半导体物理器件立方晶相中XRD晶格参数的确定分析
摘要
半导体具有许多独特的物理性质，半导体晶体材料同其他固态晶体一样，由大量原子周期性重复排列而成，而每个原子又包含原子核和许多电子，在实际应用的半导体材料晶格中，总是存在着偏离理想情况下的各种复杂情况，晶体对入射波的衍射决定于晶体的结构和入射波的波长，只要波长小于10 - 8cm的入射波，就能在晶体中产生衍射。 研究晶体结构常用手段有 X 射线及电子衍射。 X 射线波长短，与晶体为同一数量级，但不易直接观察，微波具有电磁波的通性， 可以代替 X 射线，但实际晶体的晶格常数约为10 - 8cm，故微波不能对实际晶体产生衍射，可用模拟晶体来实现衍射。本文简要介绍了半导体材料的晶相，择优取向，及晶格参数的测定，对布拉格衍射效应在半导体光电子材料和光电子器件，通过举例来测定在立方晶相中XRD晶格参数的确定。
目录
第一章 半导体中的电子状态 3
第一节 半导体的晶格结构和结合性质 4
1.常见半导体的3种晶体结构； 4
2.常见半导体的2种化合键。 4
第二节 半导体中的电子状态和能带 5
1.电子的共有化运动，.导带、价带、禁带的形成； 5
2.周期性波函数； 5
3.导体、半导体、绝缘体的能带与导电性能的差异。 5
1.原子的能级和晶体的能带 5
2. 半导体中的电子的状态和能带 5
3.布里渊区与能带 6
3.导体、半导体、绝缘体的能带 6
第三节 半导体中电子的运动 有效质量 6
1、有效质量的意义和计算； 6
2、半导体平均速度和加速度。 6
1. 有效质量： 6
2. 电子的平均速度 7
3. 电子的加速度 7
第四节 本征半导体的导电机构—空穴 7
1、本征半导体的导电机构 7
2、空穴的特点 7
第六节 硅和锗的能带结构 8
1. 硅和锗的导带结构 8
2. 硅和锗的价带结构 8
1. 硅和锗的导带结构 8
2.硅和锗的价带结构 8
3.硅、锗都是间接带隙半导体：导带底与价带顶波矢k不同。 8
第七节 III-V族化合物半导体的能带结构 8
1.GaAs的能带结构： 8
第二章 半导体中杂质和缺陷能级 8
第一节 硅、锗晶体中的杂质能级 8
1. 浅能级杂质能级和杂质电离； 8
2. 浅能级杂质电离能的计算； 9
3、杂质补偿作用 9
4、深能级杂质的特点和作用 9
第二节 III-V族化合物中的杂质能级 10
1、等电子杂质； 10
2、Ⅳ族元素起两性杂质作用 10
第三节 缺陷、位错能级 10
第三章 半导体中的载流子的统计分布 10
第一节 状态密度 10
第二节 费米能级和载流子的统计分布 11
1、费米能级及载流子的统计分布函数； 11
2、费米分布函数与玻耳兹曼分布函数的表达式即适用范围； 11
3、平衡非简并载流子的计算公式。 11
第三节 本征半导体的载流子浓度 13
2、 本征载流子浓度ni。 13
1、 本征半导体的费米能级 13
2、 本征载流子浓度 13
第四节 杂质半导体的载流子浓度 13
a. 低温弱电离区： 13
c.强电离区： 14
第五节 一般情况下的载流子统计分布 15
第六节 简并半导体 15
第四章 半导体的导电性 15
4.1 载流子的漂移运动和迁移率 15
1. 欧姆定律的微分形式； 15
2. 漂移速度和迁移率，电导率和迁移率。 16
1、欧姆定律 16
2、漂移速度和迁移率 16
4.2 载流子的散射 16
1、散射的概念 16
2、主要的散射机构 16
4.3 迁移率与杂质浓度和温度的关系 17
1． 平均自由时间和散射几率的关系； 17
2． 电导率、迁移率与平均自由时间的关系； 17
3． 迁移率与杂质浓度和温度的关系 17
4.4 电阻率及其与杂质浓度和温度的关系 18
1. 电阻率与杂质浓度的关系； 18
2. 电阻率与温度的关系。 18
4.5 玻尔兹曼方程 电导率统计理论 18
4.6强电场下的效应 热载流子 18
