半导体基本概念和能带理论
半导体物理学中的半导体能带理论与能带间隙分析
半导体物理学中的半导体能带理论与能带间隙分析半导体能带理论是半导体物理学的基础，它是理解半导体行为和特性的重要理论模型。
半导体能带理论将电子在半导体中的运动和能量分布描述为围绕原子核的能带结构。
在能带理论中，半导体的电子由两个主要的能带组成，即价带和导带。
价带中的电子处于较低能量状态，不参与电流传导；而导带中的电子能量较高，可以导致电流流动。
能带之间的能量差称为能带间隙。
半导体能带理论的发展可以追溯到20世纪中叶，此前，人们对于材料中电子行为的理解仅仅局限于金属和绝缘体的行为。
通过实验观察到的现象和理论推导，科学家们开始认识到，半导体具有介于金属和绝缘体之间的特性。
他们发现，在某些特殊的材料中，电子的行为与能量与电路中电流的行为有着密切的关系。
半导体能带理论的核心概念是“带隙”或“能带间隙”。
在半导体中，价带和导带之间的能量差距被称为能带间隙。
这个能带间隙决定了半导体的导电性能以及其他许多特性。
能带间隙大小与材料的种类密切相关。
一般来说，带隙较小的半导体在室温下更容易导电，而带隙较大的半导体则需要更高的能量激发才能导电。
能带理论还解释了半导体中电子行为的一些重要特性。
例如，材料中的电子处于能带中的不同态，在外加电场或热激发等作用下，电子可以跃迁自价带到导带，形成电流。
此外，能带理论还解释了半导体中的禁带掺杂。
掺杂是指向半导体中引入一些杂质，以改变其导电性能。
半导体通过掺杂可以增加其导电性能，例如从n 型半导体变为p型半导体。
能带理论的发展不仅为半导体物理学提供了基本的理论基础，也为半导体器件的设计和制造提供了重要的指导作用。
半导体器件例如晶体管、二极管和光电二极管等都是基于半导体能带理论的原理工作的。
在设计和制造这些器件时，能带理论不仅可以提供有关器件特性和性能的重要信息，还可以指导材料选择和结构优化，从而获得更好的器件性能。
值得一提的是，尽管半导体能带理论已经广泛应用于半导体物理学和器件工程中，但这并不意味着它是完美的。
半导体材料的电子结构和能带理论
半导体材料的电子结构和能带理论半导体材料是一种独特的材料，它在电学特性上介于导体和绝缘体之间。
要理解半导体材料的特性，我们需要研究其电子结构和能带理论。
1. 电子结构的基本概念电子结构指的是材料中电子的分布情况和能级排布。
在半导体材料中，电子受到原子核的吸引力而固定在能级中。
每个原子都有自己的能级，由能量最低的基态电子能级到较高能量的激发态电子能级。
2. 能带理论的基本原理根据能带理论，半导体材料中的电子能级可以分为两个区域：价带和导带。
价带是指最高占据电子能级的区域，而导带是指电子可以自由移动的区域。
两者之间存在一个禁带，即无电子能级存在的区域。
3. 共价键与价带在半导体材料中，原子通过共价键结合在一起形成晶格。
共价键的形成是通过电子在原子间的共享而实现的。
共价键的强度取决于原子之间的距离和原子轨道的匹配程度。
当共价键形成时，原子的电子将占据能量最低的共价键能级，从而形成价带。
4. 杂质和能带当半导体中引入少量的杂质原子时，会对电子结构和能带产生显著的影响。
掺杂分为两类：n型和p型。
n型半导体是指引入能够提供多余电子的杂质原子，使得导带中的电子数量增加。
相反，p型半导体是指引入能够接受电子的杂质原子，使得价带中的电子数量减少。
5. 能带隙与导电性能带隙是指价带和导带之间的能量差。
当容易电子能级的跃迁过程中，电子需要克服足够的能量才能进入导带，这就是能带隙。
能带隙的大小决定了半导体的导电性能。
对于绝缘体，能带隙较大，不容易形成电子跃迁；对于金属，能带隙不存在，导电性很好；而半导体的能带隙适中，介于两者之间。
6. 温度对导电性的影响半导体材料的导电性还受到温度的影响。
根据能带理论，随着温度升高，价带中的电子会获得更多的能量，一部分电子会进入导带中，导致导电性增强。
这就是为什么在室温下，半导体材料的导电性较好。
总结：半导体材料的电子结构和能带理论是研究半导体特性的重要基础。
通过对电子结构和能带的研究，可以更好地理解半导体材料的导电性质和行为。
半导体物理学中的基本概念
半导体物理学中的基本概念半导体是一种电子性能介于导体和绝缘体之间的物质。
在现代电子技术中，半导体被广泛应用于各种电子器件中。
要了解半导体，首先要掌握一些基本概念。
1. 能带结构能带结构是描述半导体电子状态的重要工具。
一个半导体晶体中的电子被排列在一系列能带中。
能带是一段能量范围，其中的电子具有相似的能量和动量。
