电子信息物理学1省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,第一章绪论,一、信息,客观事物,状态表露,随时间改变反应,信息,依附于物质,认识客事物中介物,信息技术：,信息产生、转换、处理、传输、探测、,显示、存放,信息产业,：主要是3C(Communication，Computer，,Control),第1页,社会发展,政治：原始社会,奴隶社会,技术：农业社会,工业社会,信息社会,主导经济：农业经济,工业经济,知识经济,信息高速公路,：,提供产生、传输与享用信息快速通道,使人们,在任何时间、任何地点，能够经过声音、图像、数据、文表等方式相互传递信息,第2页,二、电子,基本粒子之一（电子、原子、中子、超子、介,子、无质量粒子（光子、中微子等）。,原子主要组成部分,基本电荷(,1.60219*10,-19,C,),自由电子静止质量(,9.10956*10,-31,kg,),电子学：研究电子运动规律及其应用学科,电子在原子中状态,电子在物体中状态,电子与场相互作用,电子与粒子间相互作用,许多电子学,低频,高频,微波,光,纳米,信息,电子学,第3页,三、信息电子学,信息与电子是密不可分，电子和光子是信息主要载体,光子：基本粒子之一,真空中光子速度,c=2.998*10,8,m/s,光子能量h,光子动量h,/c=h/,真空中光子运动质量hv/c,2,光子静止质量0,电子与光子响应速度,电子响应速度：,10,-9,s,左右,光子响应速度：,10,-12,10,-15,s,第4页,信息电子学属于“弱电”范围,主要材料,固体,半导体材料、光学材料、超导材料、磁性材料、电介质材料、,电子材料,材料、器件与物理发展是相互交叉、相互渗透、相互促进,第5页,四、信息电子学物理基础,固态电子学,信息电子器件、技术与工程,桥梁,信息电子学物理基础,理论基础,（生长土壤）,应用领域,（阳光雨露）,载流子运动规律、,固体基本物理过程、,物理现象、物理性质,电、磁、声、光、热等效应及其相关半导体、光电子、电介质、磁性、超导、纳米器件、技术、系统与工程,第6页,1.电子在固体中形态与运动方式,金属：,价电子在（晶格）孔隙中自由运动,半导体：,载流子（导带电子与价带空穴）激发与,复合迁移运动,超导体：,超导态电子无晶格散射、零电阻运动,磁体：,电子旋转,电介质（绝缘体）,：,正负电荷相对位移,第7页,2.外界原因（场或粒子等）与电子相互作用与影响,压电、热电、磁电、铁电、电光、磁光、声光、弹光、热光、声光电等物理效应,提供,反应客观物体信息,对材料,经过信息进行各种处理,第8页,第一章固体晶体结构介绍,本书包括到信息电子固体器件，均与构制器件固体材料所含有电学性质、磁学性质、介电性质、光学性质相关。,信息电子器件所用固体材料，普通是单晶材料。单晶材料光、电、磁学等性质不但由化学组分，而且由固体中原子排列决定。所以有必要了解固体晶体结构知识。,第9页,固体材料,电子学特征,电介质特征,超导体特征,光学特征,磁学特征,力学特征,信息电子固体器件,固体材料,化学组成,（结构基元）,原子排列,（空间点阵）,信息电子固体器件特征,晶体结构,第10页,1.1固体类型,固体,无定形,：,原子排列在数个原子尺度内有序,多晶,：,多晶体在许多个原子范围内短程有序,单晶体,：,理想化单晶体，在整个材料,空间内应含有长程有序,各向同性,各向异性,三类晶体二维示意图,第11页,1.2空间点阵,一、晶格、原包、元包,结构单元：,原子、离子、分子或者络合离子,空间点阵,结构单元,晶体结构,单晶二维点阵,第12页,任意四个不在同一平面上相邻阵点（格点）,三个方向基矢a，b，c,一个平行六面体,晶体元包,广义主元包,第13页,单晶二维点阵几个元包,原包：最小元包,晶格中任意格点位置矢量：,第14页,二、基本晶体结构,晶体结构,低级晶族,三斜,单斜,斜方,中级晶族,正方,三方,六方,高级晶族 立方,晶系,32晶类,第15页,立方晶系共有3种晶类：,简单立方、体心立方、面心立方,（a）简单立方 （b）体心立方 （c）面心立方,第16页,晶面和密勒指数,要求晶体不一样晶面方法：密勒（W.H.Miller）指数,选定坐标系：原点与方向基矢a，b，c,需要求晶面与坐标轴相交,截距（交点）：p，q，s,截距取倒数，并乘以适当系数,简单互质整数之比：h：k：l,该晶面密勒指数（hkl）,第17页,a轴截距（交点）：p3,b轴截距（交点）：q2,c轴截距（交点）：s1,1/p:1/q:1/s=,1/3:1/2:1/1=,2:3:6=h:k:l,密勒指数,（236）,第18页,p1，q,，s,1/1:1/,:1/,=1:0:0,密勒指数,（100）,p1，q,1,，s,1,1/1:1/,1,:1/,1,=1:1:1,密勒指数,（111）,p1，q,1,，s,1/1:1/,1,:1/,=1:1:0,密勒指数,（110）,（a）（100）面,（