1． 热载流子的概念； 19
2． 迁移率与温度关系。 19
4.7多能谷散射 耿氏效应 19
第五章 非平衡载流子 20
5.1 非平衡载流子的注入与复合 20
1. 非平衡载流子的产生注入与复合； 20
2. 非平衡载流子对电导率的影响。 20
5.2 非平衡载流子的寿命 21
1、 寿命与复合几率的关系 21
2、注入条件消失后，非平衡载流子的衰减规律 21
5.3 准费米能级 21
1、 准费米能级的概念； 21
2、 用准费米能级表示非平衡状态下的载流子浓度 21
5.4 复合理论 22
1、 几种主要的复合机构； 22
2、 直接复合中寿命的计算 22
3、 间接复合中强n/p型材料寿命的计算 22
5.5 陷阱效应 23
1、 陷阱效应的概念； 23
2、 最有效陷阱效应在Et=EF 23
3、 少数载流子陷阱效应最明显。 23
5.6 载流子的扩散运动 23
1、 扩散定律； 23
2、样品足够厚和有限厚度样品内非平衡载流子浓度的分布 23
5.7 载流子的漂移运动 爱因斯坦关系式 24
5.8 连续性方程 24
第六章 金属和半导体的接触 26
7.1 金属半导体接触及其能级图 26
1、功函数，接触电势差； 26
2、阻挡层与反阻挡层的形成； 26
3、表面态对接触势垒的影响。 26
1、功函数 26
2、接触电势差 26
3、表面态对接触势垒的影响 27
7.2金属半导体接触整流理论 27
1、金属半导体接触整流特性； 27
2、金属半导体接触的电流-电压特性。 27
1、金属半导体接触整流特性 27
2、金属半导体接触的电流-电压特性 28
3、镜像力和隧道效应的影响 28
7.3 少数载流子的注入和欧姆接触 28
1、少数载流子的注入； 28
2、欧姆接触特性和制作。 28
第七章 半导体表面与MIS结构 29
8.1 表面态 30
1、表面态 30
8.2表面电场效应 30
1、MIS结构在不同电压下的表面势； 30
2、MIS结构表面空间电荷区的电场、电势和电容； 30
3、MIS结构表面强反型的条件； 30
4、MIS结构深耗尽状态 30
8.3 MIS结构的C-V特性 32
1、理想MIS结构的C-V特性； 32
2、金属、半导体功函数差对MIS结构的C-V特性的影响； 32
3、绝缘层电荷对MIS结构的C-V特性的影响 32
参考文献 36
第一章 半导体中的电子状态
本章介绍：
本章主要讨论半导体中电子的运动状态。主要介绍了半导体的几种常见晶体结构，半导体中能带的形成，半导体中电子的状态和能带特点，在讲解半导体中电子的运动时，引入了有效质量的概念。阐述本征半导体的导电机构，引入了空穴散射的概念。最后，介绍了Si、Ge和GaAs的能带结构。
在1.1节，半导体的几种常见晶体结构及结合性质。
在1.2节，为了深入理解能带的形成，介绍了电子的共有化运动。介绍半导体中电子的状态和能带特点，并对导体、半导体和绝缘体的能带进行比较，在此基础上引入本征激发的概念。
在1.3节，引入有效质量的概念。讨论半导体中电子的平均速度和加速度。
在1.4节，阐述本征半导体的导电机构，由此引入了空穴散射的概念，得到空穴的特点。
在1.5节，介绍回旋共振测试有效质量的原理和方法。自学内容。
在1.6节，介绍Si、Ge的能带结构
在1.7节，介绍Ⅲ-Ⅴ族化合物的能带结构，主要了解GaAs的能带结构
参考文献
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[2]刘恩科，朱秉升，罗晋生【M】半导体物理学 国防工业出版社2010年1月 1-104.
[3]康伟芳 薛玉春 刘 帅【J】布拉格衍射及其应用2006年6月，第19卷第2期
[4]Sze, S．M．Physics of Semiconductor Devices．2nd ed．New York: Wiley, 2003．