在导带（conduction band）中，电子的能量很高，它们可以流动在半导体中，而在价带（valence band）中，电子的能量较低，它们被束缚在原子核和其他离子周围。
2. 禁带宽度禁带宽度（bandgap）是能带结构的一个重要参数。
它是导带和价带之间的能量间隙，通过这个间隙电子要么不能被激发到导带中，要么不能从导带回到价带中。
禁带宽度的大小是半导体的一个重要参数。
它的大小直接决定了半导体的电子和光学性质。
3. n型半导体和p型半导体n型半导体和p型半导体是两种不同类型的半导体。
n型半导体中存在较多的自由电子，它们带负电荷。
p型半导体中存在较多的空穴，它们带正电荷。
当n型半导体和p型半导体接触时，会出现pn结，这种结构在电子器件中得到了广泛应用。
4. pn结pn结是由n型半导体和p型半导体组成的结构。
在pn结中，n型半导体和p型半导体之间的禁带宽度是逐渐变小的。
这是因为在p型半导体中大量的电子会移动到n型半导体中，形成空穴。
这些空穴和n型半导体中的自由电子可以在pn结中重新组合，产生光子释放出能量。
5. 掺杂半导体需要通过掺杂来实现特定的电子性能。
掺杂是向半导体中引入特定的杂质元素，改变其电学性质的过程。
p型半导体中通常掺杂一些III族元素（例如硼），使得p型半导体中存在大量的空穴。
n型半导体中通常掺杂一些V族元素（例如砷），使得n型半导体中存在大量的自由电子。
总之，半导体物理学是现代电子技术的重要基础。
了解半导体物理学的基本概念对于理解电子器件原理、设计和制造都非常重要。
半导体物理主要概念
半导体物理主要概念在现代科技和电子领域中，半导体材料具有重要的地位。
半导体物理学涉及了许多核心概念，这些概念对我们理解半导体材料的性质和应用至关重要。
本文将重点介绍一些关键的半导体物理主要概念。
1. 能带理论（band theory）能带理论是解释固体材料电子结构的核心理论。
它描述了原子的电子如何在固体中形成能带（电子能量分布的区域）。
根据能带理论，固体材料中的电子可以填充到不同能量的能带中。
价带是离自由电子最近的能带，其中填满电子的能带称为价带；离自由电子最远的能带是导带，其中可以存在自由电子。
价带和导带之间的能量间隔称为能隙（band gap），是一个半导体的重要参数。
有无能隙区分了导电性质和绝缘性质的半导体。
2. 禁带宽度（band gap width）禁带宽度，也称能隙宽度，是半导体能带理论的一个重要概念。
禁带宽度是价带和导带之间的能量差异。
半导体材料根据禁带宽度的不同，可以分为直接带隙半导体和间接带隙半导体。
直接带隙半导体的价带和导带在动量空间中的最小距离很小，电子可以通过发射或吸收光子以较高的效率进行能带跃迁。
而间接带隙半导体的最小距离较大，电子的能带跃迁一般需要借助缺陷或其他粒子的参与。
3. 斯特克斯位移（Stark effect）斯特克斯位移描述了外加电场对半导体能带结构的影响。
当半导体材料中存在电场时，它会改变价带和导带的能量分布，导致能带发生位移。
斯特克斯位移是半导体器件如光电二极管等的基础理论。
4. 谐振频率（resonant frequency）谐振频率是指在某种特定的条件下，半导体材料会表现出共振特性。
半导体材料中的晶格结构和电子能级之间的相互作用会导致谐振频率的存在，这在电子器件的设计和性能优化中发挥重要作用。
5. 载流子（charge carrier）载流子是指在半导体材料中能够自由移动的电荷粒子。
在半导体中，载流子通常可以分为两类：电子和空穴（空穴可以看作是价带内缺少电子导致的正电荷）。
半导体物理基础第一章课件
1.7.5只有一种杂质的半导体
• 2、P型半导体
• 在杂质饱和电离的温度范围内有：p N a • 导带电子浓度为： n ni2 ni2
p Na
• 费米能级为
EF
EV
KT ln
NV Na
EF
Ei
KT
ln
Na ni
43
1.7.5只有一种杂质的半导体
• 结论：对于P型半导体，在杂质饱和电离 温度范围之内，费米能级位于价带顶之上， 本征费米能级之下。随着掺杂浓度提高， 费米能级接近价带顶；随着温度升高，费 米能级远离价带顶。
成共价键时，将因缺少一个价电子而形 成一个空穴，于是半导体中的空穴数目 大量增加。
22
1.6杂质能级
• Acceptor，掺入半导体的杂质原子向半导 体中提供导电的空穴，并成为带负电的 离子。
• 掺入受主杂质的半导体为P（Positive）型 半导体。施主杂质的浓度记为NA。
23
1.6杂质能级
• 受主接受电子称为受主杂 志，提供了一个局域化的 电子态，相应的能级称为 受主能级—Ea。
NV
2 2mdp KT
h3
3 2
• 称为价带有效状态密度
