บทที่ 1 โครงสร้างผลึกของแข็ง

27,858 views

Published on

Published in: Education
3 Comments
12 Likes
Statistics
Notes
No Downloads
Views
Total views
27,858
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
9
Actions
Shares
0
Downloads
299
Comments
3
Likes
12
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

บทที่ 1 โครงสร้างผลึกของแข็ง

  1. 1. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา บทที่ 1 โครงสร้างผลึกของแข็ง 1.1 สารกึ่งตัวนำ 1.2 ชนิดของของแข็ง 1.3 เนื้อแลททิซ 1.4 พันธะอะตอม 1.5 ความไม่สมบูรณ์ของผลึก 1.6 การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ 1.7 ทบทวนเนื้อหา
  2. 2. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>สารกึ่งตัวนำ (Semiconductor) คือ วัสดุที่มีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าอยู่ </li></ul><ul><li>ระหว่างตัวนำ และฉนวน เป็นวัสดุที่ใช้ทำอุปกรณ์อิเล็คทรอนิกส์โดยทั่วไป </li></ul><ul><li>ตัวอย่าง </li></ul><ul><li>(i) ตัวนำไฟฟ้า เช่น ทองแดง เหล็ก สังกะสี </li></ul><ul><li>(ii) ฉนวนไฟฟ้า เช่น แก้ว ยาง พลาสติก </li></ul><ul><li>(iii) สารกึ่งตัวนำ เช่น Silicon, Germanium </li></ul><ul><li>คุณสมบัติที่น่าสนใจของสารกึ่งตัวนำ </li></ul><ul><li>(i) ความเป็น ตัวนำไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ก ล่าวคือ ที่อุณหภูมิศูนย์ </li></ul><ul><li>เคลวิน สารกึ่งตัวนำจะไม่ยอมให้ไฟฟ้าไหลผ่านเลย เพราะเนื้อวัสดุเป็น ผลึก </li></ul><ul><li>โควาเลนต์ ซึ ่งอิเล ็ กตรอนทั้ง หลายจะถูกตรึงอยู่ในพันธะโควาเลนต์หมด </li></ul><ul><li>แต่ในอุณหภูมิธรรมดา อิเล็กตรอน บางส่วนมีพลังงาน เ นื่องจากคว ามร้อนมาก </li></ul><ul><li>พอที่จะหลุดไปจากพันธะ ทำให้เกิดที่ว่างขึ้นอิเล็กตรอนที่หลุดออกมาเป็นสาเหตุ </li></ul><ul><li>ให้สารกึ่งตัวนำ นำไฟฟ้าได้ </li></ul>
  3. 3. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>การนำไฟฟ้าของฉนวน ตัวนำ และสารกึ่งตัวนำ </li></ul>รูปที่ 1 แถบพลังงานของ (a) ฉนวน (b) ตัวนำ และ (c) สารกึ่งตัวนำ (a) (b) (c)
  4. 4. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>ประเภทของสารกึ่งตัวนำ </li></ul><ul><li>(i) ธาตุเดี่ยว (Elemental semiconductors) </li></ul><ul><ul><li>โดยส่วนมากเป็นธาตุหมู่ IV ที่อยู่ในตารางธาตุ </li></ul></ul><ul><ul><li>ตัวอย่างเช่น Silicon, Germanium </li></ul></ul><ul><li>(ii) สารกึ่งตัวนำแบบสารประกอบ (Compound semiconductors) </li></ul><ul><ul><li>เป็นการนำเอาธาตุหมู่ III และหมู่ V มาผสมกัน </li></ul></ul><ul><ul><li>ตัวอย่างเช่น Indium arsenide (InAs), Gallium phosphide (GaP) </li></ul></ul><ul><li>สารกึ่งตัวนำที่เกิดจากสารประกอบของธาตุ 3 ชนิด </li></ul><ul><ul><li>เราสามารถสร้างสารกึ่งตัวนำ ประเภทสารประกอบได้จากธาตุ 3 ชนิด </li></ul></ul><ul><li>ซึ่งเรียกว่า เทอร์นารี่ (Ternary) </li></ul><ul><ul><li>ตัวอย่างเช่น Al x Ga 1-x As ซึ่ง x แสดงเป็นค่าตัวเลขเศษส่วนขององค์ </li></ul></ul><ul><li>ประกอบเลขอะตอมมิคที่ต่ำกว่า </li></ul>
  5. 5. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา ตารางธาตุ (Periodic Table) <ul><li>Elemental semiconductors </li></ul><ul><li>Si Silicon </li></ul><ul><li>Ge Germanium </li></ul><ul><li>Compound semiconductors (III+V) </li></ul><ul><li>InAs Indium arsenide </li></ul><ul><li>GaP Gallium phosphide </li></ul>
  6. 6. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>ชนิดของของแข็ง </li></ul><ul><li>(i) อะมอร์ฟัส (Amorphous) </li></ul><ul><ul><li>เป็นสารที่มีส่วนของความเป็นระเบียบของการจัดเรียงตัวของ </li></ul></ul><ul><li>โมเลกุลอยู่ น้อยมาก </li></ul><ul><ul><li>ตัวอย่างเช่น Glass </li></ul></ul>รูปที่ 2 แสดงการจัดเรียงตัวของอะมอร์ฟัส (a) ลักษณะการจัดเรียงตัวของผลึกของอะมอร์ฟัส (b) ตัวอย่างของอะมอร์ฟัส (a) (b)
