Структура полупроводника
ВВЕДЕНИЕ
Наука «Электроника» изучает вопросы прохождения электрических зарядов в вакууме, пространстве, заполненном газом, в твердых телах, металлах, полупроводниках, диэлектриках, на границе этих сред, а также поведение электрона в электрическом и магнитном полях. Прикладная электроника охватывает область исследования и разработку электронных средств, включая и принципы их использования. Современные достижения в области науки, техники и производства обязаны высокому уровню развития электроники.
Зародившись в начале прошлого столетия, электроника развивалась в основном под требования радиоэлектроники и элементной базой этой электроники была вакуумная и газополая лампа. С середины прошлого столетия появилась новая элементная база – это полупроводниковые элементы, которые позволили значительно расширить область применения электронных приборов, сделав их более надежными, компактными, недорогими, с большим сроком службы. Совершенствование технологии производства полупроводниковых приборов дало возможность развить интегральную технологию производства полупроводниковых электронных устройств. Интегральная микроэлектроника – это понятие не количественное, а качественное. Оно связано не только с количеством элементов на кристалле (подложке), но и, главное, с высокой надежностью сложнейших электронных устройств. Дальнейшее развитие электроники видится в создании изделий, которые, вероятно, будут представлять собой синтез сверхбольших интегральных микросхем и устройств, принцип действия которых основан на иных физических явлениях. Это такие направления, как оптоэлектроника, акустоэлектроника, криоэлектроника, схемоэлектроника, магнитоэлектроника, биоэлектроника и т.п.
Лекция № 1
I. Физические основы МИКРОэлектроники
Общие сведения о полупроводниках
При создании электронных приборов в дискретном и интегральном исполнении используют полупроводниковые материалы. К полупроводникам относятся такие вещества, у которых удельное сопротивление лежит в пределахот10-3 до109 Ом×см. Однако такое количественное разделение всех веществ на полупроводники, диэлектрики и металлы чисто условное, так как отличие их более глубокое. Эти отличия будут более подробно рассмотрены в этой главе.
В качестве полупроводникового материала в микроэлектронике чаще всего используется кремний (Si), германий (Ge), арсенид галия (GaAs), реже антимониды, карбиды, окислы, сульфиды.
Структура полупроводника
Для полупроводников характерно кристаллическое строение с регулярной структурой. Каждый кристалл можно разбить на повторяющиеся однотипные элементарные ячейки. Такой элементарной ячейкой для Si и Ge является правильный тетраэдр. Тетраэдр подобен молекуле, состоящей из четырех атомов, связанных между собой прочной ковалентной связью (рис. 1.1). Несколько таких тетраэдров образуют простую ячейку кристалла – куб с размером ребра 5А0 (рис. 1.2). Несколько таких кубов создают кристалл, а несколько кристаллов – полупроводниковый материал. При рассмотрении кристаллической решётки удобнее пользоваться не объемной, а эквивалентной плоской решеткой, представленной на рис. 1.3.
 |
Рис. 1.2
 |
Рис. 1.3
В узлах этой решетки находятся атомы полупроводникового материала, а две линии отражают ковалентную связь соседних валентных электронов, которых в полупроводнике четыре. Ковалентная связь возникает в результате попарного объединения валентных электронов, то есть как бы один и тот же валентный электрон принадлежит двум соседним атомам.