据给定的器件特性要求，设计和优化器件参数和器件结构。
4、能够对半导体器件的特性进行测量，对测量结果进行研究，并得到合理有效的结论。
二、课程目标与毕业要求的对应关系（一）半导体的晶体结构与能带理论（支持教学目标1）课时：1周，共3课时1. 晶体结构与硅工艺1.1 晶体的结构★1.2 硅工艺简介2. 基本能带理论2.1 能带理论2.2 统计分布的特点2.3 本征与掺杂半导体★（二）载流子输运（支持教学目标1）课时：1周，共3课时1. 传统输运机制★1.1 漂移运动1.2 扩散运动2. 产生复合机制与连续性方程2.1 几种产生复合假设2.2 连续性方程及其基本应用（三）PN结二极管课时：1周，共3课时1. 热平衡状态下的PN结（支持教学目标1）1.1 PN结的形成与能带特点★1.2 突变PN结耗尽近似的基本方程与参数分布★2. 直流偏压下的PN结（支持教学目标1）2.1 载流子与能带分析★2.2 电流电压方程★2.3 异质结（四）双极晶体管课时：4周，共12课时1. 晶体管的工作原理（支持教学目标1）1.1 器件结构特点和工作模式（支持教学目标1）2.1 电流增益（支持教学目标2）★3.1非理想效应（支持教学目标3）★2. 电路模型（支持教学目标1）3. 频率响应（支持教学目标2）★4. 特殊结构晶体管（支持教学目标3）◆（五）MOSFET基础（支持教学目标1）课时：2周，共6课时1. MOS的基本结构与能带分析1.1 能带分析（支持教学目标1）★1.2 阈值电压（支持教学目标2）★2. MOSFET的基本原理2.1 MOSFET结构（支持教学目标1）2.2 电流电压特性（支持教学目标2）★2.3 小信号模型（支持教学目标2）◆（六）MOSFET概念深入课时：3周，共9课时1. 亚阈值特性（支持教学目标1）1.1亚阈值电流机制★1.2亚阈值摆幅2. 非理想效应（支持教学目标1）★2.1沟道长度调制效应2.2表面散射效应2.3速度饱和效应2.4弹道输运3. MOSFET按比例缩小理论（支持教学目标3）3.1按比例缩小理论★3.2阈值电压修正◆4. 击穿级热载流子效应（支持教学目标3）4.1击穿及轻掺杂漏★4.2辐射及热载流子效应思考题：1、Bipolar与MOSFET的比较（七）结型场效应晶体管和功率器件课时：2周，共6课时1. 结型场效应晶体管（支持教学目标1）1.1 JFET工作原理及器件特性1.2 MESFET工作原理及器件特性★1.3 MODFET◆2. 功率器件2.1 功率双极晶体管2.2 功率MOSFET2.3 半导体闸流管（八）光电器件课时：4周，共12课时1. 光谱及光吸收（支持教学目标2）1.1光谱1.2光吸收系数2. 太阳能电池（支持教学目标2）2.1pn结太阳能电池★2.2异质结太阳能电池2.3非晶硅太阳能电池3. 光电探测器（支持教学目标2）◆3.1光导体3.2光电二极管3.3光电晶体管4. LED和激光（支持教学目标3）4.1电致发光4.2发光二极管★4.3激光二极管（九）实验（支持教学目标4）★课时：3周，共9课时1）显微镜下观察MOSFET器件并测量MOSFET器件的尺寸2）MOSFET CV特性测量3）MOSFET 转移、输出特性曲线测量四、教学方法授课方式：A、理论课（讲授核心内容、总结、按顺序提示今后内容、答疑、公布习题和课外拓展学习等）；B、课后练习（按照理论内容进行）；C、实验环节（根据理论课教学内容，要求学生学会简单操作、四探针仪以及探针台并完成实验任务）；D、办公室时间（每周安排固定的办公室时间，学生无需预约，可来教师办公室就课程内、外内容进行讨论）；E、答疑（全部理论课程和实验课程完成后安排1～2次集中答疑，答疑时间不包括在课程学时内，答疑内容包括讲授内容、习题、实验等）；F、期中和期末闭卷考试。
大学物理课件半导体基础
