北京邮电大学微电子学基础12微学1晶体结构和电子状态
微电子技术基础 全册习题解答
微电子技术基础全册习题解答第1章习题解答1．微电子学主要以半导体材料的研究为基础，以实现电路和系统的集成为目的，构建各类复杂的微小化的芯片，其涵盖范围非常广泛，包括各类集成电路（Integrated Circuit，IC）、微型传感器、光电器件及特殊的分离器件等。
2．数字集成电路、模拟集成电路、数模混合集成电路。
3．设计、制造、封装、测试。
4．微机电系统是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统及电源于一体的系统。
典型应用包括微加速度计、微磁力计、微陀螺仪等。
第2章习题解答1．（100）平面：4.83Å，（110）平面：6.83Å2．略。
3．略。
4．硅的原子密度约为5×1022/cm3，硅外层有四个价电子，故价电子密度为2×1023/cm3 5．N型掺杂杂质：P、As、Sb，P型掺杂杂质：B、Al、Ga、In6．As有5个价电子，为施主杂质，形成N型半导体7．当半导体中同时存在施主和受主杂质时，会发生杂杂质补偿作用，在实际工艺中杂质补偿作用使用的非常广泛，例如在P阱结构中制备NMOS管8．理想半导体假设晶格原子严格按周期性排列并静止在格点位置上，实际半导体中原子不是静止的，而是在其平衡位置附近振动。
理想半导体是纯净不含杂质的，实际半导体含有若干杂质。
理想半导体的晶格结构是完整的，实际半导体中存在点缺陷，线缺陷和面缺陷等。
9．费米能级用于衡量一定温度下，电子在各个量子态上的统计分布。
数值上费米能级是温度为绝对零度时固体能带中充满电子的最高能级。
10．状态密度函数表示能带中能量E附近每单位能量间隔内的量子态数。
11．费米-狄拉克概率函数表示热平衡状态下电子（服从泡利不相容原理的费米子）在不同能量的量子态上统计分布概率。
12．1.5k0T：费米函数0.182，玻尔兹曼函数0.2334k0T：费米函数0.018，玻尔兹曼函数0.018310k0T：费米函数4.54×10-5，玻尔兹曼函数4.54×10-513．所以假设硅的本征费米能级位于禁带中央是合理的14．假设杂质全部由强电离区的E FN D=1019/cm3；E F=E c-0.027eV15．未电离杂质占的百分比为得出：T=37.1K16．本征载流子浓度：1013/cm 3，多子浓度： 1.62×1013/cm 3，少子浓度：6.17×1012/cm 3，E F -E i =0.017eV17．*pC V 0i F *n 3ln 24m E E k T E E m +==+，当温度较小时，第二项整体数值较小，本征费米能级可近似认为处于禁带中央。
微电子学概论复习文档
微电子学概论复习文档一、微电子学概述1.定义：微电子学是研究微米尺寸电子元器件（如晶体管、集成电路等）的科学。
2.特点：尺寸小、功能集成、速度快、功耗低。
3.应用领域：计算机、通信、医疗、汽车、工业控制等。
二、基本概念1.晶体管：是微电子学的基本元件，分为NPN型和PNP型。
2.集成电路：是晶体管和其他电子元件的组合，包括集成电路芯片和集成电路模块。
3.可编程逻辑器件（PLD）：是一种可以编程的数字逻辑电路，如可编程门阵列（PAL）和可编程逻辑阵列（PLA）等。
三、微电子器件1.MOSFET晶体管：结构简单，使用广泛，适用于各种应用场合。
2.双极型晶体管：用于放大和开关电路。
3.发光二极管（LED）：将电能转化为光能的器件。
4.激光二极管：用于激光器、光纤通信等领域。
5.硅基混合集成电路：将硅MOSFET和双极型晶体管结合使用，提高集成度和性能。
四、半导体材料与器件1.硅材料：常用的半导体材料，具有良好的电子和热导性能。
2.砷化镓材料：适用于高频器件，具有较好的导电性能。
3.砷化铝材料：适用于光电子器件，具有良好的光电转换性能。
五、集成电路制造工艺1.可重复制造技术：使用模版制造集成电路。
2.硅工艺：将器件制作在硅基底上。
3.制作流程：薄膜沉积、光刻、蚀刻、扩散等。
六、集成电路设计与布局1.电路设计：根据电路功能和性能要求设计电路。
2.电路布局：将电路元件放置在集成电路芯片上的过程。
3.电路布线：将芯片内的电路元件连接起来的过程。
七、集成电路测试与封装1.电气测试：测试集成电路的功能和性能。
2.封装：将芯片封装在注塑封装或球栅阵列封装中，提供对外连接。
八、微电子器件的未来发展1.器件尺寸的进一步缩小。
2.功耗的进一步减少。
3.通信和计算速度的进一步提高。
4.新材料的应用和新器件的研发。
