半导体基础知识详细

半导体基础知识详细

半导体是一种电子特性介于导体和绝缘体之间的材料。它的电阻率介于导体和绝缘体之间，而且在外界条件下可以通过控制电场、光照、温度等因素来改变其电子特性。半导体材料广泛应用于电子器件、太阳能电池、光电器件、传感器等领域。

1. 半导体的基本概念

半导体是指在温度为绝对零度时，其电阻率介于导体和绝缘体之间的材料。在室温下，半导体的电阻率通常在10^-3到10^8Ω·cm之间。半导体的导电性质可以通过控制材料中的杂质浓度来改变，这种过程称为掺杂。

2. 半导体的晶体结构

半导体的晶体结构分为两种：共价键晶体和离子键晶体。

共价键晶体是由原子间共享电子形成的晶体，如硅、锗等。共价键晶体的晶格结构稳定，电子在晶格中移动时需要克服较大的势垒，因此其导电性较差。

离子键晶体是由正负离子间的静电作用形成的晶体，如氯化钠、氧化镁等。离子键晶体的晶格结构较稳定，电子在晶格中移动时需要克服较小的势垒，因此其导电性较好。

3. 半导体的能带结构

半导体的能带结构是指半导体中电子能量的分布情况。半导体的能带结构分为价带和导带两部分。

价带是指半导体中最高的能量带，其中填满了价电子。导带是指半导体中次高的能量带，其中没有或只有很少的电子。当半导体中的电子受到外界激发时，可以从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。