  7. 7. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>ชนิดของของแข็ง </li></ul><ul><li>(ii) ผลึกหลายรูป (Polycrystalline) </li></ul><ul><ul><li>เป็นสารที่มีส่วนของความเป็นระเบียบของการจัดเรียงตัวของอะตอม </li></ul></ul><ul><li>หรือโมเลกุลแต่ละรูปสูงกว่าอะมอร์ฟัส </li></ul><ul><ul><li>บริเวณของผลึกที่มีการจัดเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบเรียกว่า </li></ul></ul><ul><li>เกรน (grain) </li></ul>รูปที่ 3 แสดงการจัดเรียงตัวของผลึกหลายรูป ( Polycrystalline) grain
  8. 8. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>ชนิดของของแข็ง </li></ul><ul><li>(iii) ผลึกรูปเดี่ยว (Single crystal) </li></ul><ul><ul><li>เป็นสารที่มีความเป็นระเบียบของอะตอม หรือโมเลกุลสูงมาก </li></ul></ul><ul><li>ตลอดทั้งเนื้อสาร </li></ul><ul><ul><li>ข้อดีของผลึกรูปเดี่ยว คือจะมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเหนือกว่าสาร </li></ul></ul><ul><li>ชนิดอื่น เพราะขอบเขตของเกรนจะทำลายคุณสมบัติทางไฟฟ้า </li></ul><ul><li>ให้ลดลง </li></ul>รูปที่ 4 แสดงการจัดเรียงตัวของผลึกรูปเดี่ยว (a) ลักษณะการจัดเรียงตัวของผลึกของผลึกรูปเดี่ยว (b) zinc blende (a) (b)
  9. 9. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>แลททิซ (Lattice) </li></ul><ul><ul><li>คือการจัดเรียงตัวของอะตอมในผลึกที่มีลักษณะเป็นช่วงที่เป็นระยะ </li></ul></ul><ul><li>เท่า ๆ กัน ซึ่งบางทีอาจเรียกว่าโครงร่างผลึก </li></ul><ul><ul><li>แลททิซสามารถจัดจำแนกได้ตามลักษณะของสมมาตรของการจัด </li></ul></ul><ul><li>เรียง โดยแบ่งเป็น 7 lattice systems และ 14 Bravais lattices </li></ul>รูปที่ 5 ลักษณะการจัดเรียงตัวของ Lattice ที่สมบูรณ์
  10. 10. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>เซลพื้นฐาน และยูนิตเซล </li></ul><ul><ul><li>เราแทนตำแหน่ของอะตอมที่กระจายในเนื้อสารคล้ายร่างแห หรือ </li></ul></ul><ul><li>โครงข่าย ซึ่งเป็นจุด และเรียกจุดเหล่านี้ว่า แลททิซ </li></ul><ul><ul><li>การเกิดโครงข่ายของแลททิซ สามารถอธิบายได้อย่างง่าย ๆ ด้วย </li></ul></ul><ul><li>การย้ายจุดแต่ละจุดแลททิซ </li></ul><ul><ul><li>โครงร่างผลึกเดี่ยวใน 2 มิติสามารถอธิบายได้โดยการย้ายจุดไป </li></ul></ul><ul><li>ตามแนวนอนด้วยระยะ a 1 และทางแนวตั้งด้วยระยะ b 1 </li></ul>รูปที่ 6 โครงร่างผลึกรูปเดี่ยวใน 2 มิติ
  11. 11. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>เซลพื้นฐาน และยูนิตเซล </li></ul><ul><ul><li>แลททิซใน 3 มิติ จะมีการเรียงตัวซ้ำ ๆ กันของกลุ่มอะตอม จึงไม่ </li></ul></ul><ul><li>จำเป็นต้องมีการพิจารณาแลททิซทั้งหมดสามารถพิจารณาแค่ยูนิตพื้นฐาน </li></ul><ul><li>ที่มีการเรียงตัวซ้ำ ๆ กัน </li></ul><ul><ul><li>ยูนิตพื้นฐานเล็ก ๆ ที่มีการเรียงตัวซ้ำ ๆ กัน เรียกว่า </li></ul></ul><ul><li>ยูนิตเซล (unit cell) และเรียกยูนิตเซลที่เล็กที่สุดว่า เซลปฐมภูมิ (primitive cell) </li></ul>รูปที่ 7 ยูนิตเซลที่เป็นไปได้แบบต่าง ๆ ของโครงร่างผลึกรูปเดี่ยวในสองมิติ
  12. 12. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>ยูนิตเซลสามมิติ </li></ul><ul><ul><li>ความสัมพันธ์ระหว่างเซล และแลททิซ ถูกกำหนดด้วยเวคเตอร์ </li></ul></ul><ul><li>สามเวคเตอร์ คือ a, b และ c โดยเวคเตอร์เหล่านี้ไม่จำเป็นต้องตั้งฉากกัน </li></ul><ul><ul><li>ทุก ๆ จุดในแลททิตสามารถเขียนในรูปเวคเตอร์ได้ดังต่อไปนี้ </li></ul></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>r = p a +q b +s c </li></ul></ul></ul></ul></ul>รูปที่ 8 รูปทั่วไปของยูนิตเซลปฐมภูมิ (primitive unit cell) a