以上是关于微电子学概论的复习笔记，希望对你的复习有所帮助。
通过对这些知识点的复习，你可以对微电子学的基本原理和应用有一个全面的了解，为进一步深入学习微电子学打下坚实的基础。
大一微电子学概论知识点
大一微电子学概论知识点微电子学是研究微型电子器件和电路的学科，是现代电子技术中的重要组成部分。
本文将介绍大一微电子学概论中的一些重要知识点，帮助读者快速了解该学科的基础内容。
一、半导体材料半导体材料是微电子学研究中的基础。
常见的半导体材料有硅和锗，其特点是导电性介于导体和绝缘体之间。
在半导体材料中，电子的能级分布对电子行为和电路性能起到重要影响。
当外界施加一定电压或热能时，半导体材料的导电性会发生改变，进而实现电子器件的控制和操作。
二、PN 结和二极管PN 结是由P 型半导体和N 型半导体直接接触形成的结构。
当两者接触时，PN 结会形成一个带电的耗尽区域，导致电子和空穴的扩散和漂移。
二极管是由PN 结构成的最简单的电子器件，具有只允许单向电流通过的特性。
在正向偏置时，二极管导通，电流通过；在反向偏置时，二极管截止，电流不能通过。
二极管在电子电路中广泛应用于整流、限流等基本功能。
三、晶体管晶体管是一种由三层或四层半导体材料组成的电子器件。
常见的有NPN 和PNP 两种类型。
晶体管具有放大电流和控制电路的作用。
在电子电路中，晶体管通常用作电压放大器和开关，广泛应用于无线通信、计算机和电子设备中。
四、场效应管场效应管是一种半导体器件，根据电场的作用调节电流。
常见的场效应管有MOSFET 和JFET 两种类型。
MOSFET 是现代集成电路中最常用的器件之一，具有功率小、速度快、噪音低等优点。
场效应管在电子产品中扮演着重要的角色，如放大器、开关、模拟电路等。
五、数字逻辑门数字逻辑门是由逻辑功能的电路元件组成的电子器件。
常见的逻辑门有与门、或门、非门等。
逻辑门能够通过逻辑电平的输入和输出实现基本的逻辑运算，用于数字电路中的计算和控制。
它们是计算机和数字电子设备中最基本的组成部分。
六、集成电路集成电路是在单个芯片上集成了大量电子器件和电路的电子元件。
根据集成度的不同，可以分为小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）和大规模集成电路（LSI）等。
北邮-固态电子论-期末复习
二、论述题（用文字进行简明扼要的解释说明） ① ② ③ ④ ⑤ 计算热平衡半导体导带电子浓度 或 价带空穴浓度的一般方法 温度对于N型半导体费米能级的影响 杂质浓度高低对于费米能级的影响 温度变化对半导体导带电子浓度和价带空穴浓度的影响 施主杂质浓度对N型半导体导带电子浓度和价带空穴浓度的影响
三、图（能画出坐标及图形，并标示有关符号） ① ② ③ ④ N型半导体费米能级与温度的关系（图4-13） 费米能级与杂质类型与杂质浓度的关系（图4-14） 非简并半导体能带图（包括弱N型、强N型、本征型、弱P型、强P型） 强简并半导体能带图（包括强简并P型、强简并N型）
二、论述题（用文字进行简明扼要的解释说明）
① 原胞与晶胞的区别与联系 ② 金刚石、面心立方结构的配位数的说明 ③ 布拉菲格子和复式格子的联系和区别
三、图（能画出坐标及图形，并标示有关符号） ① ② ③ ④ ⑤ 面心立方晶格的原胞及原胞基矢 体心立方晶格的原胞及原胞基矢 面心立方晶格的（100）面、（110）面、（111）面 体心立方晶格的（100）面、（110）面、（111）面 给定一个晶胞： A、标示特定的晶面、晶向 B、计算晶面的格点面密度 C、计算晶胞的格点体密度 ⑥ 画出一个二维晶格的第一布里渊区 四、关系式（记住并能应用） ① 倒格子基矢的计算式 ② 晶面间距的计算式 ③ 原胞体积的计算式
第三章 半导体中的电子状态与半导体中的杂质
一、概念（掌握基本的定义及其意义） ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ 11 12 13 14 15 16 17 18 共有化运动电子 晶格周期性势场 电子波矢 布洛赫波函数（布洛赫波） 能带 允带 禁带 满带 空带 导带 导带极小值（导带底） 价带 价带极大值（价带顶） 电子有效质量 空穴 等能面 间接带隙半导体 直接带隙半导体
北京航空航天大学《电子电路i》第一章 [1]zqv2011
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4