34
1.7.3能带中电子和空穴的浓度
• 导带电子浓度和价带空穴浓度之积
Eg
np Nc NV e KT • 式 把中它E写g为成禁经带验宽关度系。式与E温g 度有E关g0 ， 可T以
• 其 时中的Eg值为。禁带宽度温度系数，Eg0为0K
Chap1 半导体物理基础
1
1.2 能带
一、能带的形成 • 能级：电子所处的能量状态。 • 当原子结合成晶体时，原子最外层的价
能带理论与半导体材料的特性分析
能带理论与半导体材料的特性分析近年来，能带理论和半导体材料的研究引起了广泛的关注。
能带理论是揭示半导体材料电子结构与性质的重要工具，而半导体材料作为现代电子学和光电学的基础，其特性分析对于深入理解半导体器件的工作原理和性能优化具有重要意义。
首先，我们来介绍一下能带理论。
能带理论是描述固体材料中电子能级分布的理论模型。
根据这个理论，固体中的电子能级并非离散的，而是连续的能带。
能带是指一定能量范围内允许电子存在的能量带隙。
通常将能带分为价带和导带，价带是指占据较低能级的电子能带，而导带则是指未被占据的较高能级的电子能带。
半导体材料是一类介于导体和绝缘体之间的材料，具有重要的电子、光学和热学特性。
半导体材料的特性主要与其能带结构有关。
例如，若半导体材料的导带和价带之间存在较大的能带隙，则该材料对光的吸收能力较强，适用于光电器件的制备。
另外，半导体材料还表现出电阻率随温度变化的特性，这被用于热敏电阻和温度传感器等应用中。
除了能带结构，材料的载流子浓度也是分析半导体材料特性的重要指标。
载流子是指在材料中携带电荷的粒子，可以是带正电荷的空穴（不带负电荷的离子空位）或带负电荷的电子。
半导体材料中的载流子浓度决定了材料的导电性能。
通过控制载流子浓度，我们可以调节半导体材料的导电性能，从而实现晶体管、二极管和光电二极管等器件的设计与优化。
此外，半导体材料还表现出许多特殊的物理现象，如霍尔效应和光电效应等。
霍尔效应是指在垂直于流动电流方向施加磁场时，电流产生横向偏转，并在两侧形成电压差。
这个效应被广泛应用于测量材料的电荷载流子浓度和电阻率。
而光电效应是指当材料受到光照后，产生的电子和空穴对激发出电流。
这个效应被利用于太阳能电池等光电器件的制备。
然而，不同的半导体材料具有不同的电子能带结构和特性。
例如，硅材料是一种常用的半导体材料，具有较大的禁带宽度和稳定的化学性质，适用于集成电路芯片的制备；而砷化镓等三五族半导体材料具有较少的禁带宽度和高的电子迁移率，适用于高频电子器件的制备。
半导体物理中的能带理论及其在器件设计中的应用
半导体物理中的能带理论及其在器件设计中的应用引言半导体是当今信息时代中不可或缺的关键材料，其广泛应用于电子器件和光电子器件中。
能带理论是解释半导体物理行为的重要理论，对于器件设计具有重要的指导意义。
一、能带理论的基本原理能带理论是通过研究半导体中电子能量分布的方式来解释物质导电性质的理论基础。
根据量子力学的原理，物质中的电子存在于能量分层的能带中。
在半导体中，常见的能带包括价带和导带。
价带是指由最外层电子填充的带，它们与原子核之间的相互作用力较强。
导带是指位于价带上方的电子能级，它们与原子核之间的相互作用力较弱。
半导体处于室温下，价带通常被填满，导带处于空席状态，形成禁带宽度。
禁带宽度决定了半导体的导电性能。
如果禁带宽度很小，可以吸收辐射能量并导电，即为导体；如果禁带宽度很大，几乎不吸收辐射能量，无法导电，即为绝缘体；而半导体则处于介于导体和绝缘体之间的状态。
二、能带理论在器件设计中的应用能带理论为半导体器件的设计和性能优化提供了重要的指导。
以下介绍两个在实际应用中常见的应用案例。
1. pn结pn结是半导体器件中最基本的结构之一，其原理可以通过能带理论解释。
当一个p型半导体与一个n型半导体相接触时，两者中的电子将发生能量转移。
在pn结中，n型半导体中的自由电子会向p型半导体中的空席能级移动。
这种移动会导致n区变得带负电，p区变得带正电，形成内建电场。
当外加电压使内建电场与外加电场相等时，将达到动态平衡，这时pn结处于截止状态，没有电流通过。
而当外加电压改变内建电场，使内建电场消失时，pn结将进入导通状态，电流开始流动。
通过对pn结的能带特性的研究，可以优化器件的特性，如改善导通特性和减小截止电流。
2. 光电二极管光电二极管是一种利用光的能量将其转化为电信号的器件。
能带理论被广泛应用于光电二极管的设计中。
当光子入射到光电二极管的p-n结上时，光子的能量会被半导体材料吸收。
光子的能量可以使电子从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。