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区， 也称耗尽层。
扩散运动
扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽，空间电 荷区越宽。
(1-19)
漂移运动
P型半导体
内电场E N型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
在常温下，由于热激发，使一些价电子获 得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电 子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。
(1-9)
空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子 束缚电子
(1-10)
2.本征半导体的导电机理
本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即 自由电子和空穴。
+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下， 空穴吸引附近的电子 来填补，这样的结果 相当于空穴的迁移， 而空穴的迁移相当于 正电荷的移动，因此 可以认为空穴是载流 子。
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。
半导体器件物理教案课件
半导体器件物理教案课件PPT第一章：半导体物理基础知识1.1 半导体的基本概念介绍半导体的定义、特点和分类解释n型和p型半导体的概念1.2 能带理论介绍能带的概念和能带结构解释导带和价带的概念讲解半导体的导电机制第二章：半导体材料与制备2.1 半导体材料介绍常见的半导体材料，如硅、锗、砷化镓等解释半导体材料的制备方法，如拉晶、外延等2.2 半导体器件的制备工艺介绍半导体器件的制备工艺，如掺杂、氧化、光刻等解释各种制备工艺的作用和重要性第三章：半导体器件的基本原理3.1 晶体管的基本原理介绍晶体管的结构和工作原理解释n型和p型晶体管的概念讲解晶体管的导电特性3.2 半导体二极管的基本原理介绍半导体二极管的结构和工作原理解释PN结的概念和特性讲解二极管的导电特性第四章：半导体器件的特性与测量4.1 晶体管的特性介绍晶体管的主要参数，如电流放大倍数、截止电流等解释晶体管的转移特性、输出特性和开关特性4.2 半导体二极管的特性介绍半导体二极管的主要参数，如正向压降、反向漏电流等解释二极管的伏安特性、温度特性和频率特性第五章：半导体器件的应用5.1 晶体管的应用介绍晶体管在放大电路、开关电路和模拟电路中的应用解释晶体管在不同应用电路中的作用和性能要求5.2 半导体二极管的应用介绍半导体二极管在整流电路、滤波电路和稳压电路中的应用解释二极管在不同应用电路中的作用和性能要求第六章：场效应晶体管（FET）6.1 FET的基本结构和工作原理介绍FET的结构类型，包括MOSFET、JFET等解释FET的工作原理和导电机制讲解FET的输入阻抗和输出阻抗6.2 FET的特性介绍FET的主要参数，如饱和电流、跨导、漏极电流等解释FET的转移特性、输出特性和开关特性分析FET的静态和动态特性第七章：双极型晶体管（BJT）7.1 BJT的基本结构和工作原理介绍BJT的结构类型，包括NPN型和PNP型解释BJT的工作原理和导电机制讲解BJT的输入阻抗和输出阻抗7.2 BJT的特性介绍BJT的主要参数，如放大倍数、截止电流、饱和电流等解释BJT的转移特性、输出特性和开关特性分析BJT的静态和动态特性第八章：半导体存储器8.1 动态随机存储器（DRAM）介绍DRAM的基本结构和工作原理解释DRAM的存储原理和读写过程分析DRAM的性能特点和应用领域8.2 