在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个 原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶 点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电 子。
硅和锗的 晶体结构：
2019/2/1
北京航空航天大学202教研室
5
硅和锗的共价键结构：
共价键共 +4
+4
用电子对
+4表示除 去价电子 后的原子
nn Vφ VT ln VT ln pn np p p nn ND N A Vφ VT ln 2 VT ln ni ni2
pp
T=300K 时，VT ≈26mV，为热力学电压； 锗的Vφ≈0.2~0.3V，硅的Vφ≈0.6~0.8V
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27
问题：反偏时，多子浓度如何变化？
结宽如何变化？ PN 结反向偏置： 变厚
－ _ P － － － + + + + 内电场 R
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①多子浓度减少，结 宽变厚，多子的扩散 受抑制。②内电场增 强，电势差变为 + Vf+V N ，少子漂移加 强，但少子数量有限， 只能形成较小的反向 电流。
交流（动态）电阻 rd：
diD 1 2vd rd ( )Q dvD 2id
diD 1 VT rd ( )Q dvD ID
2019/2/1 北京航空航天大学202教研室 31
二极管的交流小信号模型（微变等效电路）
采用恒压降模型： vD
2019/2/1
0.6V
I D 1mA
杂质半导体的示意表示法: － － － － － －
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － P 型半导体 +
2019北京航空航天大学《电子电路i》第一章 [1]zqv.ppt
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1.1.3 载流子在半导体内的运动 1.1.3.1 载流子在电场作用下的漂移运动 概念：在外加电场作用下，自由电子和空穴产生定向运动 Jpt=μp qpE
Jnt=-(-q)nμn E= μn qnE
Jt=Jpt+Jnt=(pμp+nμn)qE 式中：Jpt 表示空穴漂移电流密度 Jnt 表示电子漂移电流密度； Jt 表示漂移电流密度； μn 表示自由电子迁移率； μp 表示空穴迁移率。
2019/4/3 北京航空航天大学202教研室 16
1.1.2.3 杂质半导体中的载流子浓度 N型半导体： nnpn=ni2=pi2 nn=ND+pn P型半导体： nppp=ni2=pi2 pp=NA+np 记忆
式中：nn表示N型半导体中自由电子浓度，pn表示N型半导体中 空穴浓度，np表示P型半导体中自由电子浓度，pp表示P 型半导体中空穴浓度，ni、pi分别表示本征半导体中自由 电子和空穴浓度，ND表示施主杂质浓度，NA表示受主杂 质浓度 结论：① 杂质半导体中，自由电子和空穴浓度的乘积等于同温 度下本征半导体中自由电子或空穴的浓度平方。 ② 杂质半导体中，多子的浓度近似等于掺杂浓度，少子 浓度随温度升高而迅速增大。
+4
+4
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北京航空航天大学202教研室
6
形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。
+4
+4
共价键有很强的结 合力，使原子规则 排列，形成晶体。
+4
+4
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子， 常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体 中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。
微电子学概论复习(知识点总结)
第一章 绪论1.画出集成电路设计与制造的主要流程框架。
2.集成电路分类情况如何？答：3.微电子学的特点是什么？答：微电子学：电子学的一门分支学科微电子学以实现电路和系统的集成为目的，故实用性极强。
微电子学中的空间尺度通常是以微米(μm, 1μm ＝10－6m)和纳米(nm, 1nm = 10-9m)为单位的。
