半导体物理与器件1

第一章固体晶体结构1.1半导体材料

ⅡBⅢAⅣAⅤAⅥABCNOAlSiPSZnGaGeAsSeCdInSnSbTe第一章固体晶体结构元素半导体

Si、Ge、C、化合物半导体（高速器件和光电器件）AlP、GaP、

GaAs、InPGaN（微波、蓝光器件）、CdTe（薄膜太阳能电池）、SiC（高功率器件）AlGaAs、AlGaNCuInGaSe(CIGS)、

CuZnSnS(CZTS)（薄膜太阳能电池）氧化物半导体（高速器件和光电器件）ZnO、TiO2、SnO2、AlxZn1-xO、GaxZn1-xO、InxSn1-xO2BaNbxTi1-xO31.1半导体材料

第一章固体晶体结构晶体的三种类型的示意图：(a)无定型

(b)多晶

(c)单晶

1.2固体类型

第一章固体晶体结构有序化区域是指原子或分子有规则或周期性几何排列的空间范畴。无定型材料只在几个原子或分子的尺度内有序。单晶区域也称晶粒，在许多个原子或分子的尺度内有序的空间范畴。多晶材料是由多个有序化区域构成的材料，它们由晶界相分离。单晶材料则在整个范围都有很高的几何周期性。1.2固体类型第一章固体晶体结构1.3.1原胞（PrimitiveCell）和晶胞(UnitCell)晶胞是可以复制出整个晶体的一小部分晶体，晶胞并非只有一种结构。原胞是可以通过重复形成晶格的最小晶胞。1.3空间晶格第一章固体晶体结构1.3.2基本的晶体结构简立方SC,SimpleCubic体心立方BCC,Body-CenteredCubic面心立方FCC,Face-CenteredCubic三种晶格类型：(a)简立方

(b)体心立方

(c)面心立方

第一章固体晶体结构1.3.2基本的晶体结构晶体中的原子体密度：体心立方假设晶格常数a=0.5nm=5*10-8cm体密度＝个原子/cm3第一章固体晶体结构1.3.3晶面和密勒指数三种晶面：(a)（100）平面

(b)（110）平面

(c)（111）平面

第一章固体晶体结构原子面密度简立方SC,SimpleCubic体心立方BCC,Body-CenteredCubic面心立方FCC,Face-CenteredCubic第一章固体晶体结构晶向三种晶向和晶面：(a)(100)平面和[100]方向

(b)(110)平面和[110]方向

(c)(111)平面和[111]方向

第一章固体晶体结构1.3.4金刚石结构(Diamond)金刚石结构可以看着面心立方结构沿体对角线平移1/4距离所形成的复试晶格也可以看着是由缺四个顶角原子的体心立方结构堆积而成。硅具有金刚石结构GaAs具有闪锌矿结构，也可以看着是由不同原子交替的金刚石结构第一章固体晶体结构

金刚石结构第一章固体晶体结构GaAs闪锌矿结构第一章固体晶体结构1.4原子价键（AtomicBonding）离子键（IonicBond）NaCl共价键（CovalentBonding）Si金属键（MetallicBonding）Cu分子键（范德华键）（VanderWaalsBond）H2O第一章固体晶体结构1.5固体中的缺陷与杂质点缺陷（Pointdefect):空位Vacancy、填隙Interstitial空位－填隙缺陷（弗兰克尔缺陷Frenkel）空位－表面原子缺陷（肖脱基缺陷Schottky）线缺陷（Linedefect):位错Dislocation刃位错(edge)、螺位错(Screw)第一章固体晶体结构1.5固体中的缺陷与杂质替位（取代）杂质SubstitutionalImpurity填隙杂质InterstitialImpurity第一章固体晶体结构1.6半导体材料的生长熔体法（直拉单晶法）Czochralski外延法Epitaxial:气相外延CVD(ChemicalVaporDeposition)、PVD(PhysicalVaporDeposition)、液相外延Liquid-phaseEpitaxy、分子束外延MBE(MolecularBeamEpitaxy)、脉冲激光沉积PLD（PulsedLaserDeposition）、原子层沉积ALD（AtomicLayerDepositio