一、什么是半导体(semi-conductor)？导 体 半 导 体 绝缘体10-6～ 10-4 电阻率r (W cm)10 －4～ 10 10>10 10绪言SL SL R r=#2 A.可以用来收听广播B.导电性能较好的材料C.导电性能较差的材料D.导电性能可以在很大范围内变化的材料二、哪些因素影响半导体的电阻率？杂质对半导体电阻率的影响硅2x105硼 / 1百 万 0.2 W cm磷 / 1百 万 2x10 5硅的纯度仍高达99.9999%纯硅: T=300K ρ=2x 105 Ωcm T=320K ρ=2 x104 Ωcm ρT半导体 金属温度对半导体的影响硫化镉(CdS)半导体薄膜，无光照时的暗电阻为几十MΩ，当受光照后电阻值可以下降为几十KΩ。
气体、压力、磁场等对半导体电阻率都产生较大的影响光照对半导体的影响三、半导体的发展史第一阶段：实验现象观察1833年：M.Faraday发现半导体所具有的负电阻温度系数1873年：W.Smith 首次发现半导体的光电导效应1874年：F.Braun 首次发现半导体的整流效应1883年：制造出硒整流器1927年：制造出氧化亚铜整流器1879年：Hall首次发现 Hall效应（半导体 RH >0, RH<0)1931年：H.Dember 首次发现了光电池效应第二阶段：理论指导1931年：A.H.Wilson 通过解薛定谔方程发展了能带理论1942年前后，多位科学家提出了基本类似的整流理论第三阶段：晶体管诞生1947年：Bardeen等人制造了第一个晶体管1956诺贝尔John BardeenWilliam Bradford ShockleyWalter H. Brattain 晶体管的三位发明人：巴丁、肖克莱、布拉顿第四阶段：集成电路出现*1958年：杰克-S-基尔比发明第一块集成电路*1966年：形成大规模集成电路 *1971年: 英特尔公司研制出第一块CPU 集成电 4004(4位) *1973年: 8008(8位)；*1978年: 8086(16位)；……2000诺贝尔SSI MSILSIVLSI ULSI GSI 元件数 <102 102 ~ 10 3 103 ~ 10 5 105 ~ 10 7 107 ~ 10 9 >109 门数 <1010 ~ 102102 ~ 104104 ~ 106106 ~ 108>108109108 107 106 105 104 1031975 1980 19851990 1970 1995 2000▲ ▲▲ ▲ ▲▲ ▲▲ ▲▲● ● ● ● ●● ● ● ●●●动态随机存储器 DRAM1Kb 4Kb 16Kb 64Kb 256Kb 1Mb 4Mb 16Mb 64Mb 256Mb 4004 80088080/80858086 80286 80386 80486Pentium Pent. Pro80786 年份单位芯片上的晶体管数集成电路发展的 Moore 定律（1965年）:晶体管数目（集成度）每十八个月增长一倍（即每三年增至四倍）80808086802868038680486PentiumPentiumPro404000.050.10.150.20.251997199920012003200620092012沟道长度(微米)微电子 -> 纳电子1946年，世界上第一台电子计算机（第一代），重30吨，用18800个电子管，耗电174千瓦，5000次运算/秒1959年，IBM7090 晶体管计算机（第二代），运算速度达到229000次/秒1964年，IBM360 集成电路通用计算机系列（第三代），具有全方位的特点，研发经费50亿美元GaAsAlGaAsGaAsGaAsAlGaAs......E导带价带超晶格、量子阱第五阶段：能带工程提出*1970年：Esaki(江琦〕提出超晶格半导体的概念 *1971年：生长出GaAs/AlGaAs 超晶格材料禁带E禁带导带价带AlGaAsGaAs高速器件 光电子器件Application of quantum well structureHigh-speed devicestwo-dimensional electron gasApplication of quantum well structure Optic-electric DevicesHigh Brightness LEDsNICHIA CHEMICAL INDUSTRIES, LTD.白炽灯和LED交通灯比较长寿命、节能、安全、色彩丰富Lifetime 2,000h >100,000h2000诺贝尔赫伯特-克勒默:1963年提出了双异质结构激光的概念 若尔斯-阿尔费罗夫:1962年提出半导体异质结构概念 for developing semiconductor heterostructures used in high-speed- and opto-electronicsZhores I. Alferov Herbert Kroemer在近十年内半导体太阳能电池将得到飞速发展太阳能的利用✓洁净能源： 与石油、煤炭等矿物燃料不同，不会致 “温室效应”，也不会造成环境污染 目前太阳能的利用仅占极小部分，但在未来几十年中会有高速发展✓ 资源丰富： 40分钟照射地球辐射的能量＝全球人类一年的能量需求✓ 使用方便： 同水能、风能等新能源相比，不受地域 的限制，利用成本低。