  13. 13. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>โครงสร้างผลึกแบบต่าง ๆ </li></ul><ul><ul><li>แบ่งออกเป็น 7 lattice systems และ 14 Bravais lattices </li></ul></ul>รูปที่ 9 Lattice systems
  14. 14. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>Lattice systems </li></ul><ul><li>(1) Cubic systems </li></ul>รูปที่ 10 Cubic system (a) Simple cubic (b) body-centred cubic (c) face-centred cubic (a) SC (b) BCC (c) FCC
  15. 15. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>Lattice systems </li></ul><ul><li>(2) Tetragonal systems </li></ul>รูปที่ 11 โครงสร้างแบบ Tetragonal (a) Simple (b) Body centred
  16. 16. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>Lattice systems </li></ul><ul><li>(3) Orthorhombic system </li></ul>(a) Simple (b) Base-centred (c) Body-centred (d) Face-centred รูปที่ 12 โครงสร้างแบบ Orthorhombic
  17. 17. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>Lattice systems </li></ul><ul><li>(4) Rhombohedral systems </li></ul>รูปที่ 13 โครงสร้างแบบ Rhombohedral
  18. 18. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>Lattice systems </li></ul><ul><li>(5) Monoclinic systems </li></ul>รูปที่ 14 โครงสร้างแบบ Monoclinic (a) Simple (b) Based centred
  19. 19. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>Lattice systems </li></ul><ul><li>(6) Triclinic systems </li></ul>รูปที่ 15 โครงสร้างแบบ Triclinic
  20. 20. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>Lattice systems </li></ul><ul><li>(7) Hexagonal systems </li></ul>รูปที่ 16 โครงสร้างแบบ Hexagonal
  21. 21. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>โครงสร้างผลึกกับคุณสมบัติบางอย่างของสาร </li></ul><ul><ul><li>จากโครงสร้างผลึกของสาร และมิติของสารนั้น เราสามารถหา </li></ul></ul><ul><li>คุณสมบัติบางอย่างของสารนั้นได้ เช่น ความหนาแน่นของอะตอมต่อปริมาตร </li></ul><ul><li>คำถาม </li></ul><ul><li>พิจารณาผลึกรูปเดี่ยวแบบลูกบาศก์ (body-centred cubic) </li></ul><ul><li>จงคำนวณว่าใน 1 cm 3 จะประกอบไปด้วยจำนวนอะตอม </li></ul><ul><li>ทั้งหมดกี่อะตอม ( กำหนดให้ค่าคงที่ของผลึก a = 5 Å ) </li></ul>a = 5 Å ( Ans 1.6x10 22 atoms/cm 3 )
  22. 22. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>ระนาบผลึก และดัชนีมิลเลอร์ (Crystal planes and Miller indices) </li></ul><ul><ul><li>ระนาบผลึกสามารถพิจารณาได้จากจุดตัดของระนาบตลอดแกน </li></ul></ul><ul><li>a, b, c ที่ใช้อธิบายกับแลททิซ </li></ul>รูปที่ 17 ระนาบโครงร่างผลึก <ul><li>หลักการหาระนาบผลึก </li></ul><ul><li>(i) พิจารณาจัดตัดของระนาบตาม </li></ul><ul><li>แกน x, y, z และเขียนในรูปของส่วน </li></ul><ul><li>กลับของจุดเหล่านั้น </li></ul><ul><li>(ii) คูณด้วยจำนวนเต็มที่น้อยที่สุด </li></ul><ul><li>ที่สามารถปรับให้จุดตัดทั้ง 3 จุด </li></ul><ul><li>อยู่ในรูปของจำนวนเต็ม </li></ul><ul><li>(iii) เขียนตัวเลขเหล่านี้อยู่ในรูป </li></ul><ul><li>(h,k,l) ซึ่งเรียกเลขเหล่านี้ว่า </li></ul><ul><li>“ ดัชนีมิลเลอร์” </li></ul>x y z (2,3,6)
  23. 23. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>ตัวอย่างระนาบผลึกที่มักกล่าวถึงบ่อย ๆ ในสารกึ่งตัวนำ </li></ul><ul><ul><li>เหตุผลอย่างหนึ่งที่จำเป็นต้องกลับค่าตัวเลขจุดตัดแกน แล้วจึง </li></ul></ul><ul><li>จะได้ดัชนีมิลเลอร์ ก็เพราะเพื่อที่จะได้หลีกเลี่ยงค่าอนันต์ที่เกิดขึ้น ในกรณี </li></ul><ul><li>ที่ระนาบขนานกับแกน ดังจะเห็นจากตัวอย่างข้างล่างนี้ </li></ul>รูปที่ 18 ระนาบผลึก 3 แบบ (a) (100) (b) (110) (c) (111)