静态随机存储器（SRAM）介绍SRAM的基本结构和工作原理解释SRAM的存储原理和读写过程分析SRAM的性能特点和应用领域第九章：半导体集成电路9.1 集成电路的基本概念介绍集成电路的定义、分类和特点解释集成电路的制造工艺和封装方式9.2 集成电路的设计与应用介绍集成电路的设计方法和流程分析集成电路在电子设备中的应用和性能要求第十章：半导体器件的测试与故障诊断10.1 半导体器件的测试方法介绍半导体器件测试的基本原理和方法解释半导体器件测试仪器和测试电路10.2 半导体器件的故障诊断介绍半导体器件故障的类型和原因讲解半导体器件故障诊断的方法和步骤第十一章：功率半导体器件11.1 功率二极管和晶闸管介绍功率二极管和晶闸管的结构、原理和特性分析功率二极管和晶闸管在电力电子设备中的应用11.2 功率MOSFET和IGBT介绍功率MOSFET和IGBT的结构、原理和特性分析功率MOSFET和IGBT在电力电子设备中的应用第十二章：光电器件12.1 光电二极管和太阳能电池介绍光电二极管和太阳能电池的结构、原理和特性分析光电二极管和太阳能电池在光电子设备中的应用12.2 光电晶体管和光开关介绍光电晶体管和光开关的结构、原理和特性分析光电晶体管和光开关在光电子设备中的应用第十三章：半导体传感器13.1 温度传感器和压力传感器介绍温度传感器和压力传感器的结构、原理和特性分析温度传感器和压力传感器在电子测量中的应用13.2 光传感器和磁传感器介绍光传感器和磁传感器的结构、原理和特性分析光传感器和磁传感器在电子测量中的应用第十四章：半导体器件的可靠性14.1 半导体器件的可靠性基本概念介绍半导体器件可靠性的定义、指标和分类解释半导体器件可靠性的重要性14.2 半导体器件可靠性的影响因素分析半导体器件可靠性受材料、工艺、封装等因素的影响14.3 提高半导体器件可靠性的方法介绍提高半导体器件可靠性的设计和工艺措施第十五章：半导体器件的发展趋势15.1 纳米晶体管和新型存储器介绍纳米晶体管和新型存储器的研究进展和应用前景15.2 新型半导体材料和器件介绍石墨烯、碳纳米管等新型半导体材料和器件的研究进展和应用前景15.3 半导体器件技术的未来发展趋势分析半导体器件技术的未来发展趋势和挑战重点和难点解析重点：1. 半导体的基本概念、分类和特点。
半导体物理与器件 课件 教学PPT 作者 裴素华 第1章 半导体材料的基本性质
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因此半导体两种载流子浓度的乘积等于它的本质载流子浓度的平方.
3.本征载流子浓度与本征费米能 级 右图为 Si和GaAs中本征载流子浓 度与温度倒数间的关系
1.4 杂质半导体与杂质半导体的载流 子浓度
1.4.1 N型半导体与P型半导体
N型半导体:在纯净的本征半导体材料中掺入施主杂质 后，施主杂质电离放出大量能导电的电子，使这种半 导体的电子浓度n大于空穴浓度p，把这种主要依靠电 子导电的半导体称为N型半导体，如图a所示。 P 型半导体：在纯净的本征半导体材料中掺入受主杂 质后，受主杂质电离放出大量能导电的空穴，使这种 半导体的空穴浓度p大于电子浓度n，把这种主要依靠 空穴导电的半导体称为P 型半导体，如图b所示。
E ' FN E ' FP np n0 p0 exp T
E ' FN E ' FP n 2i exp T
N型半导体小注入前后准费米能级偏离费米能级的程度 a）小注入前 b）小注入后
1.6载流子的漂移运动
半导体导带电子和价带空穴是可以参加导电的，它 们的导电性表现在当有外加电场作用在半导体上的 时候，导带电子和价带空穴将在电场作用下作定向 运动，传导电流，我们把该运动称为载流子的漂移 运动。
本征半导体是指完全纯净的 结构完整的 不 含任何杂质和缺陷的半导体.
