中山大学：半导体物理（PPT讲稿，繁体版）

半導體物理 何謂半導體? 半導體之分類 半導體之純度 半導體材料之結構 般晶格所常用之術語 半導體材料之獲得? 塊材與薄膜之關連 國立中山大學材料科學研究所 丰導體物理

國立中山大學材料科學研究所 半導體物理 1 半導體物理 何謂半導體？ 半導體之分類 半導體之純度 半導體材料之結構 一般晶格所常用之術語 半導體材料之獲得？ 塊材與薄膜之關連

何謂半導體? 以通俗的字眼來說便是一種材料它的導 電度介於金屬與非金屬之間。 以專業的眼光來看便是該材料的電阻值 可藉由摻入雜質的種類丶數量來調整 雜質種類的不同將可以決定載子( carrier) 的型態。當有特定區域適合這兩種型態 的載子相互結合時’電子元件的種種特 性便接踵而來 國立中山大學材料科學研究所 丰導體物理

國立中山大學材料科學研究所 半導體物理 2 何謂半導體？ 以通俗的字眼來說便是一種材料它的導 電度介於金屬與非金屬之間。 以專業的眼光來看便是該材料的電阻值 可藉由摻入雜質的種類、數量來調整。 雜質種類的不同將可以決定載子（carrier) 的型態。當有特定區域適合這兩種型態 的載子相互結合時，電子元件的種種特 性便接踵而來

絕緣體丶半導體丶金屬之電 阻比較 RESISTIVITY P(n-cm) 101810161014101210101081061041 10-210-410-610 GERMANIUM (Ge) SILVER ● GLASS NICKEL OXIDE SILICON (SI) COPPER (PURE) DIAMOND GALLIUM ARSENIDE (GOAS ALUMINUM (PURE) GALLIUM PHOSPHIDE (GaP) PLATINUM ● SULFUR FUSED CADMIUM SULFIDE (cds BISMUTH QUARTZ 10-1810-1610-14仙0-1210-1010-810-610-4402 102104106 CONDUCTIVITYσ(s/cm) INSULATOR SEMICONDUCTOR CONDUCTOR 國立中山大學材料科學研究所 導體物理

國立中山大學材料科學研究所 半導體物理 3 絕緣體、半導體、金屬之電 阻比較

與半導體相關之週期元素 Table 1 Portion of the periodic Table Related to semiconductors Period Column II B Boron Carbon Nitrogen Mg Al P Magnesium Aluminum Silicon Phosphorus Sulfur Zn Ge As S Zinc Gallium Germanium Arsenic Selenium S Sb Cadmium Indium TI Antimon Tellurium H Mercury Lead 國立中山大學材料科學研究所 半導體物理

國立中山大學材料科學研究所 半導體物理 4 與半導體相關之週期元素

道属曲 度豆 Elemental semiconductor 類 Ge Compound semiconductor IV-IV---SiC II-V----AIP AlAs GaAs gasbInPInAs II-Vi---Zno, Zns, znse, cdTe, hgte IV-VI---Pbs. pbse pbte Alloys Binary---Sl-x Gex Tenary---AIGaAs. AlInAs HgCdTe Quaternary---AIGaAssb 國立中山大學材料科學研究所 半導體物理

國立中山大學材料科學研究所 半導體物理 5 Elemental semiconductor 半導體之分類--Si, Ge Compound semiconductor IV-IV---SiC III-V----AlP,AlAs,GaAs,GaSb,InP,InAs, II-VI ---ZnO,ZnS,ZnSe,CdTe,HgTe IV-VI---PbS, PbSe, PbTe Alloys Binary---Si1-xGex Tenary---AlGaAs,AlInAs,HgCdTe Quaternary---AlGaAsSb

半導體分類 基本上以週期表的第四族為基準點’其 共通特性是每一原子平均有四個價電子 事實上近年來材料的演進極為快速,凡 是與電子元件工業相關連的材料都被統 稱電子材料’而半導體材料的定義逐漸 廣義化,凡是可以產生正負型載子的材 料都可稱之半導體。 傳統上半導體材料依舊落於無機材料 近年來有機材料正被重視當中 國立中山大學材料科學研究所 丰導體物理

國立中山大學材料科學研究所 半導體物理 6 半導體分類 基本上以週期表的第四族為基準點，其 共通特性是每一原子平均有四個價電子 事實上近年來材料的演進極為快速，凡 是與電子元件工業相關連的材料都被統 稱電子材料，而半導體材料的定義逐漸 廣義化，凡是可以產生正負型載子的材 料都可稱之半導體。 傳統上半導體材料依舊落於無機材料， 近年來有機材料正被重視當中

Element and compound Se em Table 2 Element and Compound Semiconductors Ⅳ-Ⅳ II-V Element I-VI Compounds Compounds Compounds Compounds Sic AlAs Cds PbS Ge AlSb CdSe PbTe BN CdTe GaAs ZnS GaP ZnS GaSb ZnTe InAs InP InSb 國立中山大學材料科學研究所 半尊體物理

國立中山大學材料科學研究所 半導體物理 7 Element and Compound Semi

半導體純度 由於半導體的電阻值乃是藉由雜質 的濃度來調整’因此在未加入雜質 之前半導體的純度通常是非常重要 以Si為例其純度可達每10個S原子 允許一顆雜質存在 在一般元件上其雜質掺入的數量與Si 的數量比其範圍在1:108至1:103之間 而其電阻值的變化可從數十Ω至零點 幾個Ω 國立中山大學材料科學研究所 導體物理

國立中山大學材料科學研究所 半導體物理 8 半導體純度 由於半導體的電阻值乃是藉由雜質 的濃度來調整，因此在未加入雜質 之前半導體的純度通常是非常重要， 以Si為例其純度可達每109個Si原子 允許一顆雜質存在。 在一般元件上其雜質摻入的數量與Si 的數量比其範圍在1:108至1:103之間， 而其電阻值的變化可從數十W至零點 幾個W

半導體材料結構 般材料結構可區分為非晶系,多晶糸 以及單晶糸。其重大的區別在於原子排 列規則性持續的程度大小而定 在半導體元件應用上’該三種型態結構 都有其應用的價值。唯獨當元件是用來 作為主動元件時’則該半導體必須是單 晶型態 晶格結構決定在原子排列的方式。自然 界晶格的種類可區分為七大晶糸 國立中山大學材料科學研究所 導體物理

國立中山大學材料科學研究所 半導體物理 9 半導體材料結構 一般材料結構可區分為非晶系，多晶系 以及單晶系。其重大的區別在於原子排 列規則性持續的程度大小而定。 在半導體元件應用上，該三種型態結構 都有其應用的價值。唯獨當元件是用來 作為主動元件時，則該半導體必須是單 晶型態。 晶格結構決定在原子排列的方式。自然 界晶格的種類可區分為七大晶系

半導體材料結構 半導體晶格結構大部分呈現下面三 種結構 Diamond structure SiGe Zincblende structure GaAs. Inp Wuzite structure GaN AIN 國立中山大學材料科學研究所 體物理

國立中山大學材料科學研究所 半導體物理 10 半導體材料結構 半導體晶格結構大部分呈現下面三 種結構 Diamond structure Si,Ge Zincblende structure GaAs, InP Wuzite structure GaN, AlN