微电子学是信息领域的重要基础学科微电子学是一门综合性很强的边缘学科涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧按应用领域分类数字模拟混合电路非线性电路线性电路模拟电路时序逻辑电路组合逻辑电路数字电路按功能分类GSI ULSI VLSI LSI MSI SSI 按规模分类薄膜混合集成电路厚膜混合集成电路混合集成电路BiCMOS BiMOS 型BiMOS CMOS NMOS PMOS 型MOS 双极型单片集成电路按结构分类集成电路机辅助设计、测试与加工、图论、化学等多个学科微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向微电子学的渗透性极强，它可以是与其他学科结合而诞生出一系列新的交叉学科，例如微机电系统(MEMS)、生物芯片等第二章半导体物理和器件物理基础1.什么是半导体？特点、常用半导体材料答：什么是半导体？金属：电导率106～104(W∙cm-1)，不含禁带；半导体：电导率104~10-10(W∙cm-1)，含禁带；绝缘体：电导率<10-10(W∙cm-1)，禁带较宽；半导体的特点：（1）电导率随温度上升而指数上升；（2）杂质的种类和数量决定其电导率；（3）可以实现非均匀掺杂；（4）光辐照、高能电子注入、电场和磁场等影响其电导率；半导体有元素半导体，如：Si、Ge（锗）化合物半导体，如：GaAs（砷化镓）、InP （磷化铟）硅：地球上含量最丰富的元素之一，微电子产业用量最大、也是最重要的半导体材料。
北邮模电第一讲-半导体器件基础
新型光电器件
利用新型材料和结构设计的光电器件， 可以实现更高效的光电转换和光信号 处理。
生物兼容性半导体器件
在生物医疗领域，需要与生物体直接接触的 半导体器件，因此需要具有良好的生物兼容 性，如生物传感器、植入式医疗设备等。
感谢您的观看
THANKS
智能电网中的半导体器件用于实现电能的智能控制和调度。
06
总结与展望
半导体器件的未来发展趋势
集成化
随着半导体工艺的不断进步，未来半导体 器件将更加集成化，实现更小尺寸、更高
性能和更低成本。
绿色化
随着环保意识的提高，未来半导体器件将 更加注重环保和节能，减少对环境的负面
影响。
智能化
随着人工智能和物联网技术的快速发展， 半导体器件将更加智能化，能够实现自适 应、自学习和自调节等功能。
01
02
03
晶体管
晶体管是电子设备中的基 本元件，用于放大信号、 开关电路等。
集成电路
集成电路是将多个晶体管 和其他元件集成在一块芯 片上，实现特定的功能。
数字逻辑门
数字逻辑门是构成数字电 路的基本元件，实现逻辑 运算和逻辑控制功能。
光电子器件在通信中的应用
激光器
激光器用于产生高相干性 的光信号，是光纤通信中 的重要元件。
北邮模电第一讲-半导 体器件基础
目录 CONTENT
• 引言 • 半导体基础知识 • 半导体材料 • 半导体器件基础 • 半导体器件的应用 • 总结与展望
01
引言
课程背景与目标
课程背景
随着电子技术的飞速发展，半导体器件在通信、计算机、消 费电子等领域的应用越来越广泛。为了更好地理解和应用这 些技术，掌握半导体器件的基本原理和特性至关重要。
1-2微学1晶体结构和电子状态
晶向和晶面
各向异性：沿晶格的不同方向，原子排列的周期 和疏密情况是不相同的．因此沿晶体的不同方向， 晶体的机械、物理特性也是不相同的．这种情况 称为晶体的各向异性， 晶向：<100><111>等符号来表征晶体的一定方 向，这里括号中的三个数为晶向矢量在x、y、z三 个坐标轴上的投影长度。 晶面：与<100>晶向垂直的面称为(100)晶面； 例如：对金刚石结构来说，(100)晶面原子密度最 小，(111)晶面原子密度最大，因此沿<100>与 <111>方向，晶体有不同的特性．
空穴的运动
1-3小结：导带和价带等
允带和禁带 满带和空带 导带和价带 导带底和价带顶 禁带 简化的能带图
§1-4 半导体中杂质和缺陷的能级
本征半导体：纯净的，完美晶体结构的晶体 硅、锗晶体中的杂质能级 缺陷和位错能级
1，半导体中的杂质和缺陷
杂质原子进入晶体后，若位于格点间的间 隙位置，则称之为填隙式杂质； 若杂质原子取代了晶格原子位于格点处， 则称为替位式杂质。
二、能带的形成
能带：为了容纳原来属于N个单个原子的所有价电子，原 来分属于 N个单个原子的相同的价电子能级必须分裂成属 于整个晶体的N个能量稍有差别的能级，这些能级互相靠 得很近，分布在一定的能量区域，通常就把这N个互相靠 得很近的能级所占据的能量区域称为能带，