半导体基本概念和能带理论
半导体材料课时三周课时：三周讲师：李亮亮liliangliang@参考书参考书：1.半导体器件基础，B. L. Anderson等著，邓宁等译，清华大学出版社，20072.半导体器件物理基础，曾树荣著，北京大学出版社，2007半导体材料，邓志杰等著，化学工业出版社，20043.半导体材料，邓志杰等著，化学工业出版社，004.半导体材料，杨树人等著，科学出版社，20045.Semiconductor Physics and Devices, D. A. Neamen, 清华大学出版社影印，20036.Semiconductor Device Fundamentals, R. F. Pierret, Addison-Wesley Publishing Company Inc 1996电子材料工学-半导体材料1Wesley Publishing Company, Inc., 1996本周提纲◆半导体基本概念和历史发展◆能带概念能带概◆本征和非本征半导体的性质电子材料工学-半导体材料2应用45 nmIntel 45 nm 晶体管太阳能发电站/content/item.php?item=12389/id/15413317/太能发超薄显示器Sony OLED电子材料工学-半导体材料3/393667/sonys-howard-stringer-to-unveil-new-03mm+thick-oled-displays-today定义半导体材料是一种导电性能介于金属与绝缘体之间的一类材料，即电导率一般在103Siemens/cm到10-8Siemens/cm之间。
电导率σ：103～10-8S/cm-3～108·电阻率ρ：1010Ωcm参考：铜的电阻率ρ在室温为2.44⨯10-8Ω·cm电子材料工学-半导体材料4基本特征基本特性（非绝对）光照、掺杂等外界条件很容易改变其电性质材料中有两类载流子：电子和空穴电导率随温度上升而上升，电阻率反之光照掺杂等外界条件很容易改变其电性质金属的电阻率随温度升高而(升高/降低)？为什么?电子材料工学-半导体材料5半导体材料分类元素半导体按功用微电子材料化合物半导体有机半导体光电半导体材料热电半导体材料微波半导体材料……按化学组成敏感半导体材料按结构……晶态半导体电子材料工学-半导体材料6非晶态半导体半导体名词“Materials of semiconductingMaterials of semiconductingnature” (1782)Alessandro Volta“Semiconductor”(1911)Georg busch, “Early history chemistry of the physics of semiconductors Johann KoenigsbergerJ. WeissJ. Koenigsberger的博士生电子材料工学-半导体材料7g,y y y p y-from douts to facts in a hundred years”, Eur. J. Phys., 1989Ag 2S 半导体性质的争论Ag 2S 的电阻率随温度升高而降低(1833)Michael FaradayJohann W.HittorfCarl WagnerJuband Straints ？？Johann W. Hittorf 1841Carl Wagner 193319201902电子材料工学-半导体材料8对半导体的预见“Ueber Halbleiter sollte man nicht arbeiten, das ist eine Schweinerei, wer weiss, ob es uberhaupt Halbleiterg ibt” (1931)翻译“O i d h ld : “On semiconductors one should not do any work, that’s a mess, who knows whether there are semiconductors at all”Wolfgang Pauli“Band theory of solids” (1931)固体能带论的提出Alan H. Wilson固体能带理论的提出电子材料工学-半导体材料9第一个晶体管的诞生(1947)第个晶体管的诞生()William Shockley (seated),John Bardeen (left) and Walter Brattain (right)第一个晶体管的复制品/history/transistor-1947.htmlWalter Brattain (right)./moores-law1.htm电子材料工学-半导体材料10集成电路20世纪60年代第一个平面Intel 22nm SRAM testh ()集成电路(1960-1961)4个晶体管h //hi /i d /i li /i h lhtt //bl i t l /idf/chip (2009. 