4. 半导体的掺杂

半导体的掺杂是指向半导体中加入少量的杂质原子，以改变其电子特性。掺杂分为n型和p 型两种。

n型半导体是指向半导体中掺入少量的五价杂质原子，如磷、砷等。这些杂质原子会向半导体中释放一个电子，形成自由电子，从而提高半导体的导电性能。

p型半导体是指向半导体中掺入少量的三价杂质原子，如硼、铝等。这些杂质原子会从半导体中吸收一个电子，形成空穴，从而提高半导体的导电性能。

5. 半导体器件

半导体器件是利用半导体材料制造的电子器件，包括二极管、晶体管、场效应管、集成电路

等。

二极管是一种由n型半导体和p型半导体组成的器件，具有单向导电性。当二极管正向偏置时，电流可以通过；反向偏置时，电流无法通过。

晶体管是一种由n型半导体、p型半导体和中间区域组成的器件，具有放大和开关功能。晶体管的工作原理是通过控制中间区域的电子浓度来控制电流的流动。

场效应管是一种由n型半导体和金属栅极组成的器件，具有放大和开关功能。场效应管的工作原理是通过控制金属栅极的电场来控制电流的流动。

集成电路是一种将多个晶体管、电阻、电容等元件集成在一起的器件，具有高度集成、小体积、低功耗等优点。集成电路广泛应用于计算机、通信、消费电子等领域。

6. 半导体材料的应用

半导体材料广泛应用于电子器件、太阳能电池、光电器件、传感器等领域。

电子器件包括二极管、晶体管、场效应管、集成电路等，是现代电子技术的基础。

太阳能电池是利用半导体材料的光电特性将太阳能转化为电能的器件，是清洁能源的重要组成部分。

光电器件包括LED、激光器、光电二极管等，是光电技术的重要组成部分。

传感器是利用半导体材料的电子特性对物理量、化学量等进行测量的器件，广泛应用于环境监测、医疗诊断、工业自动化等领域。

总之，半导体材料是现代电子技术、光电技术、新能源技术、传感器技术等领域的重要基础材料，其应用前景十分广阔。

半导体基本知识

一、半导体基本知识 太阳电池是用半导体材料硅做成的。容易导电的是导体，不易导电的是绝缘体，即不像导体那样容易导电又不像绝缘体那样不容易导电的物体叫半导体，譬如：锗、硅、砷化缘等。 世界上的物体都是由原子构成的，从原子排列的形式来看，可以把物体分成2大类，晶体和非晶体。晶体通常都有特殊的外形，它内部的原子按照一定的规律整齐地排列着；非晶体内部原子排列乱七八糟，没有规则；大多数半导体都是晶体。半导体材料硅是原子共价晶体，在晶体中，相邻原子之间是以共用电子结合起来的。硅是第四族元素，硅原子的电子层结构为2、8、4，它的最外层的四个电子是价电子。因此每个硅原子又分别与相邻的四个原子形成四个共价键，每个共价键都是相邻的两个原子分别提供一个价电子所组成的。 如果硅晶体纯度很高，不含别的杂质元素，而且晶体结构很完美，没有缺陷，这种半导体叫本征半导体，而且是单晶体。而多晶体是由许多小晶粒聚合起来组成的，每一晶体又由许多原子构成。原子在每一晶粒中作有规则的整齐排列，各个晶粒中原子的排列方式都是相同的。但在一块晶体中，各个晶粒的取向（方向）彼此不同，晶粒与晶粒之间并没有按照一定的规则排列，所以总的来看，原子的排列是杂乱无章的，这样的晶体，我们叫它多晶体。 半导体有很特别的性质：导电能力在不同的情况下会有非常大的差别。光照、温度变化、适当掺杂都会使半导体的导电能力显著增强，尤其利用掺杂的方法可以制造出五花八门的半导体器件。但掺杂是有选择的，只有加入一定种类和数量的杂质才能符合我们的要求。 我们重点看一下硼和磷这两种杂质元素。硼是第三族主族元素，硼原子的电子层结构为2、3，由于硼原子的最外电子层只有三个电子，比硅原子缺少一个最外层电子，因此当硼原子的三个最外层价电子与周围最邻近的三个硅原子的价电子结合成共价键时，在与第四个最邻近的硅原子方向留下一个空位。这个空位叫空穴，它可以接受从邻近硅原子上跳来的电子，形成电子的流动，参与导电。硼原子在硅晶体中起着接受电子的作用，所以叫硼原子为受主型杂质。掺有受主型杂质的半导体，其导电率主要是由空穴决定的，这种半导体又叫空穴型或P型半导体。 磷是周期表中第五族元素，磷原子的电子层结构为2、8、5，它的最外层的五个电子是价电子。由于磷原子比硅原子多一个最外层电子，因此当磷原子的四个价电子与周围最邻近的四个硅原子的价电子形成共价键后，还剩余一个价电子。这个价电子很容易成为晶体中的自由电子参与导电。磷原子在硅晶体中起施放电子的作用，所以叫磷原子为施主型杂质。掺有施主型杂质的半导体，其导电率主要是由电子决定的，这种半导体又叫电子型半导体或n型半导体。 二、扩散基本知识 我们知道，太阳能电池的心脏是一个PN结。我们需要强调指出，PN结是不能简单地用两

半导体物理与器件基础知识

一、肖特基势垒二极管 欧姆接触：通过金属-半导体的接触实现的连接。接触电阻很低。 金属与半导体接触时，在未接触时，半导体的费米能级高于金属的费米能级，接触后，半导体的电子流向金属，使得金属的费米能级上升。之间形成势垒为肖特基势垒。 在金属与半导体接触处，场强达到最大值，由于金属中场强为零，所以在金属——半导体结的金属区中存在表面负电荷。 影响肖特基势垒高度的非理想因素：肖特基效应的影响，即势垒的镜像力降低效应。金属中的电子镜像到半导体中的空穴使得半导体的费米能级程下降曲线。附图： 电流——电压关系：金属半导体结中的电流运输机制不同于pn结的少数载流子的扩散运动决定电流，而是取决于多数载流子通过热电子发射跃迁过内建电势差形成。附肖特基势垒二极管加反偏电压时的I-V曲线：反向电流随反偏电压增大而增大是由于势垒降低的影响。 肖特基势垒二极管与Pn结二极管的比较：1.反向饱和电流密度（同上），有效开启电压低于Pn结二极管的有效开启电压。2.开关特性肖特基二极管更好。应为肖特基二极管是一个多子导电器件，加正向偏压时不会产生扩散电容。从正偏到反偏时也不存在像Pn结器件的少数载流子存储效应。 二、金属-半导体的欧姆接触 附金属分别与N型p型半导体接触的能带示意图 三、异质结：两种不同的半导体形成一个结 小结：1.当在金属与半导体之间加一个正向电压时，半导体与金属之间的势垒高度降低，电子很容易从半导体流向金属，称为热电子发射。 2.肖特基二极管的反向饱和电流比pn结的大，因此达到相同电流时，肖特基二极管所需的反偏电压要低。