二、能带的形成（续）
对于确定晶体的指定能带，其宽窄是一定 的，它由晶体性质确定，与晶体大小(即晶 体包含的原子数N)没有关系，N增大，能带 中能级数增加只能增加能带中能级的密集 程度，不改变能带宽度。
4，受主杂质和受主能级
空穴的电离过程 受主杂质：III族杂质原子在硅中能够接受电 子产生导电空穴，并成为负电中心，这类 杂质原子称为受主杂质。 主要依靠价带中空穴导电的半导体称为p型 半导体。
北京航空航天大学电子电路i-第一章 zqv2012
Jpt=μp qpE Jnt=-(-q)nμn E= μn qnE Jt=Jpt+Jnt=(pμp+nμn)qE
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式中：Jpt 表示空穴漂移电流密度 Jnt 表示电子漂移电流密度； Jt 表示漂移电流密度； μn 表示自由电子迁移率； μp 表示空穴迁移率。
北京航空航天大学202教研室
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北京航空航天大学202教研室
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1.2 PN结与晶体二极管
在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导 体，经过载流子的运动，在它们的交界面处就形成了PN 结。
1.2.1 PN结的动态平衡过程和接触电位差（书中P5！）
⑴ P型区到N型区的过渡带两边的自由电子和空穴浓度相差
结论：本征半导体中的自由电子浓度和空穴浓度相同， 具体浓度值与半导体材料和温度有很大关系。
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北京航空航天大学202教研室
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1.1.2 杂质半导体 概念：掺入了杂质元素的半导体。
在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体 的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载 流子浓度大大增加。
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二极管的交流小信号模型（微变等效电路）
采用恒压降模型：vD 0.6V ID 1mA
rd (ddD vD i)Q 1V ID T 26
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渡带中少子的漂移运动
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北京航空航天大学202教研室
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⑸ 漂移运动中和过渡区中的电荷从而削弱内建电场，随
着扩散运动和漂移运动的进行，最后达到一个平衡状态，即内
建电场的强度恰好使扩散运动和漂移运动的速度相等，这种平 衡称为动态平衡
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§1-4 半导体中杂质和缺陷的能级
• 本征半导体：纯净的，完美晶体结构的晶体 • 硅、锗晶体中的杂质能级 • 缺陷和位错能级
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1，半导体中的杂质和缺陷
• 杂质原子进入晶体后，若位于格点间的间 隙位置，则称之为填隙式杂质；
• 若杂质原子取代了晶格原子位于格点处， 则称为替位式杂质。
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2、满带电子不能导电
• 要在电子原来热运动的基础上再附加定向 运动的话，电子的运动状态必然要有改 变．这个电子应该要过渡到与新的运动状 态相应的新能级中去．要完成这一过渡除 了需要有提供能量的外加作用之外，还要 有空的能级．
• 由于没有空的能级，电子增加能量的跃迁 无法完成，也就无法形成电子的定向运 动．
• 硅的原子序数是14，其原子核有14个正电 荷，而核外有14个电子；锗的原子序数是 32，其原子核带有32个正电荷，而核外也 有32个电子．