半导体填充能带的情况 a）T=0K b） T>0K
本征半导体导带电子和价带空穴均能在外加电场作用 下,产生定向运动形成电流,把上述两种荷载电流的粒子 称为半导体的俩种载流子. 导带电子浓度和价带空穴浓度永远相等,这是本征半导 体导电机构的一个重要特点.
vn = -
半导体器件物理教案课件
半导体器件物理教案课件PPT第一章：半导体简介1.1 半导体的概念与分类介绍半导体的定义解释N型和P型半导体讲解半导体材料的分类及性质1.2 半导体的导电特性说明半导体的导电原理探讨半导体导电性的影响因素分析N型和P型半导体的导电特性第二章：PN结的形成与特性2.1 PN结的形成讲解PN结的形成过程说明PN结的形成机制探讨PN结的平衡状态2.2 PN结的特性分析PN结的伏安特性讲解PN结的击穿现象探讨PN结的势垒结构和电荷分布第三章：二极管的结构与特性3.1 二极管的结构介绍二极管的结构及组成讲解P型和N型半导体对接形成二极管的过程探讨二极管的掺杂浓度和材料选择3.2 二极管的特性分析二极管的伏安特性讲解二极管的正向和反向导通条件探讨二极管的动态响应特性和温度特性第四章：二极管的应用4.1 整流电路讲解二极管整流电路的原理分析整流电路的电压和电流波形探讨整流电路的效率和输出特性4.2 滤波电路介绍二极管滤波电路的原理分析滤波电路的频率响应特性探讨滤波电路的应用场景和效果4.3 稳压电路讲解二极管稳压电路的原理分析稳压电路的稳压特性探讨稳压电路的选用和设计要点第五章：晶体三极管的结构与特性5.1 晶体三极管的结构介绍晶体三极管的结构及组成讲解PNP和NPN型晶体三极管的结构特点探讨晶体三极管的制造工艺和材料选择5.2 晶体三极管的特性分析晶体三极管的伏安特性讲解晶体三极管的工作原理探讨晶体三极管的电流放大效应和输出特性第六章：晶体三极管的应用6.1 放大电路讲解晶体三极管放大电路的原理分析放大电路的电压和电流波形探讨放大电路的输入和输出特性6.2 开关电路介绍晶体三极管开关电路的原理分析开关电路的转换特性探讨晶体三极管在开关电路中的应用和选择第七章：场效应晶体管的结构与特性7.1 场效应晶体管的结构介绍场效应晶体管的结构及组成讲解MOSFET和JFET的结构特点探讨场效应晶体管的制造工艺和材料选择7.2 场效应晶体管的特性分析场效应晶体管的伏安特性讲解场效应晶体管的工作原理探讨场效应晶体管的电流放大效应和输出特性第八章：集成电路的基本原理8.1 集成电路的构成介绍集成电路的构成要素讲解集成电路的制造工艺探讨集成电路的分类和应用领域8.2 集成电路的设计与制造分析集成电路的设计流程讲解集成电路的制造步骤探讨集成电路的设计原则和制造技术第九章：常用集成电路应用实例9.1 放大集成电路讲解放大集成电路的原理与应用分析放大集成电路的性能指标探讨放大集成电路在实际电路中的应用实例9.2 数字集成电路介绍数字集成电路的原理与应用分析数字集成电路的逻辑功能探讨数字集成电路在数字系统中的应用实例第十章：半导体器件的发展与新技术10.1 半导体器件的发展历程回顾半导体器件的发展历程分析不期半导体器件的特点和突破探讨半导体器件未来发展趋势10.2 半导体新技术介绍半导体新技术的研究方向分析半导体新技术的应用前景探讨半导体新技术对半导体产业的影响重点和难点解析重点环节1：半导体的导电特性需要重点关注半导体导电原理和影响导电性的因素，因为这是理解后续半导体器件工作的基础。
半导体器件物理课件1
5.半导体中的基本控制方程 1）连续性方程 粒子数守恒：
利用电流密度表达式：
（1-212）
在一维情况下，取电流沿x方向：
半导体物理基础
1.6非平衡载流子
5.半导体中的基本控制方程 2）泊松方程
在饱合电离的情况下：
（1-220）