b）（110）面,（c）（111）面,第19页,四、晶面间距,晶面间距：,相邻平行晶面之间距离,晶面间距是晶面主要参数之一,晶面间距,相邻平行晶面原子之间作用力,解理该平面更轻易,简单立方,晶格常数a,1,（100）晶面间距：a,1,（110）晶面间距：a,1,（111）晶面间距：a,1,第20页,五、晶面原子表面密度,体心立方（110）晶面:,面积：a,1,*2,0.5,*a,1,2,0.5,a,1,2,原子数：14*1/4=2,原子表面密度：2/2,0.5,a,1,2,=2,0.5,/a,1,2,=,a,1,=5*10,-8,cm,5.66*10,14,原子/cm,2,第21页,六、方向指数,晶格中任意格点位置矢量：,格点直线方向指数：直线上任意两格点坐标相减之比,化为三个互质整数比即为此直线方向方向指数u,:,v,:,w。且方向指数表示为,u:v:w,比如简单立方：,(01):(01):(01),1:1:1,1:1:1,第22页,1.3金刚石结构,金刚石结构元包,金刚石结构,金刚石,硅（Si）,锗（Ge）,金刚石结构特点,结构单元：碳（C）原子,结构：每个碳原子周围都有四个碳,原子形成正四面体结构,近邻原子之间距离（,键长,）,相等：,3,0.5,a/4,近邻原子连线之间夹角（键角）相等,第23页,体心立方结构,交替去掉四个顶角原子,正四面体点阵结构,正四面体点阵结构,（a）金刚石点阵底半部份 （b）金刚石点阵底半部份,这种结构也能够看作是边长为a立方体一个晶包：八个原子位于八个顶角上，六个原子位于六个面中心上，晶包内部有四个原子,第24页,砷化镓（GaAs）结构：,每个镓原子周围都有四个最近邻砷原子,每个砷原子周围都有四个最近邻镓原子,闪锌矿结构：,与金刚石结构相同,只是由两种不一样原子组成,第25页,1.4原子键,原子,：,正电原子核,负电绕核运动电子,原子键：原子间相互作用表现,核外电子：在晶体结构基元键合时起到主要作用,处于热平衡系统，其总能量总是趋于最小值,原子间相互作用描述方法,严格分析,：,量子力学,定性分析,：,价电子或者最外层电子特征,第26页,一、离子键,电离能极小金属原子,（如碱金属合碱土金属）,电子亲和势很大非金属原子,（如卤族和氧族）,失去电子,取得电子,相互靠近,正离子,负离子,电子组态结构与上周期惰性气体原子相同,电子组态结构与上周期惰性气体原子相同,离子相吸,电子云相斥,离子键,NaCl,Na:Z=11,1S,2,2S,2,2P,6,3S,1,Na,+,:1S,2,2S,2,2P,6,(Na,+,电子组态同Ne，Z=10，处于能量较低稳定状态),Cl:Z=17,1S,2,2S,2,2P,6,3S,2,2P,5,Cl,:1S,2,2S,2,2P,6,3S,2,2P,6,(Cl,电子组态同Ar，Z=18，处于能量较低稳定状态),第27页,二、共价键,同种原子或者电负性相差很小原子,相互靠近,电子云重合,自旋方向相反成单电子结合,共价键,氢共价键,第28页,氢共价键特点：,氢分子形成后无多出电子形成其它共价键,而硅共价键特点为：,硅原子与另一硅原子形成一对共价键后，还有三个电子多出，能够与另外三个硅原子形成共价键,四面体结构,金刚石点阵,硅晶体理论上能够不停生长变大,无限大硅晶体,硅共价键,第29页,三、金属键,全部金属原子都倾向于失去电子,正离子,释放电子,含有很大活动范围,游离于正离子之间,自由电子气,将全部正离子“胶合”在一起,金属键,第30页,金属键与离子键差异,正离子,自由电子,金属键：,正离子,负离子,离子键：,金属键与共价键差异,金属键：,自由电子属于整个晶体中全部原子,（只在某瞬间围绕某原子运动）,共价键：,共价电子仅仅属于对应固定原子对,第31页,四、范德瓦斯（Van der Waals）键,弱键,（键能较小）：比金属键、离子键、共价键,小12个数量级,键形成,极性分子取向力,极性分子与非极性分子诱导力,非极性分子瞬间（极化）色散力,范德瓦斯是气体分子能够凝聚为液体和固体主要原因,第32页,1.5固体中缺点和杂质,一个理想单晶结构,在一个实际晶体中，晶格并非完美，而是包含许多缺点，完美几何周期性在一定程度上以各种形式受到破坏。,因为缺点会改变材料电学性质，在有些情形中，电学参量将由这些缺点或杂质所左右。,第33页,晶体缺点：,结构单元点阵排列偏离严格周期现象,空间延伸线度：点缺点、线缺点、面缺点、体缺点,一、点缺点：,热缺点、杂质缺点、色心,热缺点,夫伦克耳,肖特基,缺点：热能（T,0K）,离子离开,晶体表面,晶体内部产生离子空位和添隙离子,离子空位,空位缺点 添隙缺点,第34页,杂质缺点：替换式、添隙式,空位缺点 添隙缺点,色心,：,点阵空位俘获一个自由电子或一个自由空穴时，形成一个吸收光基团,第35页,二、线缺点（位错）,原子点阵面一层一层地周期性堆积,某一层原子面在晶体内部中止,线缺点,第36页,三、面缺点,平移界面缺点：,界面两侧沿着,某一个点阵面平移,第37页,