半导体的结构类型
半导体的结构类型
半导体的结构类型
半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，其导电性能介于导体和绝缘体之间。
半导体的导电性能与其结构类型密切相关，常见的半导体结构类型有晶体结构、非晶态结构和有机半导体结构。
晶体结构是半导体中最常见的结构类型，其特点是具有有序的晶格结构。
晶体结构的半导体材料通常由单晶、多晶和薄膜三种形式存在。
单晶半导体具有高的电子迁移率和较低的电阻率，是制造高性能电子器件的理想材料。
多晶半导体由多个晶粒组成，其电子迁移率和电阻率介于单晶和薄膜之间。
薄膜半导体是一种在基底上生长的薄膜，其电子迁移率和电阻率较低，但具有较高的表面积，适用于制造大面积的电子器件。
非晶态结构是一种无序的结构类型，其特点是没有明显的晶格结构。
非晶态半导体材料通常由非晶硅、非晶碳和非晶氧化物等材料组成。
非晶态半导体具有较高的电阻率和较低的电子迁移率，但具有较高的光学透明性和较低的制造成本，适用于制造太阳能电池、液晶显示器等器件。
有机半导体结构是一种由有机分子组成的半导体材料，其特点是具有较低的电子迁移率和较高的电阻率。
有机半导体材料具有较低的制造成本和较高的可塑性，适用于制造柔性电子器件、有机发光二极管等器件。
半导体的结构类型对其导电性能和制造成本具有重要影响，不同的结构类型适用于不同的电子器件制造。
随着科技的不断发展，半导体材料的结构类型也在不断创新和发展，为电子器件的制造提供了更多的选择和可能性。
半导体
半导体半导体简介：顾名思义：常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料，叫做半导体（semiconductor）。
我们通常把导电性和导电导热性差或不好的材料，如金刚石、人工晶体、琥珀、陶瓷等等，称为绝缘体。
而把导电、导热都比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。
可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。
半导体定义：电阻率介于金属和绝缘体之间并有负的电阻温度系数的物质。
半导体室温时电阻率约在10E-5～10E7欧·米之间，温度升高时电阻率指数则减小。
半导体材料很多，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。
有元素半导体，化合物半导体，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。
半导体材料：半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。
半导体材料的电学性质对光、热、电、磁等外界因素的变化十分敏感，在半导体材料中掺入少量杂质可以控制这类材料的电导率。
正是利用半导体材料的这些性质，才制造出功能多样的半导体器件。
半导体材料按化学成分和内部结构，大致可分为以下几类。
1.元素半导体有锗、硅、硒、硼、碲、锑等。
2.化合物半导体由两种或两种以上的元素化合而成的半导体材料，包括Ⅲ-Ⅴ族化合物（砷化镓、磷化镓等）、Ⅱ-Ⅵ族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。
3.无定形半导体材料，用作半导体的玻璃是一种非晶体无定形半导体材料，分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃两种。
4.有机增导体材料已知的有机半导体材料有几十种，包括萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等，目前尚未得到应用。
制备不同的半导体器件对半导体材料有不同的形态要求，包括单晶的切片、磨片、抛光片、薄膜等。
