1固体晶格结构全解

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绪论


ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ

半导体具有一些重要特性，主要包括： 温度升高使半导体导电能力增强，电阻率下降 如室温附近的纯硅(Si)，温度每增加8℃，电阻率相应地降 低50%左右 微量杂质含量可以显著改变半导体的导电能力 以纯硅中每100万个硅原子掺进一个Ⅴ族杂质（比如磷） 为例，这时 硅的纯度仍高达99.9999%，但电阻率在室温下 却由大约214,000Ωcm降至0.2Ωcm以下 适当波长的光照可以改变半导体的导电能力 如在绝缘衬底上制备的硫化镉(CdS)薄膜，无光照时的电 阻为几十MΩ，当受光照后电阻值可以下降为几十KΩ 此外，半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而改变
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1.1半导体材料


元素半导体（Si、 Ge） 化合物半导体（双元素，三元素等）
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1.2固体类型
半导体的晶体结构
一、晶体的基本知识 长期以来将固体分为：晶体和非晶体。 晶体的基本特点： 具有一定的外形和固定的熔点，组成晶 体的原子（或离子）在较大的范围内（至 少是微米量级）是按一定的方式有规则的 排列而成－－长程有序。（如Si，Ge， GaAs）
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1.3空间晶格

1.3.1 晶胞和原胞
1、晶胞＿可以复制成整个晶体的一小部分 （基本单元，可以不同）
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1.3空间晶格

晶胞和原胞
2、原胞＿可以形成晶体的最小的晶胞
广义三维晶胞的表示方法： 晶胞和晶格的关系
r pa qb sc
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1.3空间晶格

1.3.2 基本晶体结构
面心立方fcc
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1.2固体类型
半导体的晶体结构
晶体又可分为：单晶和多晶。
单晶：指整个晶体主要由原子(或离子)的一 种规则排列方式所贯穿。常用的半导体材 料锗(Ge)、硅(Si)、砷化镓 (GaAs)都是单 晶。
多晶：是由大量的微小单晶体（晶粒）随机 堆积成的整块材料，如各种金属材料和电 子陶瓷材料。（晶界分离）
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1.6半导体材料的生长

直拉单晶法（Czochralski方法）

外延生长：在单晶衬底表面生长一层薄单晶 的工艺 27
1.7小结



常用半导体材料 晶格结构、晶胞、原胞 硅的金刚石结构 晶面、晶向的描述（密勒指数） 半导体中的缺陷 原子体密度，原子面密度的计算
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金刚石结构
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1.3空间晶格

金刚石结构
四面体结构
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1.3空间晶格

金刚石结构
金刚石晶格
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1.3空间晶格

金刚石结构
闪锌矿结构（GaAs）

不同原子构成的四面体
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1.3空间晶格
金刚石结构
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1.4原子价键


离子键 （NaCl 库仑力） 共价键 (H2 共用电子对) 金属键 (Na 电子海洋) 范德华键 （弱 HF 电偶极子 存在分子或 分子内非健结合的力）
课程主要内容

固体晶格结构：第一章 量子力学：第二章~第三章 半导体物理：第四章~第六章 半导体器件：第七章~第十三章
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绪论

什么是半导体
按固体的导电能力区分，可以区分为导体、半导体和绝缘体
表1.1 导体、半导体和绝缘体的电阻率范围 材料 电阻率ρ(Ωcm) 导体 ＜ 10-3 半导体 10-3～109 绝缘体 ＞109
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1.2固体类型
半导体的晶体结构
非晶（体）的基本特点： 无规则的外形和固定的熔点，内部 结构也不存在长程有序，但在若干原子 间距内的较小范围内存在结构上的有序 排列——短程有序 （如非晶硅：a-Si）
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1.2固体类型

半导体的晶体结构
非晶体（无定型） 多晶 单晶
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1.3空间晶格
晶体是由原子周 期性重复排列构成 的，整个晶体就像 网格，称为晶格， 组成晶体的原子(或 离子)的重心位置称 为格点，格点的总 体称为点阵。
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1.4原子价键

硅原子和硅晶体
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1.5固体中的缺陷和杂质

晶格振动 点缺陷 （空位和填隙） 线缺陷
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1.5固体中的缺陷和杂质

替位式杂质 填隙式杂质
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1.5固体中的缺陷和杂质

掺杂 为了改变半导体的导电性而向其中加 入杂质的技术．


高温扩散 离子注入
１０００度 50kev 损伤与退火
1.3空间晶格

晶面与密勒指数
简立方晶体的三种晶面
(100)
(110)
(111)
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1.3空间晶格

晶面与密勒指数
体心立方结构(110)晶面及所截的原子

原子面密度
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1.3空间晶格

晶面与密勒指数
2、晶向＿通过晶体中原子中心的不同方向的 原子列 [hkl]
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1.3空间晶格

1.3.4 金刚石结构
简立方sc
体心立方bcc

原子体密度
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1.3空间晶格

1.3.3晶面与密勒指数
(2)平面截距的倒数：1/3， 1/2，1 (3) 倒数乘以最小公分母： 2，3，6 平面用(236)标记，这些整 数称为密勒指数。
晶面可用密勒指数（截距的 倒数）来表示：(hkl)13
1、晶面表示方法：(1)平面截距：3，2，1