Cơ sở công nghệ vi điện tử

Bài giảng cơ sở công nghệ vi điện tử

1 Chương 1: CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA CÔNG NGHỆ VI ĐIỆN TỬ 1. Cấu trúc nguyên tử 2. Cấu trúc tinh thể 3. Cấu trúc vùng năng lượng của bán dẫn 4. Hàm phân bố Fermi-Dirac 5. Bán dẫn thuần và bán dẫn tạp chất 6. Khái niệm độ linh động và độ dẫn 2 §1: Cấu trúc tinh thể của vật liệu  Khái niệm cơ bản về cấu tạo nguyên tử  Các dạng liên kết nguyên tử trong vật rắn 1. Cấu tạo và liên kết nguyên tử 2. Cấu trúc tinh thể  Ô mạng cơ sở và một số ví dụ  Mặt tinh thể và hướng tinh thể  Chỉ số Miller 3 §1: Cấu trúc tinh thể của vật liệu  Cấu trúc của vật liệu: - Điều kiện tạo thành (nhiệt độ, áp suất…) - Tương tác giữa các phần tử cấu thành (lực liên kết giữa các phân tử, nguyên tử) - Tính chất của vật rắn phụ thuộc chủ yếu vào cách sắp xếp của các phần tử cấu thành và lực liên kết giữa chúng. - Vật chất có thể tồn tại ở trạng thái rắn, lỏng hoặc khí. - Trong tự nhiên tồn tại hai dạng vật rắn khác nhau đó là tinh thể và vô định hình. 4 - Khi làm nguội quá trình xảy ra theo chiều ngược lại. Việc chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác xảy ra ở một nhiệt độ nhất định là nhiệt độ nóng chảy. §1: Cấu trúc tinh thể của vật liệu Các vật thể tinh thể - Giữ nguyên trạng thái rắn, nghĩa là vẫn giữ được hình dáng đã có của chúng, cho đến một nhiệt độ hoàn toàn xác định, chúng chuyển thành trạng thái lỏng. - Khi nung nóng bị mềm ra trong một khoảng nhiệt độ, nhão và sau đó chuyển thành trạng thái lỏng. Các vật thể vô định hình Trạng thái tinh thể của chất rắn ổn định hơn trạng thái vô định hình 5 a. Nguyên tử: bao gồm hạt nhân mang điện dương và các điện tử mang điện âm chuyển động xung quanh Hạt nhân nguyên tử Điện tử • Số lượng tử chính, n • Số lượng tử phụ, l • Số lượng tử từ, m • Số lượng tử spin, m s  Hạt notron N, không mang điện  Hạt proton mang điện dương, có điện tích bằng điện tích của điện tử, Z (số thứ tự nguyên tử trong bảng tuần hoàn Mendeleev)  Ở trạng thái bình thường, nguyên tử trung hoà điện do số lượng proton bằng số lượng điện tử  Xác suất tìm thấy điện tử trên một quỹ đạo nào đó xung quanh hạt nhân được xác định bằng bốn tham số, gọi là số lượng tử.  Cấu tạo từ những proton và notron 1. Cấu tạo và liên kết nguyên tử 6 b. Số lượng tử của điện tử  Số lượng tử chính, n:  Có các giá trị cho phép là 1, 2, 3…  Xác định năng lượng cho phép của điện tử  Những điện tử có cùng giá trị n hợp thành một lớp điện tử, ký hiệu lần lượt là K, L, M…  Số lượng tử phụ, l:  Có các giá trị cho phép từ 0 đến (n-1)  Xác định các giá trị cho phép của mômen xung lượng tạo thành những phân lớp tương ứng.  Các phân lớp được ký hiệu bằng các ký tự s, p, d, f, . ứng với l = 0, 1, 2, . 7  Số lượng tử từ, m:  Có các giá trị cho phép từ -l đến +l (0, ±1, ±2, ±3, … ±l)  Xác định khả năng định hướng cho phép của véctơ moment xung lượng quỹ đạo đối với chiều của từ trường bên ngoài  Số lượng tử spin, s:  Có hai giá trị cho phép là s= -l /2 (spin-up) và s = +1/2 (spin-down)  Xác định khả năng định hướng ngược chiều nhau của véctơ moment xung lượng spin của điện tử 8  Sự phân bố điện tử theo các mức trạng thái (tức khả năng có mặt tại một phân lớp nào đó với một trạng thái năng lượng xác định) phải tuân theo nguyên lý Pauli  Nguyên lý Pauli: Mỗi trạng thái với ba số lượng tử n, l, m xác định chỉ có thể chứa hai điện tử với spin ngược chiều nhau (Hoặc: Không thể có hai điện tử có cùng bốn số lượng tử giống nhau) 9 Hạt nhân: Z = protons N = neutrons Phân bố của điện tử trong nguyên tử Số lượng tử chính, n n = 3 2 1 Khối lượng nguyên tử: A = Z + N  10 Số lượng tử chính Ký hiệu lớp điện tử Ký hiệu phân lớp điện tử Số lượng trạng thái có thể Số lượng điện tử có thể trên phân lớp trên lớp 1 K s 1 2 2 2 L s 1 2 8 p 3 6 3 M s 1 2 18 p 3 6 d 5 10 4 N s 1 2 32 p 3 6 d 5 10 f 7 14 Số lượng điện tử (số trạng thái năng lượng) trên một số lớp và phân lớp