10双极型晶体管 双极型晶体管有三个掺杂不同的扩散区和两个Pn结，两个结很近所以之间可以互相作用。之所以成为双极型晶体管，是应为这种器件中包含电子和空穴两种极性不同的载流子运动。 一、工作原理 附npn型和pnp型的结构图 发射区掺杂浓度最高，集电区掺杂浓度最低 附常规npn截面图 造成实际结构复杂的原因是：1.各端点引线要做在表面上，为了降低半导体的电阻，必须要有重掺杂的N+型掩埋层。2.一片半导体材料上要做很多的双极型晶体管，各自必须隔离，应为不是所有的集电极都是同一个电位。 通常情况下，BE结是正偏的，BC结是反偏的。称为正向有源。附图： 由于发射结正偏，电子就从发射区越过发射结注入到基区。BC结反偏，所以在BC结边界，理想情况下少子电子浓度为零。 附基区中电子浓度示意图： 电子浓度梯度表明，从发射区注入的电子会越过基区扩散到BC结的空间电荷区，那里的电场会将电子扫到集电区。我们希望更多的电子能够进入集电区而不是在基区和多子空穴复合。因此和少子扩散长度相比，基区宽度必须很小。 工作模式：附共发射极电路中npn型双极型晶体管示意图 1.如果B——E电压为零或者小于零（反偏），那么发射区中的多子电子就不会注

半导体的基本知识

第1章半导体的基本知识 1.1半导体及PN结 半导体器件是20世纪中期开始发展起来的，具有体积小、重量轻、使用寿命长、可靠性高、输入功率小和功率转换效率高等优点，因而在现代电子技术中得到广泛的应用。半导体器件是构成电子电路的基础。半导体器件和电阻、电容、电感等器件连接起来，可以组成各种电子电路。顾名思义，半导体器件都是由半导体材料制成的，就必须对半导体材料的特点有一定的了解。 1.1.1半导体的基本特性 在自然界中存在着许多不同的物质，根据其导电性能的不同大体可分为导体、绝缘体和半导体三大类。通常将很容易导电、电阻率小于10*Q?cm的物质，称为导体，例如铜、铝、银等金属材料；将很难导电、电阻率大于1010Q cm的物质，称为绝缘体，例如塑料、橡胶、陶瓷等材料；将导电能力介于导体和绝缘体之间、电阻率在10°Q?cm-1010Q cm范围内的物质，称为半导体。常用的半导体材料是硅(Si)和锗(Ge)。 用半导体材料制作电子元器件，不是因为它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是由于其导电能力会随着温度的变化、光照或掺入杂质的多少发生显著的变化，这就是半导体不同于导体的特殊性质。 1热敏性 所谓热敏性就是半导体的导电能力随着温度的升高而迅速增加。半导体的电阻率对温度的变化十分敏感。例如纯净的锗从20C升高到30C时，它的电阻率几乎减小为原来的1/2。而一般的金属导体的电阻率则变化较小，比如铜，当温度同样升高10C时，它的电阻率几乎不变。 2、光敏性 半导体的导电能力随光照的变化有显著改变的特性叫做光敏性。一种硫化铜薄膜在暗处其电阻为几十兆欧姆，受光照后，电阻可以下降到几十千欧姆，只有原来的1%自动控制中用的光电二极管和光敏电阻，就是利用光敏特性制成的。而金属导体在阳光下或在暗处其电阻率一般没有什么变化。 3、杂敏性 所谓杂敏性就是半导体的导电能力因掺入适量杂质而发生很大的变化。在半导体硅中，只要掺入亿分之一的硼，电阻率就会下降到原来的几万分之一。所以，利用这一特性，可以制造出不同性能、不向用途的半导体器件。而金属导体即使掺入千分之一的杂质，对其电阻率也几乎没有什么影响。 半导体之所以具有上述特性，根本原因在于其特殊的原子结构和导电机理。 原子由原子核和电子构成，原子核由带正电的质子和不带电的中子构成，电子带负电并围绕原子核旋转。电子以不同的距离在核外分层排布，距核越远，电子的能量越高，最外层的电子被称为价电子，物质的化学性质就是由价电子的数目决定的。 由于现在所用的半导体材料仍然主要是硅和锗，所以在这里只讨论硅和锗的原子结构，图1-1所示是硅和锗的原子结构简化模型。硅和锗的外层电子都是4个，它们是四价元素。随着原子间的相互