半导体材料的不同形态要求对应不同的加工工艺。
常用的半导体材料制备工艺有提纯、单晶的制备和薄膜外延生长。
常见的半导体晶格结构
常见的半导体晶格结构半导体晶格结构是指半导体材料中原子或分子的有序排列方式。
根据原子或分子的排列方式，半导体晶格结构可以分为多种类型。
下面将介绍几种常见的半导体晶格结构。
1.简单立方结构（Sc）：简单立方结构是最简单的晶格结构，原子或分子沿着三个轴线上的整数倍坐标位置排列。
每个原子或分子都有六个近邻，并呈正方形形状分布。
这种结构在石墨和硫等半导体材料中较为常见。
2. 体心立方结构（Bcc）：体心立方结构中，除了沿着三个轴线上的整数倍坐标位置排列的原子或分子外，还有一个额外位于晶格中心位置的原子或分子。
这种结构具有更高的密度和稳定性，常见于铁、钠等半导体材料。
3. 面心立方结构（Fcc）：面心立方结构中，除了沿着三个轴线上的整数倍坐标位置排列的原子或分子外，还有一个位于每个面的中心位置的原子或分子。
这种结构也具有更高的密度和稳定性，常见于铜、铝等半导体材料。
4. 六方密排结构（Hcp）：六方密排结构中，原子或分子沿着六方向的整数倍坐标位置排列。
除了沿着六个轴线的有序排列外，还有一个位于每个六棱柱的中心位置的原子或分子。
这种结构在锌、钛等半导体材料中较为常见。
5.石盐结构（NaCl）：石盐结构是一种简单的离子晶格结构，其中正离子和负离子依次排列。
这种结构在氧化铝、氯化锌等半导体材料中较为常见。
6.锌黄铁矿结构（ZnS）：锌黄铁矿结构是一种由离子组成的晶体结构，其中正离子和负离子依次排列。
这种结构在锌硫化物等半导体材料中较为常见。
7.花岗岩结构（SiO2）：花岗岩结构是一种由共价键连接的原子或分子组成的晶格结构。
这种结构在二氧化硅等半导体材料中常见，也被称为硅的晶体结构。
除了以上介绍的几种常见半导体晶格结构外，还存在一些其他特殊的晶格结构，如钻石结构、四方密排结构等。
这些不同的晶格结构对半导体材料的性质和用途有着重要的影响。
研究和理解晶格结构对于半导体材料的制备和应用具有重要意义。
半导体物理-第1章-半导体中的电子态
金刚石结构的(111) 面层包含了套构的原 子，形成了双原子层 的A层。以双原子层的 形式按ABCABC层排 列
金刚石结构的[100]面的投 影。0和1/2表示面心立方 晶格上的原子，1/4，3/4 表示沿晶体对角线位移1/4 的另一个面心立方晶格上的 原子。
2.每个原子最外层价电子为一个s态电子和三个p态电 子。在与相邻四个原子结合时，四个共用的电子对完全 等价，难以区分出s与p态电子，因而人们提出了“杂 化轨道”的概念：一个s和三个p轨道形成了能量相同 的sp3杂化轨道。之间的夹角均为109°28 ’。
3. 结晶学元胞为立方对 称的晶胞，可看作是两 个面心立方晶胞沿立方 体的空间对角线互相位 移了1/4对角线长度套 构而成。
Ψ(r,t) = Aexp[i2π(k ·r – v t)]
(3)
其中k 为波矢，大小等于波长倒数1/λ ，方
向与波面法线平行，即波的传播方向。得
能量：E = hν
动量：p = hk
（4） （5）
对自由电子，势能为零，故薛定谔方程为：
2
2m0
d 2 (x)
dx2
E (x)
(6)
由于无边界条件限制，故k取值可连续变化。即：与经 典物理（粒子性）得出相同结论。
能带形成的另一种情况
硅、锗外壳层有4个价电子，形成晶体时，产生SP杂化 轨道。原子间可能先进行轨道杂化（形成成键态和反键 态），再分裂成能带。
原子能级
反成键态
成键态
半导体（硅、锗）能带的特点
存在轨道杂化，失去能带与孤立原子能级的对应关系。 杂化后能带重新分开为上能带和下能带，上能带称为导 带，下能带称为价带。
半导体存储器的组成与基本结构
半导体存储器的组成与基本结构
半导体存储器的组成与基本结构
1 半导体存储器是由多种元件以及组件组成的，包括：
(1) 存储元件：用于空间上存储信息的元件，包括行选择元件、门电极、存取道和存储单元；