设空间电荷所形成的电势分布为 ，则 与 之间满 足泊松方程：
为自由空间电容率，其数值为
半导体物理基础
1.6非平衡载流子
3.修正的欧姆定律
其中： 分别称为电子和空穴的等效电导率。修正欧姆定律虽然在 形式上和欧姆定律一致，但它包括了载流子的漂移和扩散 的综合效应。 从修正欧姆定律可以看出，费米能级恒定（即
）是电流为零的条件。处于热平衡的 半导体，费米能级恒定。或者说，热平衡系统具有统一的 费米能级。
Ø光学波 特点：对于光学波，相邻两种不同原子 的振动方向是相反的。原胞的质心保持 不动，由此也可以定性的看出，波长很 长的光学波（长光学波）代表原胞中两 个原子的相对振动。
晶格振动能量的量子化 ---声子
半导体物理基础
2.载流子的散射
1）平均自由时间与驰豫时间 载流子在电场中作漂移运动时，只有在连续两次散射之
第一章 半导体物理基础
●半导体中的电子状态 ●载流子的统计分布 ●简并半导体 ●载流子的散射 ●载流子的输运 ●非平衡载流子
概述
1、本课程的主要内容 2、本课程的考核方式、答疑时间
半导体物理基础
1.1半导体中的电子状态
●半导体中电子的波函数和能量谱值 ●能带 ●有效质量 ●导带电子和价带空穴 ●Si/Ge/GaAs的能带结构 ●杂质和缺陷能级
这些就是本课程的主要内容。
半导体物理基础
半导体物理基础
九年级物理半导体课件
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炕桌摆放在车前一米多远的地方，又将放有各种祭品的方木盘放在桌子上，耿大业夫妇俩拉着小铁蛋儿来到桌子前面。一家人满面悲 伤地望着车里的灵柩。片刻之后，耿大业拱手深深作揖，全家三口恭恭敬敬地跪在了桌子前。然后，夫妇俩一起动手焚烧纸钱；全部 焚烧完后，全家一起磕了三个头。耿大业表情悲切地说：“大叔哇，一路走好嘞！”耿大嫂红着眼圈儿说：“大叔，我们一家人永远 想念您！”小铁蛋儿也尖着小嗓门儿大声说：“爷爷，小铁蛋儿想念您！我和爹娘以后还会去给您上坟的！”耿正注意到，旁边有几 个形迹可疑的人相互看看，摇摇头快步往东走了。走不多远，还隐约听到其中的一个说：“这个没用的大疤，自己不敢出手，倒让我 们日赶夜赶的白白浪费了两天时间，到头来却是狗逮猪尿泡„„”到此，耿正已经断定，他们和那个左侧额头上有一道大疤痕的家伙 是一伙儿的，他们是劫贼！耿大业一家人此次悲壮的祭“灵车”之举真正地帮助他们躲过了一次大劫难！看到那些劫贼失望地走远了， 耿正向耿英点点头。俩人一起过来扶起耿大业和耿大嫂，耿直抱起小铁蛋儿，亲亲他的小脸蛋儿。耿正说：“多谢大哥、大嫂、小铁 蛋儿！”耿大业说：“你们顺着这条大路一直往前走，饶过群山再往北走就会见到鄱阳湖。渡过湖去，再顺着长江走不了几天，就到 武昌镇了。”耿大嫂也说：“只要到了鄱阳湖，以后的路你们走过的。”耿正一语双关地拱手说：“大哥大嫂放心，这往后的路应该 都是坦途了！也请大哥大嫂保重！”耿正和耿英也都抱抱小铁蛋儿，亲亲他可爱的小脸蛋儿。大家说话之间，两个伙计已经把小炕桌、 方木盘和其余祭品什么的都拾掇回去了。于是，大家恋恋不舍地道别。耿大嫂说：“英妹子你先上车！”耿大业也说：“你们都上车 吧！趁早赶路，一路顺风！”耿正再次连连拱手说：“大哥大嫂保重！各位保重！都请回去吧！但愿咱们后会有期！”“一路保重！ 后会有期！”耿正从伙计手里接过大白骡的缰绳。兄妹三人各自上车坐好，朝着送行的人们连连招手。耿正扬起长鞭：“驾—”大白 骡驾起骡车，载着兄妹三人一路奔西疾行而去了。大骡车已经走出很远了。耿正几次回头观望，确信再没有贼人跟随了，这才转头对 坐在车棚里边的妹妹说：“英子，你知道耿大哥在大店的院子里为什么不让你说下去吗？你也真是的，平日里挺聪明的一个人，怎么 一时间就给糊涂了呢！”耿英红着脸不好意思地说：“耿大哥拦住了不让我继续说下去的时候，我就知道自己错了„„”耿直说： “我感觉耿大哥一家人今天怎么怪怪的？”耿正说：“你忘了耿大哥昨儿个说过的那句话了吗？他说‘这一带有的时候还真得不很太 平呢’。唉，这耿大哥真正让人敬佩啊！他不但非常仁义善良，而且还