半导体基础知识

半导体基础知识（详细篇） 概念 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。 1. 导体：容易导电的物体。如：铁、铜等 2. 绝缘体：几乎不导电的物体。如：橡胶等 3. 半导体：半导体是导电性能介于导体和半导体之间的物体。在一定条件下可导电。半导体的电阻率为10-3～109 Ω·cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。 半导体特点： 1) 在外界能源的作用下，导电性能显着变化。光敏元件、热敏元件属于此类。 2) 在纯净半导体内掺入杂质，导电性能显着增加。二极管、三极管属于此类。 本征半导体 1.本征半导体——化学成分纯净的半导体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到%，常称为“九个9”。它在物理结构上呈单晶体形态。电子技术中用的最多的是硅和锗。 硅和锗都是4价元素，它们的外层电子都是4个。其简化原子结构模型如下图： 外层电子受原子核的束缚力最小，成为价电子。物质的性质是由价电子决定的。 ? 外层电子受原子核的束缚力最 小，成为价电子。物质的性质是由价 电子决定的。 ?

? 2.本征半导体的共价键结构 本征晶体中各原子之间靠得很近，使原分属于各原子的四个价电子同时受到相邻原子的吸引，分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。如下图所示： 硅晶体的空间排列与共价键结构平面示意图 3.共价键 共价键上的两个电子是由相邻原子各用 一个电子组成的，这两个电子被成为束缚电 子。束缚电子同时受两个原子的约束，如果没 有足够的能量，不易脱离轨道。因此，在绝对 温度T=0°K（-273°C）时，由于共价键中的电 子被束缚着，本征半导体中没有自由电子，不 导电。只有在激发下，本征半导体才能导电 ? ? 4.电子与空穴 当导体处于热力学温度0°K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。这一现象称为本征激发，也称热激发。

半导体基础知识

1.1 半导体基础知识概念归纳 本征半导体定义：纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。 电流形成过程：自由电子在外电场的作用下产生定向移动形成电流。 绝缘体原子结构：最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子。 绝缘体导电性：极差。如惰性气体和橡胶。 半导体原子结构：半导体材料为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧。 半导体导电性能：介于半导体与绝缘体之间。 半导体的特点： ★在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。 ★在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化。 晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，称为晶格。 共价键结构：相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子）不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。 自由电子的形成：在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚变成为自由电子。 空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。 电子电流：在外加电场的作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流。 空穴电流：价电子按一定的方向依次填补空穴（即空穴也产生定向移动），形成空穴电流。 本征半导体的电流：电子电流+空穴电流。自由电子和空穴所带电荷极性不同，它们运动方向相反。 载流子：运载电荷的粒子称为载流子。 导体电的特点：导体导电只有一种载流子，即自由电子导电。 本征半导体电的特点：本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。 本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。 复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，

