Chapter 3 半导体基础原理、组件 与制程 1
1 Chapter 3 半导体基础原理、组件 与制程
原子结构 电 原子数 电子 (质子数) (负电荷) 核心（原子中心；包 含质子和中子) 轨道壳 C 6 中子 价电子 (中性) 价电壳 (原子外壳) 碳原子：原子核包含相同数 目的质子(+)和中子，6个 电字（一）绕原子核外围轨 道运转。 2
原子结构 2 碳原子：原子核包含相同数 目的质子 (+) 和中子，6个 电子 (-) 绕原子核外围轨 道运转。 价电子 电子 (负电荷) 中子 (中性) 原子数 (质子数) 核心 (原子中心；包 含质子和中子) 轨道壳 质子 (正电荷) 价电壳 (原子外壳) C 6 + N + N + N N + + N + N - - - - - -
电子壳层 Q=2 P=10 0=32 N=32 M=18 L=8 K=2 3
电子壳层 3 K = 2 L = 8 M = 18 N = 32 O = 32 P = 10 Q = 2
单原子的轨道示意图与能带 价电壳层 导带，E。 原子核 能隙，Eg 价带，E, 4
4 单原子的轨道示意图与能带 价带,Ev 能隙,Eg 价电壳层 原子核 导带,Ec
钠和氯的电子轨迹模型 Na 11 ⊙ 钠原子 氧原子 5
钠和氯的电子轨迹模型 5 - - - - - - - - - - - Na 11 钠原子 氯原子 Cl 17 - - - - - - - - - - - - - - - - -
能带、能隙和电阻系数 Eg=1.1 ev Eg=8ev 铝 钠 硅 二氧化硅 ~1010u2●cm 2.7u2●cm 4.7u2●cm >1020u2●cm 导体 半导体 绝缘体 6
6 能带、能隙 和电阻系数 Eg = 1.1 eV Eg = 8 eV 铝 2.7mW•cm 钠 4.7mW•cm 硅 ~1010mW•cm 二氧化硅 > 1020 mW•cm 导体 半导体 绝缘体
离子 当一个原子失去一个电子成为 当一个原子得到一个电子成 正离子 为负离子 Na C117 Na+ C
离子 7 Na+ 当一个原子失去一个电子成为 正离子 Na 11 - - - - - - - - - - Cl− 当一个原子得到一个电子成 为负离子 Cl 17 - - - - - - - - - - - - - - - - - -
周期表 >常用元素的特性 >离子键 >共价键
周期表 ➢ 常用元素的特性 ➢ 离子键 ➢ 共价键
IA VIIIA 11.008 元素周期表 24.0026 H He Hydroger IlA IILA IVA VA VIA VIIA Helium 36.93949.012 10.811612.011714.007815.999918.9981020.183 Li Be ⊙ 0 Ne Lithiu Berylliu Transition Metals Boron Carbon Nitrogen Oxygen Florine Neon 1122.989h224.312 1326.9811428.086h530.974h632.064 1735.4531839.948 Na Mg Al cI Ar Sodiu B IVB VB VIB VIIB VIIB 1B B Magnesiun Alum inum Silicon Phosphorus Sulfur Chlorine Argon 1938.1022040.082144.9562247.902350.9422451.9962554.9382655.8472758.932858.72963.543065.373169.723272.593374.9223478.963579.9093683.80 Ca Sc Ti Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Potassium Calcium Scandium Titanium Manganese Iron Cobalt Nickel Coppe Zinc Galliu Arseni Selenium Bromine Krypton 3785.473887.623988.9054091.224192.9064295.9443 9944101.045102.9146106.44707.848112.4049H4.8250118.695121.7552127.6053126.90454131.30 Rb Sr Z Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd h Sn Sb Te Xe Rubidiu Strontium Yttrium Zirconium Niobium TechnitiurRuthe nium Rhodium Palladium Silver admium Indium Tin AntimonyTellurium lodine Xenon 55132.9056137.3457138.9172178.4973180.9574183.8575186.276190.277192.278195.0979196.96 80200.5981204.3782207.1983208.98842103521086222 Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt 9 Hg T Pb Bi Po At Rn Cesium Barium anthanum Hafniu TantalumTungsten Rhenium Osmium Iridium Platinum Cbld Mercury Thallium Lead Bismuth Polonium Astatine Radon 8722388226 89 227h04 105 106 107 108 109 110 Fr Ra Ac Rf Ha Sg Uns Uno Une Uun 个 Nonmetals Francium Radium Actiniu Metalloids m (semimetals) 58140.1259140.9160144.2461 14762150.3563151.9664157.2565158.9266162.5067164.9368167.26$9168.9370173.0471174.97 Lanthanides Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm b Lu Cerium thium Terbium Thuliu Ytterbi Lutetium 90232.04 91 231 92238.03 93 237 94 242 95 243 96 247 97 247 98 249 99 254 100253 101 256h02 253 103257 Actinides Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Thorium inium Uranium Neptuniun Plutoniu Americi Curium Berkeliun nium ium Fermium lum Nobeliu m m