(2) 读写元件：与存储元件有关的元件，用于读取或写入存储元件中
的信息，包括数据信号电极和控制信号电极；
(3) 连接元件：用于彼此连接存储元件、读写元件和外部接口的元件，包括连接电路和接口；
(4) 功能组件：控制与调节半导体存储器工作的元件，包括电源、锁
存器和计时器；
(5) 封装元件：用于保护内部机构结构，提供与外界连接的元件，包
括封装、连接器和防火片；
2 半导体存储器的基本结构有：
(1) 存储元件：存储元件通常包括门电极、存取道和存储单元，采用
多位或多级结构空间上存储信息；
(2) 读写元件：读写元件与存储元件有关，利用电声的静电双向效应
实现存取动作，包括数据信号电极和控制信号电极；
(3) 连接元件：连接元件用于连接存储元件与读写元件，以及外部的
接口，包括连接电路和接口；
(4) 功能组件：功能组件用于控制与调节半导体存储器的工作，包括
电源、锁存器和计时器；
(5) 封装元件：封装元件用于提供与外界连接，保护内部机构结构，常见的封装元件有封装、连接器和防火片。
半导体术语(荣)
2.1 半导体semiconductor：电阻率介于导体与绝缘体之间，其范围为的一种固体物质。
在较宽的温度范围内，电阻率随温度的升高而减小。
电流是由带正电的空穴和带负电的电子的定向传输实现的。
半导体按其结构可分为三类：单晶体、多晶体和非晶体。
2.2 元素半导体elemental semiconductor：由一种元素组成的半导体。
硅和锗是最常用的元素半导体。
2.3 化合物半导体compound semiconductor：由两种或两种以上的元素化合而成的半导体，如砷化稼、稼铝砷等。
2.4 本征半导体intrinsic semiconductor：晶格完整且不含杂质的单晶半导体，其中参与导电的电子和空穴数目相等。
这是一种实际上难以实现的理想情况。
实用上所说的本征半导体是指仅含极痕量杂质，导电性能与理想情况很相近的半导体。
2.5 导电类型conductivity type：半导体材料中多数载流子的性质所决定的导电特性。
2.6 n-型半导体n-type semiconductor：多数载流子为电子的半导体。
2.7 p-型半导体p-type semiconductor：多数载流子为空穴的半导体。
2.8 空穴hole：半导体价带结构中一种流动空位，其作用就像一个具有正有效质量的正电子电荷一样。
2.9 受主accepter：半导体中其能级位于禁带内，能“接受”价带激发电子的杂质原子或晶格缺陷，形成空穴导电。
2.10 施主donor：半导体中其能级位于禁带内，能向导带“施放”电子的杂质原子或晶格缺陷，形成电子导电。
2.11 载流子carrier：固体中一种能传输电荷的载体，又称荷电载流子。
例如，半导体中导电空穴和导电电子2.12 载流子浓度carrier concentration：单位体积的载流子数目。
在室温无补偿存在的情况下为电离杂质的浓度。
空穴浓度的符号为p,电子浓度的符号为n。
2.13 多数载流子majority carrier：大于载流子总浓度一半的那类载流子。
第一章 半导体的物质结构和能带结构
各种半导体的构成元素大多位于元素周期表中居中的位置， 其构成元素的电负性(化合物半导体的平均电负性)属中等水平。
二、共价结合与正四面体结构
• 1、原子排列近程序的3个基本要素
•
配位数、键长和键角
• 2、共价结合的配位数
• 元素型共价键晶体的配位数遵从8－N法则；
• 化合物型共价键晶体的配位数等于其平均价电子数。
He 3.58 Ne 4.44 Ar 3.46 Kr 3.24 Xe 3.02 Rn 3.0
Na 0.72 Cu 0.79 Ag 0.57 Au 0.64
