Lesson 1-半导体的晶体结构和性质.pdf

课程名称: 半导体物理学 李相民 Li_Xiangmin@bit.edu.cn 张恒利 zhl040325@bit.edu.cn Why are semiconductors important? 放大真空电子管和最早的计算机 晶体管的发明是20世纪最伟大的发明 开创了一个全新的工业领域 全球产值 授课章节和教学内容 第⼀章：半导体的能带理论 什么是半导体？化合键的回顾；晶体的基本概念与定义；原⼦的能级与共有化运动；能带与描述能带的相关理论（波⽮、布⾥渊区、有 效质量等）；半导体中的导电机构；典型半导体材料的能带。 第⼆章：半导体中的杂质与缺陷能级 N P 施主掺杂与施主能级、 型半导体；受主掺杂与受主能级、 型半导体；杂质的补偿作⽤；缺陷、位错能级。 第三章：半导体中载流⼦的统计分布 基本概念（激发、复合、热平衡、）；状态密度；费⽶能级与载流⼦的统计分布（费⽶分布函数、波尔兹曼分布函数、电⼦与空⽳的浓 度等）；本征半导体的载流⼦浓度；杂质半导体的载流⼦浓度；简并半导体。 第四章：半导体的导电特性 载流⼦的漂移与迁移率；载流⼦的散射；迁移率与杂质浓度和温度的关系；电阻率与杂质浓度和温度的关系；热载流⼦（简介）。 第五章：⾮平衡载流⼦ ⾮平衡载流⼦的注⼊与复合；⾮平衡载流⼦的寿命；准费⽶能级；复合理论（直接复合、间接复合、表⾯复合等）； 第五章：⾮平衡载流⼦ 陷阱效应；载流⼦的扩散；载流⼦的漂移、爱因斯坦关系式；连续性⽅程。 P-N 第六章： 结 P-N P-N P-N P-N P-N 结及其能带（ 结的形成、空间电荷区、 结的能带、 结的接触电位差、 结的载流⼦分布）。 P-N 第六章： 结 P-N P-N P-N P-N 结的电流、电压特性； 结的电容； 结的击穿； 结的隧道效应。 第七章：⾦属和半导体的接触 ⾦属半导体接触及其能级图； 第七章：⾦属和半导体的接触 ⾦属半导体接触整流理论；少数载流⼦的注⼊和欧姆接触。 MIS 第⼋章：半导体表⾯与 结构 表⾯态；表⾯电场效应。 MIS 第⼋章：半导体表⾯与 结构 MIS - 结构的电容电压特性；硅 ⼆氧化硅系统的性质。 第九章：异质结 异质结及其能带图；异质结的电流输运结构。 第⼗、⼗⼀章：半导体的光学性质、电学性质及热电性质 半导体的光电效应（光电导效应、光⽣伏特效应等）；半导体的热电效应（温差电效应、帕尔帖效应、汤姆逊效应）。 课程总结及复习 第一章 半导体中电子的状态 主要内容： –  半导体的晶格结构和结合性质 –  半导体中的电子 状态和能带 –  半导体中电子的运动 有效质量 –  本征半导体的导电机构 空穴 –  回旋共振 –  硅和锗的能带结构 –  III-V族化合物的能带结构 单电子近似 单电子近似 假设每个电子是在周期性排列且固定不动的原 子核势场及其它电子的平均势场中运动，该 势场具有与晶格同周期的周期性势场 能带论 用单电子近似法研究晶体中电子状态的理论称 为能带论 (为什么采用单电子近似？) 半导体的晶体结构和结合性质 重点： 1.  晶体结构 1)  金刚石结构：Ge, Si 2)  闪锌矿结构：GaA