【正文】 其中 m、 n及 p是整數(shù)。 ?晶格 (lattice)： 晶體中原子的周期性排列稱為晶格。 ?與元素半導(dǎo)體相比，制作單晶體形式的化合物半導(dǎo)體通常需要較復(fù)雜的程序。 二元化合物半導(dǎo)體： ?IV－ IV族元素化合物半導(dǎo)體： 炭化硅（ SiC）； ?IIIV族元素化合物半導(dǎo)體： 砷化鎵（ GaAs）、磷化鎵（GaP）、磷化銦（ InP）等； ?IIVI族元素化合物半導(dǎo)體： 氧化鋅（ ZnO）、硫化鋅（ ZnS）、碲化鎘（ CdTe）等； ?IVVI族元素化合物半導(dǎo)體： 硫化鉛（ PbS）、硒化鉛（PbSe）、碲化鉛（ PbTe） 化合物 (pound)半導(dǎo)體材料 三元化合物與多元化合物半導(dǎo)體： ?由 III族元素鋁 (Al)、鎵 (Ga)及 V族元素砷 (As)所組成的合金半導(dǎo)體 AlxGax1As即是一種三元化合物半導(dǎo)體， ?具有 AxB1xCyD1y形式的四元化合物半導(dǎo)體可由許多二元及三元化合物半導(dǎo)體組成。 周期 II III IV V VI2 B C N 硼 炭 氮3 M g Al Si P S鎂 鋁 硅 磷 硫4 Zn Ga Ge As Se鋅 鎵 鍺 砷 硒5 Cd In Sn Sb Te鉻 銦 錫 銻 碲6 Hg Pb汞 鉛硼 炭 氮鎂 鋁 硅 磷 硫鋅 鎵 鍺 砷 硒鉻 銦 錫 銻 碲汞 鉛硅的優(yōu)勢： 硅器件在室溫下有較佳的特性；高品質(zhì)的硅氧化層可由熱生長的方式產(chǎn)生，成本低；硅含量占地表的 25%，僅次于氧，儲量豐富。 18101610141012101010810610410210 1210? 410? 610? 810?1810? 1610? 1410? 1210? 1010? 810? 610? 410? 210?1210410610810? ??電 阻 率 / ( c m )S? ?1電 導(dǎo) 率 / ( c m )Ge鍺 ()硅 ( S i )G aA s砷 化 鎵 ()G a P磷 化 鎵 ()C d S硫 化 鎘 ()銅銀鋁鉑硫 化 鉍玻璃金剛石 ( 純 )硫熔融石英電 阻 率電 導(dǎo) 率鍺硅砷 化 鎵磷 化 鎵硫 化 鎘銅銀鋁鉑硫 化 鉍玻璃金剛石 純硫熔融石英半導(dǎo)體材料 ? 半導(dǎo)體的特點(diǎn)： 易受溫度、照光、磁場及微量雜質(zhì)原子的影響。第二章 半導(dǎo)體物理及器件物理基礎(chǔ) 本節(jié)內(nèi)容 ? 半導(dǎo)體材料、基本晶體結(jié)構(gòu)與共價(jià)鍵 ? 能級與能帶 ? 本征載流子濃度 ? 施主和受主 導(dǎo)電性：固態(tài)材料可分為三類，即絕緣體、半導(dǎo)體及導(dǎo)體。 正是半導(dǎo)體的這種對電導(dǎo)率的高靈敏度特性使半導(dǎo)體成為各種電子應(yīng)用中最重要的材料之一。 元素 (elements)半導(dǎo)體 類別： ?二元化合物半導(dǎo)體： 由兩種元素組成。例如，合金半導(dǎo)體 GaxIn1xAsyP1y是由磷化鎵 (GaP)、磷化銦 (InAs)及砷化鎵 (GaAs)所組成。 ?化合物半導(dǎo)體的技術(shù)不如硅半導(dǎo)體技術(shù)成熟。 ?單胞 (unit cell)： 周期性排列的最小單元，用來代表整個晶格，將此單胞向晶體的四面八方連續(xù)延伸，即可產(chǎn)生整個晶格。 晶體結(jié)構(gòu) 幾種常見基本晶胞： ?簡單立方晶格 (simple cubic,sc)：在立方晶格的每一個角落 ， 都有一個原子 ， 且每個原子都有六個等距的鄰近原子 。 在體心立方晶格中 ， 每一個原子有八個最鄰近原子 。 很多元素具有面心立方結(jié)構(gòu) ， 包括鋁(aluminum)、 銅 (copper)、 金 (gold)及鉑 (platinum)。 ?閃鋅礦結(jié)構(gòu) (zincblende lattice)：大部分的 IIIV族化合物半導(dǎo)體 (如GaAs)具有閃鋅礦結(jié)構(gòu) ， 它與金剛石晶格的結(jié)構(gòu)類似 ， 只是兩個相互套構(gòu)的面心立方副晶格中的組成原子不同 ， 其中一個副晶格為 III族原子(Ga)， 另一個副晶格為 V族原子 (As) 。 