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外延基础知识 基本概念 能级：电子是不连续的，其值主要由主量子数N决定，每一确定能量值称为一个能级。 能带：大量孤立原子结合成晶体后，周期场中电子能量状态出现新特点：孤立原子原来一个能级将分裂成大量密集的能级，构成一相应的能带。（晶体中电子能量状态可用能带描述）导带：对未填满电子的能带，能带中电子在外场作用下，将参与导电，形成宏观电流，这样的能带称为导带。 价带：由价电子能级分裂形成的能带，称为价带。（价带可能是满带，也可能是电子未填满的能带） 直接带隙：导带底和价带顶位于K空间同一位置。 间接带隙：导带底和价带顶位于K空间不同位置。 同质结：组成PN结的P型区和N型区是同种材料。（如红黄光中的：GaAs上生长GaAs,蓝绿光中：U(undope)－GaN上生长N(dope)－ GaN） 异质结：两种晶体结构相同，晶格常数相近，但带隙宽度不同的半导体材料生长在一起形成的结，称为异质结。（如蓝绿光中：GaN上生长Al GaN） 超晶格（superlatic）：由两种或两种以上组分不同或导电类型各异的超薄层（相邻势阱内电子波函数发生交迭）的材料，交替生长形成的人工周期性结构，称为超晶格材料。 量子阱(QW)：通常把势垒较厚，以致于相邻电子波函数不发生交迭的周期性结构，称为量子阱（它是超晶格的一种）。 半导体 分类：元素半导体：Si 、Ge 化合物半导体：GaAs、InP、GaN(Ⅲ-Ⅴ)、ZnSe(Ⅱ-Ⅵ) 、SiC 化合物半导体优点： 调节材料组分易形成直接带隙材料，有高的光电转换效率。（光电器件一般选用直接带隙材料） 高电子迁移率。 可制成异质结，进行能带裁减，易形成新器件。 半导体杂质和缺陷 杂质：替位式杂质（有效掺杂） 间隙式杂质 缺陷：点缺陷：如空位、间隙原子 线缺陷：如位错 面缺陷：（即立方密积结构里夹杂着少量六角密积）如层错 外延技术 LPE：液相外延，生长速率快，产量大，但晶体生长难以精确控制。（普亮LED常用此生长方法） MOCVD（也称MOVPE）：Metal Organic Chemical Vapour Deposition金属有机汽相淀积,精确控制晶体生长，重复性好，产量大，适合工业化大生产。 HVPE：氢化物汽相外延，是近几年在MOCVD基础上发展起来的，适应于Ⅲ-Ⅴ氮化物半导体薄膜和超晶格外延生长的一种新技术。生长速率快，但晶格质量较差。 MBE：分子束外延，可精确控制晶体生长，生长出的晶体异常光滑，晶格质量非常好，但生长速率慢，难以用于工业化大生产。

