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？塊材與薄膜之關連國立中山大學材料科學研究所半導體物理1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。國立中山大學材料科學研究所半導體物理2絕緣體、半導體、金屬之電阻比較國立中山大學材料科學研究所半導體物理3與半導體相關之週期元素國立中山大學材料科學研究所半導體物理4半導體之分類GeElementalsemiconductor--Si,CompoundsemiconductorIV-IV---SiCIII-V----AlP,AlAs,GaAs,GaSb,InP,InAs,II-VI---ZnO,ZnS,ZnSe,CdTe,HgTeIV-VI---PbS,PbSe,PbTeAlloysBinary---Si1-xGexTenary---AlGaAs,AlInAs,HgCdTeQuaternary---AlGaAsSb國立中山大學材料科學研究所半導體物理5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半導體物理6ElementandCompoundSemi國立中山大學材料科學研究所半導體物理7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?至零點幾個?國立中山大學材料科學研究所半導體物理8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半導體材料結構半導體晶格結構大部分呈現下面三種結構DiamondstructureSi,GeZincblendestructureGaAs,InPWuzitestructureGaN,AlN國立中山大學材料科學研究所半導體物理10晶格結構國立中山大學材料科學研究所半導體物理11Si之晶格結構國立中山大學材料科學研究所半導體物理12半導體之鍵結國立中山大學材料科學研究所半導體物理13Wuzitestructureb國立中山大學材料科學研究所半導體物理14一般晶格常用之術語MillerIndices為了方便描述晶體的形狀以及容易定義晶體的方向，因此有下列的定義任何包含原子的平面與晶軸相交所得之截距，將它取為倒數，然後再乘上一整數使其分數消失，最後所得之數字便代表該平面，此數字稱之為Millerindices平面的表示與方向的表示(100),{100},[100].<100>國立中山大學材料科學研究所半導體物理15Millerindicies國立中山大學材料科學研究所半導體物理16半導體材料成長可區分為塊材與薄膜塊材將純度不高之SiO2在高溫下以碳將其還原成中純度之Si，然後利用HCl使其反應SiHCl成SiHCl3的液體，再利用其沸點不同之SiHCl3特性加以蒸餾，最後形成高純度之Si塊在融融狀態下以種晶在極慢的速度下拉晶拉晶的方式區分為水平式（bridgman)與垂直式(Czochralski)國立中山大學材料科學研究所半導體物理17晶圓的提煉與製造國立中山大學材料科學研究所半導體物理18晶圓的製造國立中山大學材料科學研究所半導體物理19晶格常數與能隙之關係國立中山大學材料科學研究所半導體物理20薄膜成長LPE(Liquid-PhaseEpitaxy)VPE(Vapor-PhaseEpitaxy)CVD(