2.1,1什么是半导体 Si是得到最广泛应用的半导体,其原因一是,Si器件性能优于Ge器件; 更重要的是,Si与SiO2构成非常理想的兼容材料体系; 但随着微电子技术的发展,SiO2已逐渐不能满足微电子发展的需要,高 K、低K介质需要得到应用;其次,Ge材料由于其高的迁移率,高K介质 的应用使得Ge器件的弱点,变得弱化,重新受到重视。 Elemental and compound semiconductors Binan Binary Il∨ Binary II-v Elemental compounds compounds compounds Sic AIP Zns Si AAs Znse AISb ZnTe Cds GaAs Case GaSb CdTe 各种半导体材料mP InAs In Sb 北京大学微电子学研究所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 各种半导体材料 各种半导体材料 2.1.1 什么是半导体 Si是得到最广泛应用的半导体，其原因一是，Si器件性能优于Ge器件； 更重要的是，Si与SiO2构成非常理想的兼容材料体系； 但随着微电子技术的发展，SiO2已逐渐不能满足微电子发展的需要，高 K、低K介质需要得到应用；其次，Ge材料由于其高的迁移率，高K介质 的应用使得Ge器件的弱点，变得弱化，重新受到重视
第二章半导体中的基本性质 §2.1半导体材料特征 2.12单晶、多晶、非晶 材料形态:固体、液体 气体、液晶、等离子体 S等半导体材料是固体材料的一种,是原子按一定的规律结合形成, 固体材料按照结合排列的结构不同,可分为单晶、多晶、非晶三类。 resta 单晶( Crysta:原子的排列在很长 晶体大小 的尺度下完全按规则排列,则称原 Si晶片 子排列具有长程有序。原子排列具 有三维长程有序,则构成的固体为 钻石 单晶。单晶S即是典型的单晶半导 体材料,也是研究的主要内容。 北京大学微电子学研究所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 第二章 半导体中的基本性质 半导体中的基本性质 2.1.2 单晶、多晶、非晶 单晶、多晶、非晶 Si等半导体材料是固体材料的一种，是原子按一定的规律结合形成， 固体材料按照结合排列的结构不同，可分为单晶、多晶、非晶三类。 单晶(Crystal)：原子的排列在很长 的尺度下完全按规则排列，则称原 子排列具有长程有序。原子排列具 有三维长程有序，则构成的固体为 单晶。单晶Si即是典型的单晶半导 体材料，也是研究的主要内容。 § 2.1 半导体材料特征 半导体材料特征 材料形态：固体、液体、 气体、液晶、等离子体 晶体大小 •Si晶片 •钻石
2.12单晶、多晶、非晶 多晶( Polycrystalline):如果构成固体的原子在局域空间内为有序排列,但 在不同区域(晶粒, Grain)间又无序排列,则构成的固体为多晶,典型 材料如多晶硅等。在局域空间内类似单晶有序排列的部分,称为晶粒;不 同的晶粒间的界面称为晶界( Grain boundary), 非晶( Amorphous):原子排列完全无序,则为非晶,如SiO2等 morphous Polycrystalline P。 Grain Grain boundary 北京大学微电子学研究所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 2.1.2 单晶、多晶、非晶 单晶、多晶、非晶 多晶(Polycrystalline)：如果构成固体的原子在局域空间内为有序排列，但 在不同区域（晶粒，Grain）间又无序排列，则构成的固体为多晶，典型 材料如多晶硅等。在局域空间内类似单晶有序排列的部分，称为晶粒；不 同的晶粒间的界面称为晶界(Grain boundary)， 非晶(Amorphous)：原子排列完全无序，则为非晶，如SiO2等
晶体的主要特征是:周期性、对称性和方向性; 同时,具有固定的熔点。 2.1.3晶体周期1.晶体的周期性 性和对称性 晶体中原子排列的有序性,可用周期性来描述。 1)原胞和基矢:为了描述晶体的周期性,引入 了原胞的概念。原胞( Primitive Cell)是构 成晶体的最小重复单元。描述原胞空间特征 的坐标矢量称为基矢。所谓晶格的基矢 ( Primitive vector)是指原胞的基矢量。通常 称基矢所在的坐标空间为实空间 1)晶格:晶体的具体排列或构成形式可由一些 基本单元如原子(离子或分子)重复排列而 成。这些基本单元的具体排列形式可抽象表 示为晶格。 北京大学微电子学研究所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 2.1.3 晶体周期 性和对称性 1. 晶体的周期性 晶体中原子排列的有序性，可用周期性来描述。 1）原胞和基矢：为了描述晶体的周期性，引入 了原胞的概念。原胞（Primitive Cell）是构 成晶体的最小重复单元。描述原胞空间特征 的坐标矢量称为基矢。所谓晶格的基矢 (Primitive Vector)是指原胞的基矢量。通常 称基矢所在的坐标空间为实空间 1）晶格：晶体的具体排列或构成形式可由一些 基本单元如原子（离子或分子）重复排列而 成。这些基本单元的具体排列形式可抽象表 示为晶格。 晶体的主要特征是：周期性、对称性和方向性； 同时，具有固定的熔点
2.1.3晶体周期性和对称性 晶体周期性的数学表征 假设原胞选定,其基矢表示为a1,a2,a3 则区=几可+n可十n 称为位移矢量。晶体的周期性可以表示为: f(r)=f(+r 根据晶体具体排列形的不同,可抽象出14种不同的晶体格子(布拉伐格子): 简单三斜、(简单单斜、底心单斜)、(简单正交、底心正交、提心正交、 面心正交)、(简单四方、体心四方)、三角、六角、(简单立方、提心立 方、面心立方) 北京大学微电子学研究所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 2.1.3 晶体周期性和对称性 晶体周期性和对称性 1. 晶体周期性的数学表征 假设原胞选定，其基矢表示为a1，a2，a3。 则 称为位移矢量。晶体的周期性可以表示为： 简单三斜、（简单单斜、底心单斜）、（简单正交、底心正交、提心正交、 面心正交）、（简单四方、体心四方）、三角、六角、（简单立方、提心立 方、面心立方） 根据晶体具体排列形的不同，可抽象出14种不同的晶体格子（布拉伐格子）：