• 电子绕核运动
• 一、量子化原理
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一、量子化原理
• 原子中的电子绕核运动时，它的能量只能 取一系列不连续的特定值．氢原子中电子：
– 导体的电阻率小于10-3欧姆·厘米 – 绝缘体的电阻率大于109欧姆·厘米
• 导电能力：
– 随温度升高而迅速增加． – 随所含的微量杂质而发生十分显著的变化。 – 随光照而发生显著变化． – 随电场、磁场等的作用而改变．
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常见的半导体材料
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§1-1半导体的晶体结构
• 物质：气态的、液态的或固态 • 固体材料：
– 按照结构形式分：晶体和非晶体 – 按照导电能力分：导体、绝缘体和半导体
• 半导体举例：锗、硅、砷化镓 • 一、晶体的结构；二、半导体的特点．
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3、本征半导体的导电机构
把完全纯净的、结构完整的半导体称为本征半导 体．
电子从晶格热运动吸收能量，从满带激发到导带 的过程称为本征激发
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电子和空穴
结论：当温度大于0°K时， 由于热激发，本征半导体 满带中的一部分电子被激 发到了导带，同时，在满 带中也出现了一些空穴.本 征半导体的导带电子和满 带空穴都能在外加电场的 作用下产生定向运动，形 成电流，因此半导体中的 导带电子和价带空穴是半 导体的两种载流子．
导体，半导体，绝缘体
概念：满带和空带；导带和价带
解释：满带的电子不导电
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导带底EC和价带顶EV
•价带：价电子填充的能带。
•导带：价带以上的能带基本 上是空的，其中最低
的一个空带为导带。
•Ec：导带底的能量 •Ev：价带顶的能量 •Eg：禁带宽度，即价带顶和 导带底之间的能量间隔。
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空穴的运动
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1-3小结：导带和价带等
允带和禁带 满带和空带 导带和价带 导带底和价带顶 禁带 简化的能带图
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• 对于原子的基态来说，它的电子必然首先 填充能量最低的能级，而当能量低的能级 已经填满时，就按能量由小到大的次序， 分别填满其余的能级．
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§1-3 晶体中电子的能带
•
Eg = Ec- Ev
•*常温下，硅的Eg＝1.120eV；
•
锗的Eg＝0.67eV
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三、几种能带实例
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四， 晶体中电子的能带
1、导带电子能够导电
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二、能带的形成
能带：为了容纳原来属于N个单个原子的所有价电子，原 来分属于 N个单个原子的相同的价电子能级必须分裂成属 于整个晶体的N个能量稍有差别的能级，这些能级互相靠 得很近，分布在一定的能量区域，通常就把这N个互相靠 得很近的能级所占据的能量区域称为能带，
• 能带之间可能发生交叠。
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北京邮电大学微电子学基础12微学1 晶体结构和电子电子填充能带遵守 两条原理：
•1，泡利不相容原理， 即不可能有两个电子 处于完全相同的量子 态。
•2，能量最小原理， 即正常状态的电子将 处于能量最小的状态。