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由两个面心立方结构 沿空间对角线错开四 分之一的空间对角线 长度相互嵌套而成。
硅（Si） 锗（Ge）
江西科技师范大学
半导体器件物理 大量的硅（Si）、锗 （Ge）原子靠共价键 结合组合成晶体，每 个原子周围都有四个 最邻近的原子，组成 正四面体结构， 。这 四个原子分别处在正 四面体的四个顶角上， 任一顶角上的原子各 贡献一个价电子和中 心原子的四个价电子 分别组成电子对，作 为两个原子所共有的 价电子对。
试求ADD’A’的密勒指数。
江西科技师范大学
半导体器件物理
• 任何两个原子之间的 连线在空间有许多与 它相同的平行线。 • 一族平行线所指的方 向用晶列指数表示 • 晶列指数是按晶列矢 量在坐标轴上的投影 的比例取互质数 • [111]、[100]、[110]
江西科技师范大学
半导体器件物理
• 任何三个原子组成的晶面在空间有许多和它相同 的平行晶面 • 一族平行晶面用晶面指数来表示 • 它是按晶面在坐标轴上的截距的倒数的比例取互 质数 • (111)、(100)、(110) • 相同指数的晶面和晶列互相垂直。
●面心立方结构 ●金刚石结构 ●闪锌矿结构 釙(Po) 江西科技师范大学
半导体器件物理
晶体的原子按一 定规律在空间周 期性排列，称为 晶格。
体心立方结构
钠（Na） 钼（Mo）
钨（W）
江西科技师范大学
半导体器件物理
面心立方结构
铝（Al）
铜（Cu）
金（Au） 银（Ag）
江西科技师范大学
半导体器件物理
江西科技师范大学
半导体器件物理
闪锌矿结构
砷化镓（GaAs）
磷化镓(GaP) 硫化锌(ZnS)
硫化镉(CdS)
江西科技师范大学
半导体器件物理
元素半导体
化合物半导体
硅（Si） 锗（Ge）
Ⅲ族元素[如铝(Al)、镓 (Ga)、铟(In)]和Ⅴ族元 素[如磷(P)、砷(As)、 锑(Sb)]合成的Ⅲ-Ⅴ族 化合物都是半导体材料
半导体器件物理 如图，晶面ACC’A’在 坐标轴上的 截距为1，1，∞， 其倒数为1，1，0， 此平面用密勒指数表示 为（110）， 此晶面的晶向（晶列指 数）即为[110]；
晶面ABB’A’用密勒指 数表示为（ 100 ）；
晶面D’AC用密勒指数 表示为（ 111 ）。
江西科技师范大学
半导体器件物理
晶体的各向异性具体表现在晶体不同 方向上的弹性膜量、硬度、热膨胀系数、 导热性、电阻率、电位移矢量、电极化强 度、磁化率和折射率等都是不同的。
江西科技师范大学
半导体器件物理
在ACC’A’平面 内有六个原子， 在ADD’A’平面 内有五个原子， 且这两个平面 内原子的间距 不同。
江西科技师范大学
半导体器件物理
江西科技师范大学
半导体器件物理 光照与半导体
光照对半导体材料的导电能力也有很大的影响。 例如，硫化镉（CdS）薄膜的暗电阻为几十兆欧， 然而受光照后，电阻降为几十千欧，阻值在受光照以 后改变了几百倍。 光敏电阻 成为自动化控制中的一个重要元件。
江西科技师范大学
半导体器件物理 其他因素与半导体
除温度、杂质、光照外，电场、磁场及其他 外界因素（如外应力）的作用也会影响半导体材 料的导电能力。
江西科技师范大学