半导体基础知识

一．名词解释： 1..什么是半导体？半导体具有那些特性？ 导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体 热敏性：导电能力受温度影响大，当环境温度升高时，其导电能力增强。可制作热敏元件。 光敏性：导电能力受光照影响大，当光照增强时候，导电能力增强。可制作光敏元件。 掺杂性：导电能力受杂质影响极大，称为掺杂性。 2.典型的半导体是SI和Ge , 它们都是四价元素。Si是一种化学元素，在地壳中含量仅次于氧，其核外电子排布是？。 3.半导体材料中有两种载流子，电子和空穴。电子带负电，空穴带正电，在纯净半导体中掺入不同杂质可得到P型和N型半导体，常见P型半导体的掺杂元素为硼，N型半导体的掺杂元素为磷。P型半导体主要空穴导电，N型半导体主要靠电子导电。 4. 导体：导电性能良好，其外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流，常见的导体有铁，铝，铜等低价金属元素。 5.绝缘体：一般情况下不导电，其原子的最外层电子受原子核束缚很强，只有当外电场达到一定程度才可导电。惰性气体，橡胶等。 6.半导体：一般情况下不导电，但在外界因素刺激下可以导电，例如强电场或强光照射。 其原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体和绝缘体之间。Si,Ge等四价元素。 7. 本征半导体：无杂质的具有稳定结构的半导体。 8晶体：由完全相同的原子，分子或原子团在空间有规律的周期性排列构成的有一定几何形状的固体材料，构成晶体的完全相同的原子，分子，原子团称为基元。 9.晶体结构：简单立方，体心立方，面心立方，六角密积，NACL结构，CSCL结构，金刚石结构。 10.七大晶系：三斜，单斜，正交，四角，六角，三角，立方。 11.酸腐蚀和碱腐蚀的化学反应方程式： SI+4HNO3+HF=SIF4+4NO2+4H2O SI+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 12.自然界的物质，可分为晶体和非晶体两大类。常见的晶体有硅，锗，铜，铅等。常见的非晶体有玻璃，塑料，松香等。晶体和非晶体可以从三个方面来区分：1.晶体有规则的外形 2.晶体具有一定的熔点 3.晶体各向异性。 13.晶胞：晶体中有无限在空间按一定规律分布的格点，叫空间点阵。组成空间点阵最基本的单元叫晶胞。晶胞具有很多晶体的性质，很多晶胞在空间重复排列起来就得到整个晶体。不同的晶体，晶胞的形状不同。 14.根据缺陷相对晶体尺寸或影响范围大小，可分为以下几类： A:点缺陷 B:线缺陷 C:面缺陷 D:体缺陷 15.位错：一种晶体缺陷。晶体的位错是围绕着一条很长的线，在一定范围内原子都发生规律的错动，离开它原来的平衡位置，叫位错。 16. CZ 法生长单晶工艺过程： 装炉-融化-引晶-缩细颈-转肩-放肩-等径生长-收尾-停炉 A装炉：将腐蚀好的籽晶装入籽晶夹头，装正，装好，装牢。将清理干净的石墨器件装入单晶炉，调整石墨器件位置，使加热器，保温罩，石墨托碗保持同心。

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半导体基础知识（详细篇） 2.1.1 概念 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。 1. 导体：容易导电的物体。如：铁、铜等 2. 绝缘体：几乎不导电的物体。如：橡胶等 3. 半导体：半导体是导电性能介于导体和半导体之间的物体。在一定条件下可导电。半导体的电阻率为10-3～109 Ω·cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。 半导体特点： 1) 在外界能源的作用下，导电性能显著变化。光敏元件、热敏元件属于此类。 2) 在纯净半导体内掺入杂质，导电性能显著增加。二极管、三极管属于此类。 2.1.2 本征半导体 1.本征半导体——化学成分纯净的半导体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。它在物理结构上呈单晶体形态。电子技术中用的最多的是硅和锗。 硅和锗都是4价元素，它们的外层电子都是4个。其简化原子结构模型如下图： 外层电子受原子核的束缚力最小，成为价电子。物质的性质是由价电子决定的。 外层电子受原子核的束缚力最 小，成为价电子。物质的性质是由价 电子决定的。 2.本征半导体的共价键结构 本征晶体中各原子之间靠得很近，使原分属于各原子的四个价电子同时受到相邻原子的吸引，分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。共价键中的价电

子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。如下图所示： 硅晶体的空间排列与共价键结构平面示意图 3.共价键 共价键上的两个电子是由相邻原子各用 一个电子组成的，这两个电子被成为束缚电 子。束缚电子同时受两个原子的约束，如果没 有足够的能量，不易脱离轨道。因此，在绝对 温度T=0°K（-273°C）时，由于共价键中的 电子被束缚着，本征半导体中没有自由电子， 不导电。只有在激发下，本征半导体才能导电 4.电子与空穴 当导体处于热力学温度0°K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。这一现象称为本征激发，也称热激发。 自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。 电子与空穴的复合

