半导体常见的晶体结构

决定半导体材料的基本物理特性，即原子或离子的长程有序的周期性排列。按空间点阵学说，晶体的内在结构可概括为一些相同点在空间有规则地作周期性的无限分布。点子的总体称为点阵，通过点阵的结点可作许多平行的直线组和平行的晶面组。这样，点阵就成网格，称为晶格。由于晶格的周期性，可取一个以格点为顶点、边长等于该方向上的周期的六面体作为重复单元，来概括晶格的特征。固体物理学取最小的重复单元，格点只在顶角上。这样的重复单元只反映晶体结构的周期性，称为原胞。结晶学取较大的重复单元，格点不仅在顶角上，还可在体心和面心上，这样的重复单元既反映晶格的周期性，也反映了晶体的对称性。

常见的半导体的晶体结构有金刚石型、闪锌矿型、纤锌矿型和氯化钠型4种，如图和表所示。在三元化合物半导体中有部分呈黄铜矿型结构，金刚石型、闪锌矿型和氯化钠型结构可看成是由两套面心立方格子套构而成。不同的是，金刚石型和闪锌矿型是两套格子沿体

对角线的1/4方向套构，而氯化钠型则是沿1/2[100]方向套构金刚石晶格中所有原子同种，而闪锌矿和氯化钠晶格中有两种原子闪锌矿型各晶面的原子排布总数目与金刚石型相同，但在同一晶面或同一晶向上，两种原子的排布却不相同。纤锌矿型属六方晶系，其中硫原子呈六方密堆集，而锌原子则占据四面体间隙的一半，与闪锌矿相似，它们的每一个原子场处于异种原子构成的正四面体中心。但闪锌矿结构中，次近邻异种原子层的原子位置彼此错开60°，而在纤锌矿型中，则是上下相对的。采取这种方式使次近邻异种原子的距离更近，会增强正负离子的相互吸引作用，因此，纤锌矿型多出现于两种原子间负电性差大、化学键中离子键成分高的二元化合物中。

本征半导体中流体越多导电越强。

本征半导体（intrinsic semiconductor)）是完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。但实际半导体不能绝对的纯净，此类半导体称为杂质半导体。本征半导体一般是指其导电能力主要由材料的本征激发决定的纯净半导体。更通俗地讲，完全纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体或I型半导体。主要常见代表有硅、锗这两种元素的单晶体结构。

在绝对零度温度下，半导体的价带（valence band）是满带（见能带理论），受到光电注入或热激发后，价带中的部分电子会越过禁带（forbidden band/band gap）进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带（conduction band），价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，称为空穴（hole），导带中的电子和价带中的空穴合称为电子空穴对。

复合半导体：

导带中的电子会落入空穴，使电子—空穴对消失，称为复合（recombination）。复合时产生的能量以电磁辐射（发射光子photon）或晶格热振动（发射声子phonon）的形式释放。在一定温度下，电子空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，此时本征半导体具有一定的载流子浓度，从而具有一定的电导率。

加热或光照会使半导体发生热激发或光激发，从而产生更多的电子—空穴对，这时载流子浓度增加，电导率增加。半导体热敏电阻和光敏电阻等半导体器件就是根据此原理制成的。常温下本征半导体的电导率较小，载流子浓度对温度变化敏感，所以很难对半导体特性进行控制，因此实际应用不多。

1、什么是金属－半导体接触的多子阻挡层和反阻挡层？什么是肖特基接触？ 答：金属与N型半导体接触，当Wm>Ws 时：势垒区中的表面附近的能带向上弯曲，半导体表面电子浓度比体内小得多，为多子(电子)耗尽，因此，它是一个高阻区；多子(电子)在金属和半导体两边转移时，都需要克服一定的势垒，故，通常也将之称为多子阻挡层。 金属与N型半导体接触，Wm>x D )适用于此理论。此时，电子在势垒区的碰撞可以忽略，对于电子而言，势垒的形状并不重要，起决定作用的是势垒顶点的高度——半导体体内的电子只要有足够的能量超过势垒的顶点，就可以自由地通过阻挡层进入金属；同样，金属中能超越势垒顶的电子也能达到半导体体内；所以电流的计算就归纳为计算超越势垒的载流子数目，这就是热电子发射理论。 对于非简并半导体，单位体积中能量在E ～E+dE中的电子数目为： 取垂直于界面由半导体指向金属的方向为v x 的正方向，显然就单位截面积而言，大小为v x 的体积中，在其内的所有电子，单位时间内都可以达到金属和半导体的界面： 这些电子总数为：dN = v x .1.1.dn 在半导体侧的这些电子中，有能力越过势垒到达金属的电子，其v x 必须达到： 2 / 1 0 2 )] ( 2 1 [ ) ( 2 1 V V q m v V V q v m D n x D x n z y x kT v v v m n dv dv dv v e kT m n dn z y x n 2 2 ) ( 2 3 0 4 ) 2 ( 2 2 2 即：仅有v x 在[v x0 ,+ ] 范围内的电子可以越过势垒，所以，单位时间内，达到金-半界面的电子数为： 这时所形成的电流为： 0 x v dN N 常数 称为 其中， Richardson k qm h A e e T A dN q qN J kT qV kT q v m s ns x 2 * 3 2 4 1 0 电子从金属向半导体运动（发射）时遇到的势垒高度为q m ，不随外加电压而改变， 故电流是个恒定值，它在热平衡时(V=0) 与从半导体运动（发射）到金属的电子流相抵消，即： 电流的表达式还可以写成以下形式： 0 8 ( 1) , 4 D F q V q V k T k T n q v n k T J e e v m 其中 ) 1 ( ) 1 ( 0 0 2 * 2 * 0 kT qV kT qV kT q s m m s n kT q s m V m s s m F F m m F e J e e T A J J J e T A J J J 总电流形式为： 电流通过热电子发射过程的输运： Si、Ge、GaAs材料的载流子迁移率较高，热电子发射理论对它们比较适用。

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