半導體基本知識1

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

2、不同時，可使半導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)，可以得到不同導電類2006-7-122半導體材料的特征2）有兩種載流子參加導電在半導體中，參與導電的載流子有兩種。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。而且同一種半導體材料，既可以形成以電子為主的導電，也可以形成以空穴為主的導電。在金屬中則僅靠電子導電，而在電解質(zhì)中，靠正離子和負離子同時導電。（4）其它外界條件對導電性能的影響半導體的導電能力還會隨光照而發(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)象稱為光電導效應。此外，半導體的導電能力還會隨電場、磁場、壓力和環(huán)境的作用而變化，具有其它特性和效應。2006-7-123半導體材料的類別元素半導化合物半導體化合物半導體可分為無機化合物半導體和有機化合物半導體兩種。有機化合物半導體仍處研究探索階段，一般所說的化合物半導體指無機化合物半導體。無機化合物半導體由兩種（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族化合物半導體GaAs是應用最廣的化合物半導體，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族化合物半導體，ZnS、CdS、ZnSe、HgSe等II-VI族化合物半導體、IV-IV族化合物半導體材料SiC等都有一定的應用。多元系化合物半導體用途較少。固溶半導體由兩個或兩個以上具有足夠含量的的元素構(gòu)成的固體溶液，如果具有半導體性質(zhì)，就稱為固溶半導體，簡稱固溶體或混晶。半導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，在半導體材料的分類中不屬于固溶半導體。另一方面，固溶半導體又與化合物半導體有區(qū)別，后者是靠其價鍵按一定化學配比構(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，其半導體及有關(guān)性質(zhì)也隨之變化。利用固溶半導體的這一特點可得到性質(zhì)多樣的半導體材料以滿足不同的應用要求。主要的固溶體半導體有：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。只有當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。2006-7-125晶體與非晶體3晶體具有各向異性性晶體的機械、電學、熱學、光學等物理和化學性質(zhì)隨其方向不同而不同，非晶體的物理、化學性質(zhì)則是各向同性的。以上特征是從外部宏觀地來進行分析的，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型半導體和P型半導體摻雜半導體分為N型半導體和P型半導體兩類。在鍺和硅中摻入磷、砷、銻等V族元素時，

8、這些雜質(zhì)在鍺和硅中起提供電子的作用，使這些半導體以電子導電為主。這類雜質(zhì)叫做施主雜質(zhì)。以電子導電為主的雜質(zhì)半導體稱為N型半導體，相應的雜質(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，這些雜質(zhì)在鍺和硅中起提供空穴的作用，