  24. 24. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>ทิศทางของระนาบผลึก </li></ul><ul><ul><li>ทิศทางของระนาบผลึกถูกกำหนดด้วยชุดของตัวเลขจำนวนเต็ม </li></ul></ul><ul><li>3 ตัว ซึ่งเป็นองค์ประกอบของเวคเตอร์ในทิศทางนั้น </li></ul><ul><ul><li>สัญลักษณ์ของทิศทางของระนาบผลึก คือ [hkl] </li></ul></ul>รูปที่ 19 ระนาบผลึกที่อยู่ในทิศทาง [111]
  25. 25. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>คำถาม ความหนาแน่นของอะตอมในระนาบ </li></ul><ul><li>พิจารณาผลึกรูปเดี่ยวแบบ FCC (Face-centred cubic) </li></ul><ul><li>จงคำนวณความหนาแน่นของอะตอมต่อพื้นที่ในระนาบ </li></ul><ul><li>(110) ( กำหนดให้ค่าคงที่ของผลึก a = 5 Å ) </li></ul>(a) (b) รูปที่ 20 (a) ระนาบ (110) ในผลึกเดี่ยวแบบ FCC (b) อะตอมที่ถูกตัดผ่านในระนาบ (110) ( Ans 5.66x10 -4 atoms/cm 2 )
  26. 26. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>โครงสร้างผลึกของสารกึ่งตัวนำที่ควรรู้จัก </li></ul><ul><li>(1) Rock-salt structure </li></ul><ul><li>(2) Diamond structure </li></ul><ul><li>(3) Zinc-blende structure </li></ul><ul><li>(4) Wurtzite structure </li></ul><ul><li>(5) Perovski structure </li></ul>
  27. 27. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>(1) Rock-salt structure </li></ul><ul><ul><li>ตัวอย่างเช่น PbS, MgO </li></ul></ul>รูปที่ 21 โครงสร้างผลึกแบบ Rock-salt structure (a) NaCl (b) CsCl
  28. 28. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา (1) Rock-salt structure <ul><ul><li>โครงสร้างแบบ Rocksalt ประกอบ ไปด้วยโครงสร้างแบบ FCC </li></ul></ul><ul><li>ด้วยค่าคงที่ผลึก a และประกอบไปด้วยอะตอมต่างชนิดกัน </li></ul><ul><ul><li>ตัวอย่างเช่น NaCl : Cl อยู่ที่ตำแหน่ง (0,0,0) และ Na อยู่ที่ </li></ul></ul><ul><li>ตำแหน่ง (1/2,1/2,1/2) a </li></ul>(a) NaCl (b) CsCl
  29. 29. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>(2) Diamond structure </li></ul><ul><ul><li>ตัวอย่างเช่น C, Ge, Si </li></ul></ul>รูปที่ 21 Diamond structure
  30. 30. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา (2) Diamond structure <ul><ul><ul><ul><li>The diamond structure has the FCC lattice. </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>The base consists of two identical atoms at (0,0,0) and </li></ul></ul></ul></ul><ul><li>(1/4, 1/4, 1/4) a . </li></ul><ul><ul><ul><ul><li>Each atom has a tetrahedral configuration. </li></ul></ul></ul></ul>
  31. 31. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา (3) Zinc-blende structure <ul><ul><li>Many compound semiconductors, such as GaAs, InAs, </li></ul></ul><ul><li>AlAs, InP, GaP and their alloys crystallize in their zinc-blende </li></ul><ul><li>structure. </li></ul>Unit cell of zinc-blende structure
  32. 32. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา (3) Zinc-blende structure <ul><ul><ul><ul><li>The zinc-blende structure has a FCC lattice with </li></ul></ul></ul></ul><ul><li>a diatomic base. </li></ul><ul><ul><ul><ul><li>The metal atom is at (0,0,0) and the nonmetal atom is </li></ul></ul></ul></ul><ul><li>at (1/4, 1/4, 1/4) a </li></ul>
  33. 33. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา (3) Zinc-blende structure <ul><ul><ul><ul><li>Thus the cation and anion sublattices are shifted with </li></ul></ul></ul></ul><ul><li>respect to each other by a quarter of the body diagonal of the </li></ul><ul><li>FCC lattice. </li></ul><ul><ul><ul><ul><li>The atoms are tetrahedrally coordinated, for example </li></ul></ul></ul></ul><ul><li>ZnS, a Zn atom is bonded to four S atoms and vice versa. </li></ul>