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半导体基础知识 Prepared on 24 November 2020

一．名词解释： 1..什么是半导体半导体具有那些特性 导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体 热敏性：导电能力受温度影响大，当环境温度升高时，其导电能力增强。可制作热敏元件。 光敏性：导电能力受光照影响大，当光照增强时候，导电能力增强。可制作光敏元件。 掺杂性：导电能力受杂质影响极大，称为掺杂性。 2.典型的半导体是SI和Ge , 它们都是四价元素。Si是一种化学元素，在地壳中含量仅次于氧，其核外电子排布是。 3.半导体材料中有两种载流子，电子和空穴。电子带负电，空穴带正电，在纯净半导体中掺入不同杂质可得到P型和N型半导体，常见P型半导体的掺杂元素为硼，N型半导体的掺杂元素为磷。P型半导体主要空穴导电， N型半导体主要靠电子导电。 4. 导体：导电性能良好，其外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流，常见的导体有铁，铝，铜等低价金属元素。 5.绝缘体：一般情况下不导电，其原子的最外层电子受原子核束缚很强，只有当外电场达到一定程度才可导电。惰性气体，橡胶等。 6.半导体：一般情况下不导电，但在外界因素刺激下可以导电，例如强电场或强光照射。 其原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体和绝缘体之间。Si,Ge等四价元素。

7. 本征半导体：无杂质的具有稳定结构的半导体。 8晶体：由完全相同的原子，分子或原子团在空间有规律的周期性排列构成的有一定几何形状的固体材料，构成晶体的完全相同的原子，分子，原子团称为基元。 9.晶体结构：简单立方，体心立方，面心立方，六角密积， NACL结构，CSCL结构，金刚石结构。 10.七大晶系：三斜，单斜，正交，四角，六角，三角，立方。 11.酸腐蚀和碱腐蚀的化学反应方程式： SI+4HNO3+HF=SIF4+4NO2+4H2O SI+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 12.自然界的物质，可分为晶体和非晶体两大类。常见的晶体有硅，锗，铜，铅等。常见的非晶体有玻璃，塑料，松香等。晶体和非晶体可以从三个方面来区分：1.晶体有规则的外形 2.晶体具有一定的熔点 3.晶体各向异性。 13.晶胞：晶体中有无限在空间按一定规律分布的格点，叫空间点阵。组成空间点阵最基本的单元叫晶胞。晶胞具有很多晶体的性质，很多晶胞在空间重复排列起来就得到整个晶体。不同的晶体，晶胞的形状不同。 14.根据缺陷相对晶体尺寸或影响范围大小，可分为以下几类： A:点缺陷 B:线缺陷 C:面缺陷 D:体缺陷 15.位错：一种晶体缺陷。晶体的位错是围绕着一条很长的线，在一定范围内原子都发生规律的错动，离开它原来的平衡位置，叫位错。

半导体行业必备知识

半导体行业必备知识 标题: 半导体行业必备知识：从基础概念到未来发展 引言: 半导体行业是现代科技和电子行业的核心，对我们的生活产生了深远 的影响。为了更好地理解和掌握半导体行业，本文将从基础概念开始，逐步深入探讨相关主题。我们将介绍半导体的定义、材料和工艺，以 及半导体芯片的制造和应用。此外，我们还将讨论半导体行业的未来 发展趋势和挑战，以及对环境和社会的影响。 第一部分：半导体基础知识 1. 半导体的定义和特性 - 解释什么是半导体，以及半导体材料的特性。 - 讨论半导体材料的能带结构和导电性质。 2. 半导体材料 - 介绍常见的半导体材料，如硅(Si)和砷化镓(GaAs)。 - 分析不同材料的特点、优缺点和在半导体行业中的应用。 3. 半导体器件和工艺 - 介绍半导体器件的基础结构，如二极管和晶体管。

