1思考题答案所有 微电子

晶体结构：

1．画出金刚石的晶体结构示意图并给出相应碳原子的坐标；画出金刚石晶体的空间点阵示意图并写出名称；计算金刚石晶体中每个晶胞含碳原子数和原子堆积系数。

金刚石配位数为4

2．试比较闪锌矿结构（如GaAs）与金刚石立方结构（如Si）上的异同性？

同：都服从电子-原子比等于4，结构很相似，都可以看作是两个相互渗透FCC晶格交替而成，都是四面体键合。

异：1、闪锌矿与金刚石结构相比具有较低的对称性

2、闪锌矿结构中具有米勒指数为111和的

溶解和腐蚀速度也不同

3.闪锌矿晶体的解理面在{100}面，而金刚石的解理面通常在{111}面。

化合物与固溶体

3、在化合物晶体中掺杂杂质所占据的替代位置一般遵循的基本原则？

掺杂原子在化合物半导体晶格中讲占据化学势达到最下的位置

一般来说，金属掺杂原子偏析到金属亚晶格A的位置，非金属掺杂原子偏析到非金属亚晶格A的位置

4、试说明硅原子在GaAs中具有的两性掺杂特性与掺杂条件？硅原子在GaAs中的这种特性有何重要应用？硅原子在GaAs晶格的取代位置是由硅原子的化学势决定的，当硅取代A亚晶格上的镓时可以作为n型掺杂剂, 当取代B晶格上的砷时可作为P型掺杂剂

在室温时硅原子取代镓原子，为n型掺杂剂

降低硅原子在砷位上的化学势且使之低于在镓位上的化学势，硅原子会取代砷原子（增加砷空位浓度）

将GaAs晶体在低砷分压中进行热处理，则可增加砷空位浓度，这样可把GaAs转变成p型：

Ka

SiGa•+ VAs×⇔SiAs/ + VGa×+ 2h。

在温度800℃以上，GaAs中的硅原子也倾向于取代砷位，因此800℃是可看作是硅在GaAs中的掺杂特性由n型到P型的转变点这一特性在制备GaAS发光二极管中是十分重要的

缺陷

2、什么是自补偿效应？为什么一般的II-VI族化合物具有自补偿效应，即其电学性质受原子缺陷的控制？而III-V族半导体的电学性质很少受原子缺陷的控制？试举例加以说明。

以ZnTe 为例加入碘原子作为n 型掺杂剂取代Te 位。由于ZnTe 晶体总是会含有过多的Zn 空位，每一个电离锌空位在价带中产生两个自由空穴，这些空穴可与掺入I 原子后产生的自由电子复合。在这个过程中，焓的平衡是对于每产生一个电离Zn 空位，就会有两个电子降落过整个禁带宽度，ZnTe 的禁带宽度为2.2ev ，一个电离锌空位总的形成焓为(2.54+X)ev,X 很小（为电离焓）因此损耗约为2.6ev 产生一个锌空位，而导致电子能量降低4ev 以上，所以当I 原子掺入ZnTe 晶体时，在能量上有利于锌空位的自发形成，并补偿由I 加入所产生的自由电子。这种机制称为自补偿。

一般来说，Ⅱ-Ⅵ族半导体的本征形成焓很小，同时他们所产的电子态靠近价带或导带边缘，并且帯隙很宽，因此呈现自补偿特性。

而对于Ⅲ-Ⅴ族化合物，其位错缺陷的形成焓很低，所以他们存在的浓度很高，此外，Ⅲ-Ⅴ族材料中不存在掺杂原子的自补偿机制，单电离空位会被补偿，电离本征缺陷会被其他本征缺陷所补偿，而由掺杂剂和杂质所产生的自由载流子不能被补偿。

举例：GaP 中最主要的点缺陷是中性空位（X P X Ga V ,V ）和带点的位错缺陷（∙∙Ga

//p P ,Ga ）

其单电离会立即被下面两个反应所补偿：

/B A X B /A /A //B B X A 4e

V B B V 4h V A V A ++⇔+++⇔+∙∙∙∙

∙，由于位错缺陷形成焓很低，这种电离本征

点缺陷的自动补偿非常有效。

能量平衡对于GaP 中的Ga 空位来说是不利的，因为他只能捕获一个电子，因此由掺杂剂和杂质所产生的自由载流子不能被补偿。

3.试从点缺陷观点说明：为什么化合物ZnTe 固熔体存在区域全部在化学计量比的富Te 一边，而CdTe 化合物固熔体存在区大致对称地分布在化学计量比组成的两边（图1.2

）？

化合物ZnTe 固熔体存在区域全部在化学计量比的富Te 一边，由于△HV Te 比△HVZn 大于1eV ，因此总是存在Te 过剩

而对于CdTe 晶体来说，由于V A /V B 接近，他们的形成焓△Hr Cd =△Hr Te 所以他的化合物固溶体存在区大致对称的分布在化学计量比组成的两边。 5、在30克GaP 中要求掺Te 浓度为1⨯1018cm -3。已知GaP 为闪锌矿结构，其键长d= 2.35A ，原子量：Ga= 30.97，P=69.72，Te =127.6。 （1）试求GaP 的密度 （2）计算碲的理论掺杂量 扩散和固相反应

2.请对烧结过程中3个不同阶段的特点进行描述，并说明不同烧结过程中的主要传质机制

。

初期阶段，素坯球形颗粒之间的接触面积明显扩展，素坯的收缩率在0－5％范围；

中期阶段，素坯中的管状气孔沿三叉晶界排出烧结体，最终样品的气孔率下降到5％左右；

后期阶段，素坯中的球形气孔沿着四叉晶界排出烧结体，烧结体密度接近理论密度。

3.什么是“材料芯片”？其热处理晶化过程有何特点？

分立的样品阵列式地集成为样品库（或集成材料芯片，简称IM Chips）/反应库，实现组成的连续或准连续变化及组分选择的多样性，快速、高效、并行制备/处理/检测大量样品，以比传统方法快百倍、千倍乃至更高的速度获得统计意义上的优化结果。

相图

1、试推导PbS中生成一对电离化的肖特基缺陷的反应平衡常数和电中性关系。

2．从所示的PbS系统的T-x和p-T相图中，我们在制备此类晶体时可得到哪些重要信息？如何获得具有化学计量比的PbS单晶。

非晶态和导电高分子

3、试述高分子材料的掺杂与无机半导体掺杂概念的区别，以碘掺杂聚乙炔为例说明其掺杂工艺与导电机制。