半导体器件物理 1.2 半导体的电性能 温度与半导体 半导体的电导率随温度升高而迅速增加。 金属电阻率的温度系数是正的（即电阻率随温 度升高而增加，且增加得很慢）； 半导体材料电阻率的温度系数都是负的（即温 度升高电阻率减小，电导率增加，且增加得很快）。
热敏电阻 对温度敏感，体积又小，热惯性也小， 寿命又长，因此在无线电技术、远距离控制与测量、 自动化等许多方面都有广泛的应用价值。
解
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半导体器件物理
例1-2
硅（Si）在300K时的晶格常数为5.43Å。请计算出每立方厘米体 积中硅原子数及常温下的硅原子密度。（硅的摩尔质量为 28.09g/mol）
解
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半导体器件物理
沿晶格的不同方向，原子排列的周期 性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在 不同方向的物理特性也不同 。
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半导体器件物理
电阻率介于导体和绝缘体之间 。导体（电阻率小于10-8Ω·m）， 绝缘体（电阻率大于106Ω·m）。 晶体 自然界中存在的固体材料，按其结构形式不同，可以分为晶 体（如石英、金刚石、硫酸铜等）和非晶体（玻璃、松香、沥青等）。 半导体
1.1
五种常见的晶格结构
●简单立方结构 ●体心立方结构
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半导体器件物理 杂质与半导体
杂质对半导体材料导电能力的影响非常大。 例如，纯净硅在室温下的电阻率为2.14×107Ω·m， 若掺入百分之一的杂质（如磷原子），其电阻就会 降至20Ω·m。 虽然此时硅的纯度仍旧很高，但电阻率却降至 原来的一百万分之一左右，绝大多数半导体器件都 利用了半导体的这一特性。
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半导体器件物理
例1-1
假使体心结构的原子是刚性的小球，且中心原子与立方体八个角落 的原子紧密接触，试算出这些原子占此体心立方单胞的空间比率。
解
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练习
假使面心结构的原子是刚性的小球，且面中心原子与 面顶点四个角落的原子紧密接触，试算出这些原子占此面 心立方单胞的空间比率。
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1带
1.4 半导体中的杂质与缺陷
1.5 载流子的运动 1.6 非平衡载流子 1.7 习题
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【5A版】半导体器件物理详尽版课程
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半导体器件物理
● —— 本章重点
半导体材料的晶格结构 电子和空穴的概念 半导体的电性能和导电机理 载流子的漂移运动和扩散运动 非平衡载流子的产生和复合
常用密勒指数来标志晶向的不同取向。 密勒指数是这样得到的： （1）确定某平面在直角坐标系三个轴上的截点，并 以晶格常数为单位测得相应的截距； （2）取截距的倒数，然后约简为三个没有公约数的 整数，即将其化简成最简单的整数比； （3）将此结果以“（hkl）”表示，即为此平面的密 勒指数。
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