微電子學
半導體概論
元素半導體
化合物半導體:
氧化物半導體: ZnO, TiO2…
硫化物半導體: CdS, ZnS...
碳化物半導體: SiC…
氮化物半導體: GaN…
硒化物半導體: ZnSe, CdSe…
化合物半導體
三元化合物半導體: 例如 CIS, CGS, CISe, CGSe
四元化合物半導體: 例如 CIGS (C: Cu, I: In, G: Ga, S: S, or Se)
(100)的面原子堆積密度: 1原子 / (5x10-8cm)2 = 4x1014 cm-2
鑽石結構  立方晶系
閃鋅礦結構  立方晶系
纖鋅礦結構  六方晶系
(8個角 x 1/8) + (6個面 x 1/2) + 4個內部原子 = 8個原子
已知: Si的晶格常數是5.43Å (5.43 x 10-8 cm)，請問 1立方公分的Si有多少Si原子?
8 / [(5.43 x 10-8 cm)3] = 5 x 1022 cm-3
點缺陷
線缺陷
面缺陷
體缺陷
取(替)代型點缺陷
(半導體的摻雜)
間隙(插入)型點缺陷
空缺(空孔)型點缺陷
線缺陷:
差排
(錯位)
Edge dislocation (刃差排)
半導體的能帶與摻雜
Ec
Ev
直接能隙半導體 (Direct bandgap semiconductor)
間接接能隙半導體 (Indirect bandgap semiconductor)
直接能隙半導體: 電子從導電帶回到價電帶放出光子(Photon)
間接能隙半導體: 電子從導電帶回到價電帶放出聲子(Phonon)
發光元件(電能轉光能):
例如LED、LD ….  只能使用直接能隙半導體
受光元件(光能轉電能):
例如: 太陽能電池(Solar Cells)、光偵測器(Photo-detector)…  直接or間接能隙半導體都可以
碳化矽 (SiC): 間接能隙半導體 (~3.0eV) 413 nm
InN (0.7eV)
中村修二  GaN (3.4eV)  InxGa1-xN  日亞
紅 : 620nm 光子能量 2.0 eV
綠 : 530nm 光子能量 2.34 eV
藍 : 450nm 光子能量 2.76 eV
E = hc / λ
E (單位eV) = 1240 / λ (單位nm)
AlN (6.0eV)  AlxGa1-xN  GaN (3.4eV)  InxGa1-xN  InN (0.7eV)
0.7eV
晶格小  能隙大
摻雜 (dope):
一般摻雜濃度 1016 cm-3
重摻雜濃度 1018 cm-3以上 (導體的特性)