因此沿著不同平面的晶體特性并不同 ， 且電特性及其他器件特性與晶體方向有著重要的關(guān)聯(lián) 。 ?[hkl]： 代表一晶體的方向 ， 如 [100]方向定義為垂直于 (100)平面的方向 ， 即表示 x軸方向 。 它們的最簡單整數(shù)比為 6:2:3(每個分?jǐn)?shù)乘 6a所得 )。 每個原子在外圍軌道有四個電子 ， 分別與周圍 4個原子共用 4對電子 。 然而這些電子大部分的時(shí)間是存在兩個原子核間 。 111,444110, ,2210,0,2111,22210, ,021,0,02 ＋ 4 Ga ＋ 4 Ga ＋ 4 Ga ＋ 4 Ga ＋ 4 As 半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)合 載流子 ：低溫時(shí) ， 電子分別被束縛在四面體晶格中 ， 因此無法作電的傳導(dǎo) 。 此空缺可由鄰近的一個電子填滿 ， 從而產(chǎn)生空缺位置的移動 ， 并可被看作與電子運(yùn)動方向相反的正電荷 ， 稱為 空穴 (hole)。 如有 N個原子形成一個固體 ， 不同原子外層電子的軌道重疊且交互作用 。 右圖描述此效應(yīng) ， 其中 a參數(shù)代表平衡狀態(tài)下晶體原子的間距 。 當(dāng)原子與原子間的距離縮短時(shí) ， N個硅原子的 3s及 3p副外層將彼此交互作用及重疊 。 Eg EC EV 價(jià)帶 導(dǎo)帶 3s 2N個狀態(tài) 2N個電子 4N個狀態(tài) 4N個電子 4N個狀態(tài) 0個電子 晶格原子間距 6N個狀態(tài) 2N個電子3p 能級與能帶 其中 p為動量 ， m0為自由電子質(zhì)量 。 但因?yàn)樵雍说闹芷谛噪妱?， 前式不再適合 。 可見 ， 拋物線的曲率越小 ， 對應(yīng)的二次微分越大 ， 則有效質(zhì)量越小 。 這類半導(dǎo)體稱為 直接帶隙半導(dǎo)體 。 這類半導(dǎo)體稱為 間接帶隙半導(dǎo)體 。 直接帶隙和間接帶隙半導(dǎo)體 金屬 、 半導(dǎo)體及絕緣體的電導(dǎo)率存在巨大差異 ， 這種差異可用它們的能帶來作定性解釋 。 對金屬而言 ， 因?yàn)榻咏紳M電子的能態(tài)處尚有許多未被占據(jù)的能態(tài) ， 因此只要有一個小小的外加電場 ，電子就可自由移動 ， 故金屬導(dǎo)體可以輕易傳導(dǎo)電流 。 絕緣體的特征是有 很大的禁帶寬度 。 因此無法傳導(dǎo)電流 。 因此在室溫下 ，熱能 kT占 Eg的一定比例 ， 有些電子可以從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶 。 在恒溫下 ， 連續(xù)的熱擾動造成電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶 ， 同時(shí)在價(jià)帶留下等量的空穴 。 其中 k是玻爾茲曼常數(shù)， T是以開 (Kelvin)為單位的絕對溫度 ， EF是 費(fèi)米能級 。 xxx11111 ??? 或注：利用本征載流子濃度及其溫度特性 右圖由左到右所描繪的時(shí)能帶圖 、 態(tài)密度 N（ E） 、 費(fèi)米分布函數(shù)及本征半導(dǎo)體的載流子濃度。 利用 : 00( ) ( ) ( )t o p t o pEEn n E d E N E F E d E???? N(E) F(E) n(E)和 p(E) FECEVEE E ECEVEgEE0 (a) 能帶圖 (b) 態(tài)密度 (c) 費(fèi)米分布函數(shù) (d) 載流子濃度 導(dǎo)帶 價(jià)帶 FE本征載流子濃度及其溫度特性 雖然在導(dǎo)帶在存在大量可允許的能態(tài) ， 然而對 本征半導(dǎo)體而言 ， 導(dǎo)帶中卻不會有太多的電子 ， 即電子占據(jù)這些能態(tài)的 幾率很小 。是導(dǎo)帶中的有效態(tài)密度其中：本征載流子濃度及其