  34. 34. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา (4) Wurtzite structure <ul><ul><li>The wurtzite structure is also called hexagonal </li></ul></ul><ul><li>structure </li></ul><ul><ul><li>Many important semiconductors with large band-gaps </li></ul></ul><ul><li>crystallize in the wurtzite structure such as GaN, InN, CdSe, ZnS </li></ul>Top view Side view
  35. 35. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา (4) Wurtzite structure <ul><ul><ul><ul><li>It consists of a hcp lattice with a diatomic base. </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>The c/a ratio is typically deviated from the ideal value </li></ul></ul></ul></ul><ul><li>c/a=1.633 </li></ul>
  36. 36. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา (4) Wurtzite structure <ul><ul><ul><ul><li>The Zn atom is located at (0,0,0), the S atom at </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>This corresponds to a shift of 3/8c along the c -axis. </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>This factor is called cell-internal parameter u . </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>For the ideal wurtzite structure it has the value of </li></ul></ul></ul></ul><ul><li>u=0.375. </li></ul>
  37. 37. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา (4) Wurtzite structure <ul><ul><ul><ul><li>The c/a ratio is typically deviated from the ideal value </li></ul></ul></ul></ul><ul><li>c/a=1.633 </li></ul>
  38. 38. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา (4) Wurtzite structure vs Zinc-blende structure
  39. 39. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา (5) Perovskite structure <ul><ul><li>The perovskite structure is relevant for ferroelectric </li></ul></ul><ul><li>semiconductors such as calcium titanate (CaTiO 3 ) </li></ul>
  40. 40. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา (5) Perovskite structure <ul><ul><li>For example Barium titanate (BaTiO 3 ) </li></ul></ul><ul><ul><li>It is cubic with Ba ions (charge state +2) on the corner </li></ul></ul><ul><li>of the cube, the O ions (2-) on the face centres and Ti (4+) in </li></ul><ul><li>body centre. </li></ul>
  41. 41. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา (5) Perovskite structure <ul><ul><li>The lattice is simple cubic, the base is Ba at (0,0,0). </li></ul></ul><ul><ul><li>O ions are at (1/2,1/2,0), (1/2,0,1/2), (0,1/2,1/2). </li></ul></ul><ul><ul><li>Ti ion is at (1/2,1/2,1/2). </li></ul></ul>
  42. 42. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา (5) Perovskite structure <ul><ul><li>The ferroelectric polarization is typically evoked by </li></ul></ul><ul><li>a shift of negatively and positively charged ions relative to each </li></ul><ul><li>other. </li></ul><ul><ul><li>Perovskites are also important for high-temperature </li></ul></ul><ul><li>superconductivity. </li></ul>
  43. 43. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>Bonds </li></ul><ul><li>The positively charged atomic nuclei and the electrons in the </li></ul><ul><li>atomic shells of the atoms making up the semiconductors are in </li></ul><ul><li>binding state. </li></ul><ul><li>Several mechanisms can lead to such cohesiveness. </li></ul>
