1固体晶格结构全解

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,课程主要内容,固体晶格构造：第一章,量子力学：其次章第三章,半导体物理：第四章第六章,半导体器件：第七章第十三章,1,绪论,什么是半导体,按固体的导电力气区分，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,导体,半导体,绝缘体,电阻率,(cm),10,-3,10,-3,10,9,10,9,2,绪论,半导体具有一些重要特性，主要包括：,温度上升使半导体导电力气增加，电阻率下降,如室温四周的纯硅(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转变半导体的导电力气,以纯硅中每100万个硅原子掺进一个族杂质比方磷为例，这时 硅的纯度仍高达99.9999%，但电阻率在室温下却由大约214,000cm降至0.2cm以下,适当波长的光照可以转变半导体的导电力气,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M，当受光照后电阻值可以下降为几十K,此外，半导体的导电力气还随电场、磁场等的作用而转变,3,1.1,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,4,1.2固体类型 半导体的晶体构造,一、晶体的根本学问,长期以来将固体分为：晶体和非晶体。,晶体的根本特点：,具有确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确定的方式有规章的排列而成长程有序。如Si，Ge，GaAs,5,1.2固体类型 半导体的晶体构造,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 种规章排列方式所贯穿。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积存成的整块材料，如各种金属材料和电子陶瓷材料。晶界分别,6,1.2固体类型 半导体的晶体构造,非晶体的根本特点：,无规章的外形和固定的熔点，内部构造也不存在长程有序，但在假设干原子间距内的较小范围内存在构造上的有序排列短程有序,如非晶硅：a-Si,7,1.2固体类型 半导体的晶体构造,非晶体无定型,多晶,单晶,8,1.3,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,。,9,1.3,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局部根本单元，可以不同,10,1.3,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,11,1.3空间晶格1.3.2 根本晶体构造,简立方,sc,体心立方,bcc,面心立方,fcc,原子体密度,12,1.3,空间晶格,晶面与密勒指数,1,、晶面表示方法：,(1),平面截距：,3,，,2,，,1,(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),13,1.3,空间晶格,晶面与密勒指数,简立方晶体的三种晶面,(100),(110),(111),14,1.3,空间晶格,晶面与密勒指数,体心立方构造(110)晶面及所截的原子,原子面密度,15,1.3,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,16,1.3空间晶格 1.3.4 金刚石构造,金刚石构造,17,1.3空间晶格金刚石构造,四周体构造,18,1.3空间晶格金刚石构造,金刚石晶格,19,1.3空间晶格金刚石构造,闪锌矿构造GaAs,不同原子构成的四周体,20,1.3空间晶格金刚石构造,21,1.4,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,22,1.4,原子价键,硅原子和硅晶体,23,1.5,固体中的缺陷和杂质,晶格振动,点缺陷空位和填隙,线缺陷,24,1.5,固体中的缺陷和杂质,替位式杂质,填隙式杂质,25,1.5,固体中的缺陷和杂质,掺杂 为了转变半导体的导电性而向其中参与杂质的技术,高温集中度,离子注入50kev损伤与退火,26,1.6,半导体材料的生长,直拉单晶法Czochralski方法,外延生长：在单晶衬底外表生长一层薄单晶的工艺,27,1.7,小结,常用半导体材料,晶格构造、晶胞、原胞,硅的金刚石构造,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,28,