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• 2．半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间，特 点是其电阻率容易随热、光、电、磁和杂质等外 界作用而改变．许多半导体器件就是利用它的这 些特性而制成的．
• 3．半导体导电机构的特点，可以在能带理论的基 础上得到解释．
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§1-2原子中电子的能级
• 单晶：如果晶体本身只有一个晶粒，也就是说它 体内的所有原子都是按同一序列排列起来的，这 样的晶体称为单晶．
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硅单晶
•用来制造晶体管的硅、锗材料大多是单晶。
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三种常见的立方晶格结构
• 晶向：<100><111>等符号来表征晶体的一定方向， 这里括号中的三个数为晶向矢量在x、y、z三个坐 标轴上的投影长度。
• 晶面：与<100>晶向垂直的面称为(100)晶面； • 例如：对金刚石结构来说，(100)晶面原子密度最
小，(111)晶面原子密度最大，因此沿<100>与 <111>方向，晶体有不同的特性．
• 由杂质原子引起，在禁带中引入的 能级称为杂质能级。
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3，施主杂质和施主能级
• 杂质原子的电离过程 • 施主杂质：一个V族原子掺入硅中，可以向硅提
供一个自由电子，而本身成为带正电的离子，通 常称这种杂质为施主杂质。 • 施主能级(ED) • 主要依靠导带电子导电的半导体叫n型半导体。
晶格：晶体中的原子按一定的规律，周期地排列 在空间，形成一个个格点，称为晶格．
不同的晶体有不同的晶格结构． 立方晶体就是由 这些基本结构重复排列而成。
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金刚石晶格结构
半导体硅、锗具有金刚石晶格结构． 金刚石晶格：由两个面心立方晶格，沿空间对角
一、晶体的结构
• 晶体：在晶体中原子是按一定规律整齐地排列起 来的。
• 各向异性：根据晶体中原子排列的不同型式，晶 体结晶的形状也有对称性不同的几种形式，并在 不同方向上表现出不同的特性，称为各向异性。
• 多晶：一般的晶体时常包含有许多小晶粒，每个 小晶粒中的原子都按同一序列排列，但晶粒与晶 粒之间的排列取向则是没有规则的，这样的晶体 称为多晶．铜、铁等金属。
•m是电子的质量(m＝9.11×10-28克)， •h称为普朗克常数(h＝6.63X10-27尔格·秒)， •q是电子电荷的数值(q＝4.8×10-10静库)， •n称为主量子数，可取1、2、3、……等正整数， •1电子伏特为一个电子电荷、电位变化1伏特时所增加 PPT文档演模板 的能量．1电子伏特＝1.6×10-12尔北格京邮。电晶大体学结微构电和子电学子基状础态12微学1
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二、能带的形成（续）
• 对于确定晶体的指定能带，其宽窄是一定 的，它由晶体性质确定，与晶体大小(即晶 体包含的原子数N)没有关系，N增大，能带 中能级数增加只能增加能带中能级的密集 程度，不改变能带宽度。
• 内层电子共有化程度低，对应的能带窄； 外层电子共有化程度高，对应的能带宽；
一、晶体中价电子的共有化运动
1立方厘米的硅单晶中大约有6×1022个原子，因此 排在1厘米长度上的硅原子数大约有 (5×1022)1/3≈4×107个，也就是相邻两硅原子中心 的距离差不多只有3埃。
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晶体中价电子的共有化运动
• 内层电子的交迭程度较少，并且愈是内层， 轨道的交迭就愈少，电子的共有化程度就 愈差． 因此，我们在考虑晶体中电子的共 有化运动时，主要考虑价电子的共有化运 动．
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闪锌矿结构和氯化钠型结构
•III-V族化合物
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晶向和晶面-续1
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