9)29亿个晶体管电子材料工学-半导体材料11/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html /idf/ITRS摩尔法则和Moore's Law from ITRS 2007Moore s Law from 1970 -2005 (Intel)/pressroom/kits/events/moores_law_h //i /i k /200S/S 200dfITRS 2007International TechnologyRoadmap for Semiconductor电子材料工学-半导体材料1240th/index.htm?iid=tech_mooreslaw+body_presskit/Links/2007ITRS/ExecSum2007.pdf视频p pp/HTMAC/animated.html/v_show/id_XODIwMzkzOTI=.htmlhtt//k/h/id XODI M k OTI ht l电子材料工学-半导体材料13提纲◆半导体基本概念和历史发展◆能带概念能带概◆本征和非本征半导体的性质电子材料工学-半导体材料14氢原子模型电子材料工学原子的电子层结构n=1l=020 130 1 240 11s2s 2p 3s 3p 3d4s 4p原子数/元素电子数符号1H 11s 12He 21s 2n 主量子数3Li 11s 22s 14Be 21s 22s 25B 2 1 1s 22s 22p 122222n 主量子数l 角量子数m 磁量子数m s 自旋量子数helium core2 electrons6C 2 21s 2s 2p 7N 2 31s 22s 22p 38O 2 41s 22s 22p 49F 2 51s 22s 22p 526226能量最低10Ne 2 61s 2s 2p 11Na neon core 13s 112Mg 23s 213Al 2 1 3s 23p 122原理和泡利不相容10 electrons[Ne]14Si 2 23s 23p 215P 2 3 3s 23p 316S 2 43s 23p 417Cl 2 53s 23p 526原理电子材料工学-半导体材料1618Ar2 63s 23p 6原子轨道电子材料工学-半导体材料17单个Si原子+14n=1 2e n=2 8e3s---n=3 4e 3p-电子材料工学-半导体材料18有四个能态为空两个氢原子+-+-++--电子个能态两个能态能量一个能态一个能态电子材料工学-半导体材料19多个原子相互作用电子能量能态分裂（能级分裂）一个能态多个能态r0多个原子排列到一起原子间距-电子材料工学-半导体材料20N电子能量电子材料工学能隙产生原因能带间隙的产生的原因：原子轨道杂化重叠电子能量p6N 个能态上有2N 电子4N 个能态上有0个电子s2N 个能态上有2N 电子Si 晶格常数（5.43 Å）独立Si 原子缩小原子间距2N+2N 个被电子占据的能态电子材料工学-半导体材料22Li分子反σ*键状态能量原子处于原子处于2s 状态2s 状态σ键状态Li 分子的形成电子材料工学-半导体材料23原子轨道重叠导致了在锂中形成σ键和反σ键。
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电子材料工学-半导体材料
29
本征半导体
一个半导体如果没有杂质和缺陷，它就是本征的。 个半导体如果没有杂质和缺陷，它就是本征的。
Si Si Si
Si Si SiSi Si 来自iEgEc Ev
T=0 K
电子材料工学-半导体材料 30
电子空穴对
自由电子
电子 Ec Eg Ev
太阳能发电站 太 能发
/id/15413317/
超薄显示器 Sony OLED
/393667/sonys-howard-stringer-tounveil-new-03mm+thick-oled-displays-today
13
提纲
半导体基本概念和历史发展 能带概念 能带概 本征和非本征半导体的性质
电子材料工学-半导体材料
14
氢原子模型
m0 q 4 13.6 2 eV En 2 8( 0 nh) n
+
n=1 n=2 n=3 3