  44. 44. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>Bonds </li></ul><ul><li>Covalent bonds </li></ul><ul><li>(a) electron-pair bond </li></ul><ul><li>(b) sp 3 bonds </li></ul><ul><li>(c) sp 2 bonds </li></ul><ul><li>Ionic bond </li></ul><ul><li>Mixed bond </li></ul><ul><li>Metallic bonding </li></ul><ul><li>van-der-Waals bonds </li></ul>
  45. 45. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>(1) Covalent bond : (a) electron-pair bond </li></ul><ul><li>The covalent bond of two hydrogen atoms in H 2 </li></ul><ul><li>molecule can lead to a reduction of the total energy of the </li></ul><ul><li>system compared to two-single atom. </li></ul><ul><li>For fermions (electrons have spin 1/2) the two-particle </li></ul><ul><li>wave function of electrons A and B must me an </li></ul><ul><li>antisymmetric (Pauli principle) : </li></ul>
  46. 46. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>The wave function of each electron has degree of </li></ul><ul><li>freedom in real space (r) and spin </li></ul><ul><li>The two-particle wave function of the molecule is </li></ul><ul><li>nonseparable and has the form : </li></ul><ul><li>The binding state has a wave function with a symmetric </li></ul><ul><li>orbital and antiparallel spins </li></ul>
  47. 47. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา
  48. 48. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>(1) Covalent bond : (b) sp 3 bonds </li></ul><ul><li>Elements from group IV of the periodic table (C, Si, Ge) </li></ul><ul><li>have 4 electrons on the outer shell. </li></ul><ul><li>To illustrate, C has the electron configuration : </li></ul><ul><li>For an octet configuration binding to four other electrons would be optimise. </li></ul><ul><li>This occurs through the mechanism of sp 3 hybridyzation. </li></ul>
  49. 49. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>sp 3 hybridization </li></ul><ul><li>First, one electron of the configuration is brought </li></ul><ul><li>into a p orbital. Such that, the outermost shell contains one </li></ul><ul><li>orbital each. </li></ul>
  50. 50. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>sp 3 hybridization </li></ul><ul><li>The energy necessary for this step is more than regained </li></ul><ul><li>in the subsequent formation of covalent bonds. </li></ul><ul><li>The four orbital can be reconfigured into four other wave </li></ul><ul><li>functions, the sp 3 hybrids. </li></ul>
  51. 51. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา sp 3 hybridization
  52. 52. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา sp 3 hybridisation
  53. 53. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>sp 3 hybridization </li></ul><ul><li>The covalent bond of a group-IV to other group-IV atom </li></ul><ul><li>has a tetrahedral configuration with electron pair bonds. </li></ul><ul><li>The mixing of the states leads to the formation of either </li></ul><ul><li>bonding and antibonding. </li></ul>
  54. 54. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา sp 3 hybridization Carbon crystal structure
  55. 55. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา (1) Covalent bond : (b) sp 2 bonds