(Phillips尺度考虑了价电子的屏蔽) Mg 0.95 Al 1.18 Si 1.41 P 1.64 S 1.87 Zn 0.91 Ga 1.13 Ge 1.35 As 1.57 Se 1.79 Cd 0.83 In 0.99 Sn 1.15 Sb 1.31 Te 1.47 Hg 0.79 Tl 0.94 Pb 1.09 Bi 1.24
一些元素的电负性 （Pauling尺度）
B 2.0 Al 1.5 Ga 1.6 In 1.7 Tl 1.8
C 2.5 Si 1.8 Ge 1.8 Sn 1.8 Pb 1.8
N 3.0 P 2.1 As 2.0 Sb 1.9 Bi 1.9
O 3.5 S 2.5 Se 2.4 Te 2.1
F 4.0 Cl 3.0 Br 2.8 I 2.3
第一章 半导体的物质结构和能带结 构
§1.1 半导体的晶格结构和结合性质
• 固态晶体具有多种结晶形态，分属7大晶系14种类型。结 晶半导体大多数属于立方(cubic)晶系和六方(Hexagon)晶 系，且都是四面体(tetradron)结构。只有少数半导体具有 其他结构。
半导体的能带结构
★稀土氧、硫、硒、碲化合物：有EuO、EuS、 EuSe、EuTe 等。
*.非晶态半导体
(1)非晶Si、非晶Ge以及非晶Te、Se元素半 导体
(2)化合物有GeTe、As2Te3、Se4Te、 Se2As3、As2SeTe非晶半导体
平行六面体
原胞（重复单元）的选取规则
反映周期性特征：只需概括空间三个方向上的周期大
小，原胞可以取最小重复单元（物理学原胞），结点只 在顶角上。
反映对称性特征：
晶体都具有自己特殊对称性。
结晶学上所取原胞体积不一定最小，结点不一定只在顶 角上，可以在体心或面心上（晶体学原胞）；
a1•n=h1d ,
a2•n=h2d ,
a3•n=h3d
n是这一族晶面公共法线的单位矢量，于是
a1cos(a1,n)=h1d a2cos(a2,n)=h2d a3cos(a3,n)=h3d
cos(a1,n)： cos(a2,n) ：cos(a3,n)=h1：h2：h3 结论： 晶面族的法线与三个基矢的夹角的余弦之比等 于三个整数之比。 可以证明 ：h1、h2、h3三个数互质，称它们为该晶面族 的面指数，记以（ h1h2h3）。 即把晶面在座标轴上的截距的倒数的比简约为互质的整 数比，所得的互质整数就是面指数。
*有机半导体
有机半导体
有机分子晶体 有机分子络合物 高分子聚合物
酞菁类及一些多环、稠环化合物， 聚乙炔和环化脱聚丙烯腈等导电高分 子，他们都具有大π键结构。
晶体结构
2.1.1 空间点阵 2.1.2 密勒指数 2.1.3 倒格子
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半导体的结构类型
半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，其电子结构决定了其导
电性质。
半导体的结构类型可以分为两类：共价键型和离子键型。
共价键型半导体
共价键型半导体是由元素硅（Si）和锗（Ge）构成的。
在这些材料中，原子通过共价键相互连接，形成晶格结构。
每个原子都有四个电子与
邻近原子形成共价键，因此这些材料也被称为四面体晶系。
在室温下，共价键型半导体中的电子几乎没有足够的能量跃迁到传导
带中。
只有在施加外部能量或加热时，才会激发出足够的电子跃迁到
传导带中，从而产生电流。
离子键型半导体
离子键型半导体包括硼化物、氮化物和碳化物等化合物。
这些材料由
正负离子相互连接而成，因此被称为离子晶体。
与共价键型半导体不同，在室温下离子键型半导体中就已经存在足够
数量的自由电荷载流子（即空穴和电子），因此这些材料具有较高的
导电性。
总结
总体来说，半导体的结构类型可以分为共价键型和离子键型两类。
共价键型半导体由元素硅和锗构成，原子通过共价键相互连接；离子键型半导体由硼化物、氮化物和碳化物等化合物构成，由正负离子相互连接。
两种类型的半导体在室温下都不具备足够的电流传输能力，需要外部能量激发才能产生电流。