半導(dǎo)體物理學(xué)(學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理應(yīng)有哪些)
1.學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理應(yīng)有哪些基礎(chǔ)知識(shí)
需要固體物理的知識(shí)：
費(fèi)米能級(jí)（電子的分布） -- 能帶（晶格原子對(duì)勢(shì)場(chǎng)分布的影響）
最后要弄懂載流子就是空穴和電子
需要統(tǒng)計(jì)物理：
玻爾茲曼分布 -- 費(fèi)米分布
要知道簡(jiǎn)并， 非簡(jiǎn)并時(shí)該用什么分布
剩下的半導(dǎo)體物理全都是簡(jiǎn)單的積分。算來(lái)算去無(wú)非就是算載流子濃度的變化。延伸一下就是電流密度，電容。..
如果你沒(méi)學(xué)過(guò)固體物理，那么第一章直接跳過(guò)。用baidu弄懂費(fèi)米能級(jí) -- 能帶 -- 空穴 -- 電子這四個(gè)概念。然后從第二章開(kāi)始學(xué)，其實(shí)就是統(tǒng)計(jì)積分----不過(guò)，這樣會(huì)很累。
2.自學(xué)半導(dǎo)體物理需要哪些基礎(chǔ)知識(shí),具體來(lái)說(shuō)
離子注入
18，化學(xué)機(jī)械平坦化
19，硅片測(cè)試
20，淀積
12，金屬化
13，光刻：氣相成底膜到軟烘
14，光刻：對(duì)準(zhǔn)和曝光
15，光刻：光刻膠顯影和先進(jìn)的光刻技術(shù)
16，刻蝕
171，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)介紹
2，半導(dǎo)體材料特性
3，器件技術(shù)
4，硅和硅片制備
5，半導(dǎo)體制造中的化學(xué)品
6，硅片制造中的沾污控制
7，測(cè)量學(xué)和缺陷檢查
8，工藝腔內(nèi)的氣體控制
9，集成電路制造工藝概況
10，氧化
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3.半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)方面
半導(dǎo)體（ semiconductor），指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體（conductor）與絕緣體（insulator）之間的材料。
半導(dǎo)體在收音機(jī)、電視機(jī)以及測(cè)溫上有著廣泛的應(yīng)用。如二極管就是采用半導(dǎo)體制作的器件。
半導(dǎo)體是指一種導(dǎo)電性可受控制，范圍可從絕緣體至導(dǎo)體之間的材料。無(wú)論從科技或是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度來(lái)看，半導(dǎo)體的重要性都是非常巨大的。
今日大部分的電子產(chǎn)品，如計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話(huà)或是數(shù)字錄音機(jī)當(dāng)中的核心單元都和半導(dǎo)體有著極為密切的關(guān)連。常見(jiàn)的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、砷化鎵等，而硅更是各種半導(dǎo)體材料中，在商業(yè)應(yīng)用上最具有影響力的一種。
4.求助半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)
半導(dǎo)體就是介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)。它分為本征半導(dǎo)體和雜志半導(dǎo)體。
本征半導(dǎo)體：純凈晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱(chēng)之為本征半導(dǎo)體。常用的材料如：硅和鍺。它們都是四價(jià)元素，即原子軌道的最外層有4個(gè)電子。當(dāng)把它們制作成晶體時(shí)，它們是靠共價(jià)鍵的作用緊密聯(lián)系在一起的。
雜質(zhì)半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體摻入特定的雜質(zhì)來(lái)改變它的導(dǎo)電性，這種半導(dǎo)體成為雜質(zhì)半導(dǎo)體。
N型半導(dǎo)體：
在本征半導(dǎo)體中摻入5價(jià)元素，使晶體中某些原子被雜質(zhì)原子所替代，因?yàn)殡s質(zhì)原子最外層有5個(gè)價(jià)電子，它與周?chē)有纬晒矁r(jià)鍵后還多于一個(gè)自由電子，因此使空穴的濃度遠(yuǎn)小于自由電子的濃度。但是，電子的濃度與空穴的濃度的乘積是一個(gè)常數(shù)，與摻雜無(wú)關(guān)。
P型半導(dǎo)體：