第一章 半导体中的电子能量状态晶体中能带的形成物质固体液体气体非晶体晶体单晶体多晶体 Ge, Si IV族半导体元素半导体GaAs,GaN,InP GaAlAs,GaPAsIII－V族半导体ZnSe,ZnS,CdTe ZnCdSe,ZnSSeII－VI族半导体GeSi SiCIV-IV族半导体化合物半导体半导体材料金刚石（C ）、硅 ( Si ) 、锗 ( Ge ) 原子结构及简化模型+14 2 8 4 +32 2 8 418 +4价电子原子实简化原子结构模型＋4共价键价电子＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4+6 2 4C晶体中的能带1S2S2P 原子中能级晶体中能带的形成固体中若有N 个原子，由于各原子间的相互作用，对应于原来孤立原子的每一个能级,变成了N 条靠得很近的能级,称为能带。
1.越是外层电子，能带越宽 2.点阵间距越小，能带越宽 3.两个能带有可能重叠晶体中能带的特点•能带：电子轨道交迭而形成，低能带窄，高能带宽能带中的能级数取决于晶体中的原子数•满带：填满电子的能带 •导带：没有被电子填满的能带 •价带： 由价电子填充的能带 •禁带：相邻能带之间的能量状态区域晶体中的电子运动:局域运动+共有化运动●金刚石晶体的能带杂化#11 半导体禁带宽度随温度的上升而____，随压力的增加而___。
A.增加，增加B. 增加，减少C. 减少，增加D. 减少，减少⏹半导体、导体、绝缘体的能带导带价带半导体∙ ∙∙ ∙∙ ∙∙ ∙∙ ∙禁带导带价带绝缘体∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙禁带价带导体∙ ∙∙ ∙∙ ∙∙ ∙∙ ∙元素 C Si Ge Sn 晶格常数(埃) 3.57 5.43 5.65 6.49 禁带宽度(eV)5.471.120.6７0.08*金刚石结构的原子排列（C ，Si ，Ge ）共价四面体109º28´+4+4 +4 +4 +4 +4+4 +4 +4 +4+4+4 +4+4 +4 +4+4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 *闪锌矿结构的原子排列（AsGa 等Ⅲ-Ⅵ半导体） +5+3+3 +5 +3 +3 +5+5 +5 +3 +3+5+5 +3+5 +3 +5+5 +3 +3 +5 +5 +3 +3 +5 +5 +3 共价四面体109º28´,1 ,1,1 ,1,1原子在平面上的投影距离基本单元：高度对称，通过上下左右前后平移能得到整个晶体#4 属于一个金刚石晶胞的原子数为：A. 8个B. 12C. 16D. 18金刚石结构晶胞马国悦（ 2014-03-03 6:30 下午）那个正四面体构型大家都很熟了，不过我觉得另外描述也很好，在看晶格的时候理解结构会比较有帮助。
单晶硅的排列就看做两套面心立方，沿其立方体对角线位移 1/4 的长度套构而成。
这样一来较复杂的晶格结构就很清晰了。
两个面心立方沿对角线位移 1/4套构而成单晶硅中的原子会怎样排列?a: 晶格常数#5 晶格常数为a 的金刚石结构，其形成共价键的二个原子间距为： A. B. C. a/2 D. a/42/2a 4/3a 硅锗 晶格常数（nm) 0.543089 0.565754 原子密度(cm -3) 5.0×1022 4.4×1022 共价半径（nm)0.1170.122晶体结构 晶格面心立方体晶格: 将晶体中的原子结构排列用点阵表示，这些格点可以代表一个原子，也可代表若干个原子。
每个格点都相同，其在空间分布的周期性与晶体中原子排列的周期性完全一致。
晶胞能反映晶格对称性的基本单元 基矢用 a ，b ，c 表示面心立方体晶胞*晶胞晶胞的上下左右前后平移能得到整个晶格 能够最大限度反映晶格对称性的最小基本单元 以格点为顶点，以三个独立方向上的周期为边长构成的平行六面体。
基矢用a 1，a 2，a 3表示*原胞晶格的最小基本单元沿基矢a 1，a 2，a 3方向平移原胞可覆盖所有晶格 每个元胞仅包含一个格点，所有格点都在原胞的顶点晶格中每一个格点都等同其附近物理性质完全相同a 2 a 1R n*格矢：晶格中所有格点的径向矢量112233n R n a n a n a =++123320n R a a a =++晶体中任意一点r 和另一点r 1若满足：)(3322111a n a n a n r r +++=面心立方原胞的体积是晶胞的体积：A. 1/2B. 1/3C. 1/4D. 1/6 #6晶列和晶面*晶列：晶格中的所有格点全部位于一系列相互平行的直线上，这些直线系称为晶列。
*晶向：表示晶列的方向从原点O 沿某个晶列到另一格点P 作位移矢量 123R l a l b l c=++*晶列指数[mnp ]:晶向矢量在三晶轴上投影的互质整数123::::l l l m n p=同类晶向记为<mnp >用<100>表示 [100]、 [010] 、[001] 、 [Ī00]、[0Ī0] 、[00Ī]等价 <111> 等价的晶向有_____个.A. 4B. 6C. 8D. 12 #7 <110> 等价的晶向有_____个.A. 4B. 6C. 8D. 12#8 *晶面：晶格中的所有格点全部位于一系列相互平行等距的平面上，这样的平面系称为晶面。
