半導(dǎo)體基本知識(shí)1

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1、半導(dǎo)體基本知識(shí)陳偉2006-7-121半導(dǎo)體材料的特征自然界的物質(zhì)，按其導(dǎo)電強(qiáng)弱，一般可分為三大類，即導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體。容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，如金、銀、銅、鋁等各種金屬與合金都是良導(dǎo)體，它們的電阻率一般在10–4歐姆·厘米以下。不容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為絕緣體，如橡膠、玻璃、陶瓷和塑料等，它們的電阻率在109歐姆·厘米以上。顧名思義，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。它具有如下的主要特征。（l）雜質(zhì)影響半導(dǎo)體導(dǎo)電性能在室溫下，半導(dǎo)體的電阻率在10–4～109歐姆·厘米之間。而且，加入微量雜質(zhì)能顯著改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。摻入的雜質(zhì)量

2、不同時(shí)，可使半導(dǎo)體的電阻率在很大的范圍內(nèi)發(fā)生變化。另外，在同一種材料中摻入不同類型的雜質(zhì)，可以得到不同導(dǎo)電類2006-7-122半導(dǎo)體材料的特征2）有兩種載流子參加導(dǎo)電在半導(dǎo)體中，參與導(dǎo)電的載流子有兩種。一種是為大家所熟悉的電子，另一種則是帶正電的載流子，稱為空穴。而且同一種半導(dǎo)體材料，既可以形成以電子為主的導(dǎo)電，也可以形成以空穴為主的導(dǎo)電。在金屬中則僅靠電子導(dǎo)電，而在電解質(zhì)中，靠正離子和負(fù)離子同時(shí)導(dǎo)電。（4）其它外界條件對(duì)導(dǎo)電性能的影響半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力還會(huì)隨光照而發(fā)生變化。例如一層淀積在絕緣基板上的硫化鎘薄膜，其暗電阻約為數(shù)十兆歐

3、，當(dāng)受光照后，其電阻可下降到數(shù)十千歐。這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。此外，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力還會(huì)隨電場、磁場、壓力和環(huán)境的作用而變化，具有其它特性和效應(yīng)。2006-7-123半導(dǎo)體材料的類別元素半導(dǎo)化合物半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體可分為無機(jī)化合物半導(dǎo)體和有機(jī)化合物半導(dǎo)體兩種。有機(jī)化合物半導(dǎo)體仍處研究探索階段，一般所說的化合物半導(dǎo)體指無機(jī)化合物半導(dǎo)體。無機(jī)化合物半導(dǎo)體由兩種（二元系）或多種（多元系）元素組成。由III族和V族元素組成的III-V族化合物半導(dǎo)體GaAs是應(yīng)用最廣的化合物半導(dǎo)體，用于制作微波器件、激光器和集成電路。其它如InP、AlP、G

4、aP、InAs、InSb等III-V族化合物半導(dǎo)體，ZnS、CdS、ZnSe、HgSe等II-VI族化合物半導(dǎo)體、IV-IV族化合物半導(dǎo)體材料SiC等都有一定的應(yīng)用。多元系化合物半導(dǎo)體用途較少。固溶半導(dǎo)體由兩個(gè)或兩個(gè)以上具有足夠含量的的元素構(gòu)成的固體溶液，如果具有半導(dǎo)體性質(zhì)，就稱為固溶半導(dǎo)體，簡稱固溶體或混晶。半導(dǎo)體材料中提純殘留的雜質(zhì)和有意摻入的雜質(zhì)與本體材料也形成固溶體，但因這些雜質(zhì)的含量很低，在半導(dǎo)體材料的分類中不屬于固溶半導(dǎo)體。另一方面，固溶半導(dǎo)體又與化合物半導(dǎo)體有區(qū)別，后者是靠其價(jià)鍵按一定化學(xué)配比構(gòu)成，而固溶體組成元素的含

5、量在其固溶度范圍內(nèi)可連續(xù)變化，其半導(dǎo)體及有關(guān)性質(zhì)也隨之變化。利用固溶半導(dǎo)體的這一特點(diǎn)可得到性質(zhì)多樣的半導(dǎo)體材料以滿足不同的應(yīng)用要求。主要的固溶體半導(dǎo)體有：元素固溶體Ge-Si，III-V族固溶體Ga1-xAlxAs，II-VI族固溶體HgxCd1-xTe等。2006-7-124晶體與非晶體自然界的物質(zhì)最常見的形態(tài)有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。固態(tài)或稱固體，又可分為晶體和非晶體。晶體和非晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物理、化學(xué)性質(zhì)有本質(zhì)的區(qū)別。玻璃、松香和橡膠等是非晶體；鍺、硅等半導(dǎo)體芯片材料，銅、鐵、鋁等金屬，以及石英、食鹽、金剛石等是晶體。晶體區(qū)別于非晶

6、體的主要特征有以下方面：1晶體通常具有規(guī)則的幾何形狀如食鹽晶體為立方體，石英晶體為六方柱體等；而玻璃、橡膠等非晶體就沒有規(guī)則的外形。2晶體具有固定的熔點(diǎn)晶體在熔化或凝固過程中，保持確定不變的溫度，這一溫度稱為晶體的熔點(diǎn)。只有當(dāng)晶體全部熔化或全部凝固后，它的溫度才發(fā)生變化。而非晶體則沒有確定的熔點(diǎn)。2006-7-125晶體與非晶體3晶體具有各向異性性晶體的機(jī)械、電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等物理和化學(xué)性質(zhì)隨其方向不同而不同，非晶體的物理、化學(xué)性質(zhì)則是各向同性的。以上特征是從外部宏觀地來進(jìn)行分析的，晶體與非晶體的差異由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同所決定。晶體內(nèi)部

7、原子排列高度規(guī)則，具有一定的剛性和對(duì)稱性．非晶體則是一種無定形結(jié)構(gòu)。一般說，由原子或離子有規(guī)則的周期性排列構(gòu)成的固體材料稱為晶體。2006-7-126多晶體和單晶體晶體有多晶體和單晶體之分。單晶體內(nèi)的原子（或離子）都按同一規(guī)律周期性地排列。常用的半導(dǎo)體材料鍺、硅、砷化鎵都制成單晶體。多晶體則由許多取向不同的小單晶體（又稱晶粒）組成，多晶體內(nèi)的原子（或離子）呈局部周期性規(guī)則排列，不同的局部區(qū)域中原子排列的方向不同。2006-7-127N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體摻雜半導(dǎo)體分為N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體兩類。在鍺和硅中摻入磷、砷、銻等V族元素時(shí)，

8、這些雜質(zhì)在鍺和硅中起提供電子的作用，使這些半導(dǎo)體以電子導(dǎo)電為主。這類雜質(zhì)叫做施主雜質(zhì)。以電子導(dǎo)電為主的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體，相應(yīng)的雜質(zhì)也叫做N型雜質(zhì)。而在鍺和硅中摻入硼、鋁、鎵或銦等Ⅲ族元素時(shí)，這些雜質(zhì)在鍺和硅中起提供空穴的作用，