在本征半導(dǎo)體中摻入3價(jià)元素，晶體中的某些原子被雜質(zhì)原子代替，但是雜質(zhì)原子的最外層只有3個(gè)價(jià)電子，它與周?chē)有纬晒矁r(jià)鍵后還多余一個(gè)空穴，因此使空穴的濃度遠(yuǎn)大于自由電子的濃度。
5.求教半導(dǎo)體物理學(xué)幾個(gè)基本概念
半導(dǎo)體中有兩種載流子：自由電子和空穴。
在熱力學(xué)溫度零度和沒(méi)有外界能量激發(fā)時(shí)，價(jià)電子受共價(jià)鍵的束縛，晶體中不存在自由運(yùn)動(dòng)的電子，半導(dǎo)體是不能導(dǎo)電的。但是，當(dāng)半導(dǎo)體的溫度升高（例如室溫300oK）或受到光照等外界因素的影響，某些共價(jià)鍵中的價(jià)電子獲得了足夠的能量，足以?huà)昝摴矁r(jià)鍵的束縛，躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子，同時(shí)在共價(jià)鍵中留下相同數(shù)量的空穴。
空穴是半導(dǎo)體中特有的一種粒子。它帶正電，與電子的電荷量相同。
把熱激發(fā)產(chǎn)生的這種躍遷過(guò)程稱(chēng)為本征激發(fā)。顯然，本征激發(fā)所產(chǎn)生的自由電子和空穴數(shù)目是相同的。
由于空穴的存在，臨近共價(jià)鍵中的價(jià)電子很容易跳過(guò)去填補(bǔ)這個(gè)空穴，從而使空穴轉(zhuǎn)移到臨近的共價(jià)鍵中去，而后，新的空穴又被其相鄰的價(jià)電子填補(bǔ)，這一過(guò)程持續(xù)下去，就相當(dāng)于空穴在運(yùn)動(dòng)。帶負(fù)電荷的價(jià)電子依次填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng)與帶正電荷的粒子作反方向運(yùn)動(dòng)的效果相同，因此我們把空穴視為帶正電荷的粒子。
可見(jiàn)，半導(dǎo)體中存在兩種載流子，即帶電荷+q的空穴和帶電荷–q的自由電子。 在沒(méi)有外加電場(chǎng)作用時(shí)，載流子的運(yùn)動(dòng)是無(wú)規(guī)則的，沒(méi)有定向運(yùn)動(dòng)，所以形不成電流。
在外加電場(chǎng)作用下，自由電子將產(chǎn)生逆電場(chǎng)方向的運(yùn)動(dòng)，形成電子電流，同時(shí)價(jià)電子也將逆電場(chǎng)方向依次填補(bǔ)空穴，其導(dǎo)電作用就像空穴沿電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)一樣，形成空穴電流。雖然在同樣的電場(chǎng)作用下，電子和空穴的運(yùn)動(dòng)方向相反，但由于電子和空穴所帶電荷相反，因而形成的電流是相加的，即順著電場(chǎng)方向形成電子和空穴兩種漂移電流。
在本征半導(dǎo)體硅（或鍺）中摻入少量的五價(jià)元素，如磷、砷或銻等，就可以構(gòu)成N型半導(dǎo)體。若在鍺晶體中摻入少量的砷原子如圖1所示，摻入的砷原子取代了某些鍺原子的位置。
砷原子有五個(gè)價(jià)電子，其中有四個(gè)與相鄰的鍺原子結(jié)合成共價(jià)鍵，余下的一個(gè)不在共價(jià)鍵內(nèi)，砷原子對(duì)它的束縛力較弱，因此只需得到極小的外界能量，這個(gè)電子就可以?huà)昝撋樵拥氖`而成為自由電子。這種使雜質(zhì)的價(jià)電子游離成為自由電子的能量稱(chēng)為電離能。
這種電離能遠(yuǎn)小于禁帶寬度EGO，所以在室溫下，幾乎所有的雜質(zhì)都已電離而釋放出自由電子。雜質(zhì)電離產(chǎn)生的自由電子不是共價(jià)鍵中的價(jià)電子，因此，與本征激發(fā)不同，它不會(huì)產(chǎn)生空穴。
失去一個(gè)價(jià)電子的雜質(zhì)原子成為一個(gè)正離子，這個(gè)正離子固定在晶格結(jié)構(gòu)中，不能移動(dòng)，所以它不參與導(dǎo)電。 由于砷原子很容易貢獻(xiàn)出一個(gè)自由電子故稱(chēng)為“施主雜質(zhì)”。
失去一個(gè)價(jià)電子而電離的雜質(zhì)原子，稱(chēng)為“施主離子”。施主雜質(zhì)的濃度用ND表示。
砷原子對(duì)第5個(gè)價(jià)電子的束縛力較弱，反應(yīng)在能帶圖上，就是該電子的能級(jí)非常接近導(dǎo)帶底，稱(chēng)施主能級(jí)ED，其能帶圖如圖2所示。在砷原子數(shù)量很少時(shí)，各施主能級(jí)間幾乎沒(méi)有什么影響，施主能級(jí)處于同一能量水平。
施主能級(jí)ED和導(dǎo)帶底能級(jí)EC之差稱(chēng)為施主電離能級(jí)EiD。對(duì)鍺中摻有砷的雜質(zhì)半導(dǎo)體，約為0.0127eV，比鍺的禁帶寬度0.72eV小的多。
