文档介绍：半导体物理基础知识半导体物理基础知识 导体,绝缘体和半导体导体,绝缘体和半导体物体的导电能力,一般用材料电阻率的大小来衡量。电阻率越物体的导电能力,一般用材料电阻率的大小来衡量。电阻率越大,说明这种材料的导电能力越弱。表大,说明这种材料的导电能力越弱。表 1-1 1-1 给出以电阻率来区分给出以电阻率来区分导体,绝缘体和半导体的大致范围。导体,绝缘体和半导体的大致范围。物物体体电阻率电阻率导体导体半导体半导体绝缘体绝缘体ΩΩ· · CM CM <10 <10 e e -4 -4 10 10 e e - -3 3 ~10e ~10e 9 9 >10 >10 e e 9 9 半导体材料硅的晶体结构半导体材料硅的晶体结构 几种常见元素的原子结构硅太阳电池生产中常用的硅( Si), 磷( P), 硼( B) 元素的原子结构模型如图 -1 所示图 -1 第三层 4个电子第二层 8个电子第一层 2个电子 Si +14 P +15 B 最外层 5个电子最外层 3个电子 si PB 原子最外层的电子称为价电子,有几个价电子就原子最外层的电子称为价电子,有几个价电子就称它为几族元素。称它为几族元素。若原子失去一个电子,称这个原子为正离子,若若原子失去一个电子,称这个原子为正离子,若原子得到一个电子,则成为一个带负电的负离子。原原子得到一个电子,则成为一个带负电的负离子。原子变成离子的过程称为电离。子变成离子的过程称为电离。 半导体材料硅的晶体结构半导体材料硅的晶体结构 半导体材料硅的晶体结构半导体材料硅的晶体结构 晶体结构晶体结构固体可分为晶体和非晶体两大类。原子无规固体可分为晶体和非晶体两大类。原子无规则排列所组成的物质为非晶体。而晶体则是由原子则排列所组成的物质为非晶体。而晶体则是由原子规则排列所组成的物质。晶体有确定的熔点,而非规则排列所组成的物质。晶体有确定的熔点,而非晶体没有确定熔点,加热时在某一温度范围内逐渐晶体没有确定熔点,加热时在某一温度范围内逐渐软化。软化。 单晶和多晶单晶和多晶在整个晶体内,原子都是周期性的规则排在整个晶体内,原子都是周期性的规则排列,称之为单晶。由许多取向不同的单晶颗粒杂乱列,称之为单晶。由许多取向不同的单晶颗粒杂乱地排列在一起的固体称为多晶。地排列在一起的固体称为多晶。 半导体材料硅的晶体结构半导体材料硅的晶体结构 硅晶体内的共价键硅晶体内的共价键硅晶体的特点是原子之间靠共有电子对连接在一起。硅原子硅晶体的特点是原子之间靠共有电子对连接在一起。硅原子的的4 4个价电子和它相邻的个价电子和它相邻的 4 4个原子组成个原子组成 4 4对共有电子对。这种共有对共有电子对。这种共有电子对就称为电子对就称为““共价键共价键””。如图。如图 -2 -2 所示。所示。图 -2 半导体材料硅的晶体结构半导体材料硅的晶体结构 硅晶体的金刚石结构硅晶体的金刚石结构晶体对称的,有规则的排列叫做晶体格子,简称晶体对称的,有规则的排列叫做晶体格子,简称晶格,最小的晶格叫晶胞。图晶格,最小的晶格叫晶胞。图 -3 -3 表示一些重要的表示一些重要的晶胞。晶胞。(a)简单立方( Po ) ( b)体心立方( Na 、 W) ( c)面心立方( Al、 Au ) 图 -3 正四面实体结构图 -4 金钢石结构 半导体材料硅的晶体结构半导体材料硅的晶体结构金刚石结构是一种复式格子,它是两个面心立方晶格沿对角金刚石结构是一种复式格子,它是两个面心立方晶格沿对角线方向上移线方向上移 1/ 4 1/ 4 互相套构而成(见图互相套构而成(见图 -4 -4 )。)。为了简便明了,以后分析问题时只要采用图为了简便明了,以后分析问题时只要采用图 -2 -2 所示的平所示的平面结构示意图即可。面结构示意图即可。 半导体材料硅的晶体结构半导体材料硅的晶体结构 晶面和晶向晶面和晶向晶体中的原子可以看成是分布在一系列平行而等距的平晶体中的原子可以看成是分布在一系列平行而等距的平面上,这些平面就称为晶面。每个晶面的垂直方向称为晶向。面上,这些平面就称为晶面。每个晶面的垂直方向称为晶向。图图 -5 -5 是几种常用到的晶面和晶向。是几种常用到的晶面和晶向。(100 晶面) (110 晶面) (111 晶面) 图 -5 半导体材料硅的晶体结构半导体材料硅的晶体结构 原子密排面和解理