TỔNG QUAN

Tài liệu này nghiên cứu tính chất và đặc tính điện của vật liệu và thiết bị bán dẫn. Mà bán dẫn lại là chất rắn. Do đó tính chất điện của chất rắn được quan tâm hàng đầu. Bán dẫn nói chung là vật liệu đơn tinh thể. Tính chất điện của vật liệu đơn tinh thể không chỉ phụ thuộc vào thành phần hóa học mà còn phụ thuộc vào sự sắp xếp của các nguyên tử trong chất rắn; do đó, cần có một sự tìm hiểu ngắn gọn về cấu trúc tinh thể của chất rắn. Sự hình thành hoặc phát triển của vật liệu đơn tinh thể là một phần quan trọng của kĩ thuật bán dẫn. Một thảo luận ngắn về một vài kĩ thuật nuôi tinh thể được đưa vào trong chương này để cung cấp cho người đọc một số thuật ngữ mô tả cấu trúc thiết bị bán dẫn. Chương nhập môn này cung cấp những kiến thức nền tảng về vật liệu đơn tinh thể và sự hình thành của tinh thể để cho người đọc có thể hiểu về tính chất điện của vật liệu và thiết bị bán dẫn.

1.1| VẬT LIỆU BÁN DẪN

Bán dẫn là một nhóm vật liệu có tính dẫn điện nằm trung gian giữa kim loại và chất cách điện. Hai loại bán dẫn chung nhất là vật liệu bán dẫn cơ bản nằm ở nhóm IV của bảng tuần hoàn, và vật liệu bán dẫn hợp chất, đa số chúng được hình thành do sự kết hợp đặc biệt của những nguyên tố nhóm III và nhóm V. Bảng 1.1 biễu diễn một phần của bảng tuần hoàn trong đó có những bán dẫn phổ biến và bảng 1.2 liệt kê một vài vật liệu bán dẫn. ( Bán dẫn cũng có thể được hình thành từ sự kết hợp của những nguyên tố nhóm II và VI, nhưng nói chung những vật liệu này không được xét trong tài liệu này.)

Những bán dẫn cơ bản là những bán dẫn mà trong thành phần cấu trúc của nó chỉ có một loại nguyên tử là silic hoặc germany. Hiện nay silic là bán dẫn phổ biến nhất được dùng trong mạch tích hợp và sẽ được nhắc đến thường xuyên trong tài liệu này.

Những hợp chất hai nguyên tố chẳng hạn như GaAs hoặc GaP được hình thành bằng sự kết hợp của những nguyên tố nhóm III và V. GaAs là một trong những bán dẫn hợp chất phổ biến hơn cả. Tính chất quang học tốt của nó làm cho nó hữu dụng trong những thiết bị quang học. GaAs cũng được dùng trong những ứng dụng đặc biệt chẳng hạn như những ứng dụng đòi hỏi vận tốc cao.

Bên cạnh đó cũng có những bán dẫn hợp chất 3 nguyên tố. Một ví dụ là Al_xGa_1–xAs, trong đó chỉ số dưới x chỉ định phần của nguyên tố có số nguyên tử nhỏ hơn. Những chất bán dẫn phức tạp hơn cũng có thể được hình thành cung cấp sự đa dạng khi chọn tính chất vật liệu.