  56. 56. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา sp 2 hybridisation <ul><li>The organic semiconductors are based on sp 2 hybridisation. </li></ul><ul><li>The bonding mechanism is stronger than sp 3 hybridisation. </li></ul><ul><li>The prototype organic molecule is benzine ring. </li></ul>
  57. 57. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>(2) Ionic bond </li></ul><ul><li>Ionic crystals are made up from positively and negatively </li></ul><ul><li>charged ions. </li></ul><ul><li>The ionic bond is the consequence of electrostatic </li></ul><ul><li>attraction between the ions. </li></ul>
  58. 58. อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ
  59. 59. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>(3) Mixed bond </li></ul><ul><li>Ionic crystals are made up from positively and negatively </li></ul><ul><li>charged ions. </li></ul><ul><li>The ionic bond is the consequence of electrostatic </li></ul><ul><li>attraction between the ions. </li></ul>
  60. 60. <ul><li>(4) Metallic bond </li></ul><ul><li>In metal, the positively charged atomic cores are </li></ul><ul><li>embedded in a more or less homogeneous sea of electrons. </li></ul><ul><li>The valence electrons of atoms become the conduction </li></ul><ul><li>of electrons of the metal. </li></ul><ul><li>These are freely movable and at T=0K there is no energy </li></ul><ul><li>gap between filled and empty states. </li></ul>315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา
  61. 61. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>(5) van-der-Waals bonds </li></ul><ul><li>Van der Waals bond is the sum of attractive or repulsive </li></ul><ul><li>force between molecules. </li></ul><ul><li>Van der Waals force also includes attraction between </li></ul><ul><li>atoms, molecules or surfaces. </li></ul>
  62. 62. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>การปลูกผลึกของสารกึ่งตัวนำ </li></ul><ul><li>Chemical vapour phase deposition </li></ul><ul><li>Liquid-phase epitaxy </li></ul><ul><li>Molecular Beam Epitaxy (MBE) </li></ul>
  63. 63. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>Molecular Beam Epitaxy (MBE) </li></ul>
  64. 64. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>Molecular Beam Epitaxy (MBE) </li></ul><ul><li>เป็นอีกหนึ่งเทคนิคที่ใช้ในการสังเคราะห์ผลึกสารกึ่งตัวนำ </li></ul><ul><li>เป็นเทคนิคที่ทำในท่อสูญญากาศความดันประมาณ 10 -8 Pa </li></ul><ul><li>อุณหภูมิประมาณ 400-800 องศาเซลเซียส </li></ul><ul><li>สารกึ่งตัวนำจะถูกระเหิด (evaporate) บนผิวของฐานรอง </li></ul><ul><li>อะตอมที่ถูกระเหิดจะถูกปลดปล่อยออกมาเป็นลำ (beam) ออกมาแล้วเกิดการ deposit อย่างช้า ๆ (1000nm/hr) </li></ul><ul><li>เทคนิคการปลูกผลึก MBE ได้รับความนิยมอย่างมากในการสร้างสิ่งประดิษฐ์สารกึ่งตัวนำ เช่น เลเซอร์ไดโอด </li></ul>
  65. 65. 315 445 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา <ul><li>Molecular Beam Epitaxy (MBE) </li></ul>
  66. 68. Molecular Beam Epitaxy (MBE)
  67. 69. 315 444 Physics and Technology of Semiconductor Devices อาจารย์ ดร . ธีระพงษ์ พวงมะลิ Physics and Technology of Semiconductor Devices โครงสร้างผลึกของแข็ง (The Crystal Structure of Solids) บทที่ 1 สารกึ่งตัวนำ ชนิดของของแข็ง เนื้อแลททิซ พันธะอะตอม ความไม่สมบูรณ์ของผลึก การปลูกผลึกสารกึ่งตัวนำ ทบทวนเนื้อหา

×