在常溫下，幾乎所有砷施主能級(jí)上的電子都跳到了導(dǎo)帶，成為自由電子，留下的則是不能移動(dòng)的砷施主離子。因此，N型半導(dǎo)體的自由電子由兩部分構(gòu)成，一部分由本征激發(fā)產(chǎn)生，另一部分由施主雜質(zhì)電離產(chǎn)生，只要在鍺中摻入少量的施主雜質(zhì)，就可以使后者遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)前者。
例如每104個(gè)鍺原子中摻入一個(gè)砷原子，鍺的原子密度是4.4′1022/cm3，在單位體積中就摻入了4.4′1018個(gè)砷原子，即施主雜質(zhì)濃度ND=4.4′1018/cm3。在室溫下，施主雜質(zhì)電離產(chǎn)生的自由電子濃度n=ND=4.4′1018/cm3。
而鍺本征激發(fā)產(chǎn)生的自由電子濃度ni=2.5′1013/cm3，可見(jiàn)由雜質(zhì)提供的自由電子濃度比本征激發(fā)產(chǎn)生的自由電子濃度大10萬(wàn)倍。由于自由電子的大量增加，使得電子與空穴復(fù)合機(jī)率增加，因而空穴濃度急劇減小，在熱平衡狀態(tài)下，空穴濃度Pn比本征激發(fā)產(chǎn)生的空穴濃度pi要小的多。
因此，N型半導(dǎo)體中，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度，即nn>>pn。因?yàn)樽杂呻娮诱级鄶?shù)，故稱(chēng)它為多數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱(chēng)“多子”；而空穴占少數(shù)，故稱(chēng)它為少數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱(chēng)“少子”。
在本征半導(dǎo)體硅（或鍺）中摻入少量的三價(jià)元素，如硼、鋁或銦等，就可以構(gòu)成P型半導(dǎo)體。若在鍺晶體中摻入少量的硼原子如圖3所示，摻入的硼原子取代了某些鍺原子的位置。
硼原子有三個(gè)價(jià)電子，當(dāng)它與相鄰的鍺原子組成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)電子，產(chǎn)生一個(gè)空位，相鄰共價(jià)鍵內(nèi)的電子，只需得到極小的外界能量，就可以?huà)昝摴矁r(jià)鍵的束縛而填補(bǔ)到這個(gè)空位上去，從而產(chǎn)生一個(gè)可導(dǎo)電的空穴。由于三價(jià)雜質(zhì)的原子很容易接受價(jià)電子，所以稱(chēng)它為“受主雜質(zhì)”。
硼的受主能級(jí)EA非常接近價(jià)帶頂EV，即受主電離能級(jí)EiA=EA-EV之值很小，受主能級(jí)幾乎全部被原價(jià)帶中的電子占據(jù)，受主雜質(zhì)硼全部電離。受主雜質(zhì)接受了一個(gè)電子后，成為一個(gè)帶負(fù)電荷的負(fù)離子。
這個(gè)負(fù)離子固定在鍺晶格結(jié)構(gòu)中不能移動(dòng)，所以不參與導(dǎo)電。在常溫下，空穴數(shù)大大超過(guò)自由電子數(shù)，所以這類(lèi)半導(dǎo)體主要由空穴導(dǎo)電，故稱(chēng)為P型或空穴型半導(dǎo)體。
P型半導(dǎo)體中，空穴為多數(shù)載流子，自由電子為少數(shù)載流子。 雜質(zhì)半導(dǎo)體中，施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)要么處于未離化的中性態(tài)，。
6.
這個(gè)問(wèn)題很寬泛，不太好準(zhǔn)確回答。我的導(dǎo)師就是教劉恩科的《半導(dǎo)體物理》，我考研的專(zhuān)業(yè)課就是《固體物理》。我自認(rèn)為自己《固體物理》學(xué)得還不錯(cuò)，在沒(méi)有人指導(dǎo)的情況下，這門(mén)專(zhuān)業(yè)課還考了130左右。
我個(gè)人覺(jué)得這兩門(mén)課之間關(guān)系緊密，要學(xué)好《半導(dǎo)體物理》，需要掌握《固體物理》里的幾乎所有內(nèi)容。要知道，這兩門(mén)課學(xué)習(xí)的其實(shí)都是一些理論模型，而不是從微觀(guān)上能夠直接觀(guān)察到的物理現(xiàn)象。直到現(xiàn)在我都讀博士了，也遠(yuǎn)不能說(shuō)真正對(duì)這兩門(mén)知識(shí)搞得很清楚。
就具體而言，我覺(jué)得要學(xué)好《半導(dǎo)體物理》，那么《固體物理》中的與能帶相關(guān)的知識(shí)一定要學(xué)的很扎實(shí)，要從根本上加以理解。因?yàn)?，半?dǎo)體之所以為半導(dǎo)體，就是能帶結(jié)構(gòu)和導(dǎo)體及金屬有著本質(zhì)的區(qū)別。另外，要比較清楚關(guān)于缺陷的概念和對(duì)材料產(chǎn)生的影響。要知道，半導(dǎo)體里面進(jìn)行各種摻雜，其實(shí)就是在引入缺陷。其次，學(xué)好倒格子等相關(guān)概念也很重要。
如果還有什么問(wèn)題，可以通過(guò)站內(nèi)信討論，呵呵。