Electron Binding Energy En 电子结合能 m0 自由电子质量 q 电子电荷大小 0 介电常数 h 普朗克常数 量子数 n 主量子数
1023个3s 原子轨道
硅晶体
电子材料工学-半导体材料 25
能带结构(0 K)
导带 导带
禁带能隙 Eg 禁带能隙 Eg
导带 价带
价带
价带
绝缘体 Eg>5 eV
半导体 Eg~1 eV
金属
电子材料工学-半导体材料
26
禁带能隙
晶 体 BaTiO3 C(金刚石) Si SiO2 PbS PbSe PbTe Cu2O Fe2O3 AgI KCl MgO Al2O3 Eg(eV) 2.5~3.2 5.2~5.6 11 1.1 2.8~3 0.35 0.27~0.5 0.25~0.30 2.1 3.1 2.8 7 >7.8 >8 晶 体 TiO2 CaF2 PN CdO LiF Ga2O3 CoO GaP CdS GaAs ZnSe Te Al2O3 Eg(eV) 3.05~3.8 12 48 4.8 2.1 12 4.6 4 2.25 2.42 1.4 2.6 1.45 2.5
15
氢原子模型 （Ni l Bohr) （Niels B h )
电子材料工学-半导体材料
原子的电子层结构
n=1 l=0 1s 原子数/元素 1 H 2 He 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne 11 Na 12 Mg 13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar 1 2 1 2 2 2 helium core 2 2 electrons 2 2 2 2 0 1 2s 2p 电子数 3 0 1 2 3s 3p 3d 4 0 1 4s 4p 符号 1s1 1s2 1s22s1 1s22s2 1s22s22p1 1s22s22p2 1s22s22p3 1s22s22p4 1s22s22p5 1s22s22p6 1 2 2 2 2 2 2 2 3s1 3s2 3s23p1 3s23p2 3s23p3 3s23p4 3s23p5 3s23p6
ITRS 2007
International Technology Roadmap for Semiconductor
h // /Links/2007ITRS/ExecSum2007.pdf i / i k /200 S/ S 200 df
电子材料工学-半导体材料
N个独立Si原子
电子 能量
N个Si构成晶体
电子 能量
4N个能态（导带）
E
绝大多数空
p s n=3
6N个能态上有2N电子
2N个能态上有2N电子
4N个能态（价带）
Eg
EC EV
绝大多数满
电子 6N个能态上有2N电子 能量 p s
2N个能态上有2N电子
4N个能态上 有0个电子
2N+2N个被电子占据的能态
独立Si原子
22
Li分子
能量 反*键状态
原子处于 2s状态 键状态 Li分子的形成
原子处于 2s状态
原子轨道重叠导致了在锂中形成键和反键。
电子材料工学-半导体材料 23
硅sp3杂化
sp3杂化后的成键和反键轨道
电子材料工学-半导体材料 24
硅
31023个3p 原子轨道
空带 41023个sp3 杂化轨道 21023 sp3个反 键轨道 满带 21023 sp3个成 键轨道
“Ueber Halbleiter sollte man nicht arbeiten, das ist eine Schweinerei, wer weiss, ob es uberhaupt Halbleiterg ibt” (1931) 翻译: “On “O semiconductors i d one should h ld not do any work, that’s a mess, who knows whether there are semiconductors at all”
电子材料工学-半导体材料
11
摩尔法则和ITRS
Moore s Law from Moore's 1970 - 2005 (Intel)
/pressroom/kits/events/moores_law_ 40th/index.htm?iid=tech_mooreslaw+body_presskit
h // /semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html hi / i d / i li / i h l
Intel 22nm SRAM test chip h ( (2009. 9) ) 29亿个晶体管