元素周期表 Rf 104 Ha 105 Sg 106 Uns 107 Uno 108 Une 109 IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB IB IIB IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA VIIIB Hydrogen H 1 1.008 Berylliu m Be 4 9.012 Na 11 Sodiu m 22.989 Li 3 Lithiu m 6.939 12 24.312 Mg Magnesium 19 K Potassium 39.102 Ca 20 40.08 Calcium Sc 21 Scandium 44.956 Ti 22 Titanium 47.90 V 23 Vanadium 50.942 Manganese Mn 25 54.938 Fe 26 Iron 55.847 Co 27 Cobalt 58.933 Ni 28 Nickel 58.71 Rh 45 Rhodium 102.91 Zn 30 Zinc 65.37 As 33 Arseni c 74.922 Se 34 Selenium 78.96 Br 35 Bromine 79.909 Kr 36 Krypton 83.80 Al 13 Aluminum 26.981 Si 14 Silicon 28.086 P 15 Phosphorus 30.974 S 16 Sulfur 32.064 Cl 17 Chlorine 35.453 Ar 18 Argon 39.948 B 5 Boron 10.811 C 6 Carbon 12.011 N 7 Nitrogen 14.007 O 8 Oxygen 15.999 F 9 Florine 18.998 Ne 10 Neon 20.183 He 2 Helium 4.0026 Rb 37 Rubidiu m 85.47 Sr 38 Strontium 87.62 Y 39 Yttrium 88.905 Zr 40 Zirconium 91.22 Nb 41 Niobium 92.906 Molybdenum Mo 42 95.94 Cr 24 Chromium 51.996 Technitium Tc 43 99 Ru 44 Ruthenium 101.07 Cd 48 Cadmium 112.40 Cu 29 Coppe r 63.54 Palladium Pd 46 106.4 Silver Ag 47 107.87 Sm 62 Samarium 150.35 Ga 31 Galliu m 69.72 In 49 Indium 114.82 Ge 32 72.59 Germanium Sn 50 Tin 118.69 Sb 51 Antimony 121.75 Te 52 Tellurium 127.60 I 53 Iodine 126.904 Xe 54 Xenon 131.30 Cs 55 Cesium 132.90 Ba 56 Barium 1137.34 La 57 Lanthanum 138.91 Hf 72 Hafniu m 178.49 Ta 73 Tantalum 180.95 W 74 Tungsten 183.85 Re 75 Rhenium 186.2 Os 76 Osmium 190.2 Ir 77 Iridium 192.2 Pt 78 Platinum 195.09 A u 79 Gold 196.967 Hg 80 Mercury 200.59 Tl 81 Thallium 204.37 Pb 82 Lead 207.19 Bi 83 Bismuth 208.98 Po 84 Polonium 210 At 85 Astatine 210 Rn 86 Radon 222 Uun 110 Fr 87 Francium 223 Ra 88 Radium 226 Ac 89 227 Actiniu m Ce 58 Cerium 140.12 Pr 59 Praseodymium 140.91 60 Nd Neodym -ium 144.24 Pm 61 Promethium 147 Europium Eu 63 151.96 Gd 64 Gadolinium 157.25 Tb 65 Terbium 158.92 Dy 66 Dysprosium 162.50 Ho 67 Holmium 164.93 Er 68 Erbium 167.26 Tm 69 Thuliu m 168.93 Yb 70 Ytterbiu m 173.04 71 Lu Lutetium 174.97 Th 90 Thorium 232.04 Pa 91 Procatinium 231 U 92 Uranium 238.03 Np 93 Neptunium 237 Pu 94 Plutoniu m 242 Americium Am 95 243 Cm 96 Curium 247 Berkelium Bk 97 247 Cf 98 Californium 249 Es 99 Einsteinium 254 Fm 100 Fermium 253 Md 101 Mendelevium 256 102 No Nobeliu m 253 Lr 103 Lawrencium 257 Transition Metals Nonmetals Metalloids (semimetals) Lanthanides Actinides
周期表的元素方格 原子数 6 12.01115 原子量 2.0十 阴电性 熔点（℃）* →3570 沸点（℃） 3470s.t 原子半径() +0.77 酸碱特性 *基於碳-12.0表示大部分稳态或同位素。 十s表示升华。 氧化物之区分’若为红色则为酸性’若为蓝色则为硷性，且颜色之 深浅代表酸殓性之强弱。此外’若同时显示两色’则表示具备两 种特性
C 6 12.01115 2.0 3570 3470 s. † 0.77 原子量 阴电性 酸碱特性‡ 原子数 熔点 (℃)* 沸点 (℃) 原子半径 (Å) * 基於碳−12. () 表示大部分稳态或同位素。 † s.表示升华。 ‡氧化物之区分，若为红色则为酸性，若为蓝色则为硷性，且颜色之 深浅代表酸硷性之强弱。此外，若同时显示两色，则表示具备两 种特性。 周期表的元素方格