htt //bl /idf/ i t l /idf/
/history/transistor-1947.html
第一个晶体管的复制品
/moores-law1.htm
电子材料工学-半导体材料
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集成电路
20世纪60年代第一个平面 集成电路(1960-1961) 4个晶体管
1 2 3 4 5 6
n 主量子数 l 角量子数 m 磁量子数 ms 自旋量子数
neon core 10 electrons
1 2 3 4 5 6
[Ne]
能量最低 原理和泡 利不相容 原理
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原子轨道
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单个Si原子
+14
n=1 2e n=2 8e 3s
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基本特征
基本特性（非绝对） 材料中有两类载流子：电子和空穴 光照、掺杂等外界条件很容易改变其电性质 光照 掺杂等外界条件很容易改变其电性质 电导率随温度上升而上升，电阻率反之 金属的电阻率随温度升高而(升高/降低)？为什么?
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半导体材料分类
按功用
Si Si Si
Si Si Si
空穴
Si Si Si T>0 K
半导体材料
课时 三周 课时：三周 讲师：李亮亮 参考书： 参考书
1. 半导体器件基础，B. L. Anderson等著，邓宁等译，清华大学出版社， 2007 2. 半导体器件物理基础，曾树荣著，北京大学出版社，2007 3. 半导体材料，邓志杰等著，化学工业出版社， 半导体材料，邓志杰等著，化学工业出版社，2004 00 4. 半导体材料，杨树人等著，科学出版社，2004 5. Semiconductor Physics and Devices, D. A. Neamen, 清华大学出版 社影印，2003 6. Semiconductor Device Fundamentals, R. F. Pierret, AddisonWesley Publishing Company Company, Inc Inc., 1996
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Ag2S半导体性质的争论
Ag2S 的电阻率随温度 升高而降低 (1833)
Michael Faraday
？
Johann W. Hittorf 1841 Straints 1902
？
Juband 1920 Carl Wagner 1933
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对半导体的预见
Alessandro Volta
“Semiconductor” (1911)
J. Weiss Johann Koenigsberger J. Koenigsberger的博士生
Georg g busch, , “Early y history y chemistry y of the physics p y of semiconductors - from douts to facts in a hundred years”, Eur. J. Phys., 1989
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第 部分小结 第一部分小结
半导体的三个基本特性
材料中有两类载流子 电子和空穴 材料中有两类载流子：电子和空穴 光照、掺杂等外界条件很容易改变其电性质 电导率随温度上升而上升，电阻率反之
能带的概念和能级分裂
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提纲 半导体基本概念和历史发展 能带概念 本征和非本征半导体的性质
12
视频
/HTMAC/animated.html p pp htt // /v_show/id_XODIwMzkzOTI=.html k / h /id XODI M k OTI ht l
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