- 解释常用的半导体工艺，如光刻和离子注入，以及它们对半导体器件性能的影响。 第二部分：半导体芯片制造和应用 1. 半导体芯片制造工艺 - 详细描述半导体芯片的制造过程，包括晶圆加工、沉积、刻蚀和清洗等步骤。 - 分析不同制造工艺对芯片性能和产量的影响。 2. 半导体芯片应用领域 - 探讨半导体芯片在各个领域的应用，如通信、计算机、医疗和能源。 - 强调半导体芯片在现代科技和电子领域的关键作用。 第三部分：半导体行业的未来发展 1. 新兴半导体技术 - 介绍新兴的半导体技术，如碳纳米管和量子点。 - 分析这些技术在提高芯片性能和创新应用方面的潜力。 2. 挑战和趋势 - 讨论半导体行业面临的挑战，如技术复杂性和成本压力。 - 分析行业的发展趋势，如人工智能和物联网对半导体需求的增长。 第四部分：半导体行业的环境和社会影响

半导体物理知识点汇总总结

半导体物理知识点汇总总结 一、半导体物理基本概念 半导体是介于导体和绝缘体之间的材料，它具有一些导体和绝缘体的特性。半导体是由单一、多层、回交或互相稀释的混合晶形的二元、三元或多元化合物所组成。它的特点是它 的电导率介于导体和绝缘体之间，是导体的电导率∗101~1015倍，是绝缘体的电导率 ÷102~103倍。半导体材料具有晶体结构，对它取决于结晶度的大小，织排效应特别大。 由于它的电导率数值在半导体晶体内并不等同，所以它是隔离的，具有相当大的飞行束度，并且不容易受到外界的干扰。 二、半导体晶体结构 半导体是晶体材料中最均匀最典型的材料之一，半导体的基本结构是一个由原子排成的一种规则有序的晶体结构。半导体原子是立方体的晶体，具有600个原子的立方体晶体结构，又称之为立方的晶体结构。半导体晶体结构的代表性六面体晶体结构，是一种由 两个或两个以上的六面全部说构成的立方晶体。 半导体晶体的界面都是由两个或两个以上的六面全部说构成的晶体包围构成，是由两个或两个以上的六面全部说构成的立方晶体。半导体晶体的界面都是由两个或两个以上 的六面全部说构成的晶点构成，是由两个或两个以上的六面全部说构成的晶点构成。 三、半导体的能带结构 半导体的能带“带”是指其电子是在“带”中运动的，是光电子带，又称作价带，当其中的自 由电子都填满时另一种平面，又称导电带，当其中的自由电子并不填满时其另一种平面在 有一些能够使电子轻易穿越的东西。 半导体的能带是由两个非常临近的能带组成的，其中价带的最上一层电子不足，而导电 带的下一层电子却相当到往动能，这一些动能可能直到加到电子摆脱它自己体原子，变成 自由电子，并且在整体晶体里自由活动。 四、半导体的导电机理 半导体的导电机理是在外加电压加大时一部分自由电子均可以在各自能带中加速骚扰，从 而增加在给导电子处所需要的电压增大并最终触碰到另一种平面上产生电流就可以。 五、半导体的掺杂 掺杂是指在纯净半导体中加入某些以外杂质元素的行为。掺杂的来源可以分为两类:一是大量掺杂，其中外寡不多于半导体晶格总数的百分之一，包括自由电子（n型半导体）、位 置活性原子缺陷（空穴，p型半导体）。另一种是稀少掺杂，即外寡太多于半导体晶格总 数的百分之一。稀少掺杂的能带形状在始终半导体。常规掺杂砷是五价元素，它形成时，

半导体物理学基础知识

半导体物理学基础知识 半导体是一种固体材料，它的电导率介于导体和绝缘体之间，因而得名。半导体的特殊性质使得它在电子学、光电子学、计算机科学等众多应用领域具有重要的地位。本文将介绍半导体物理学的基础知识，包括半导体材料的结构和性质，电子在半导体中的运动和掺杂等方面。 一、半导体材料的结构和性质 半导体材料的基本结构由四个元素构成：硅、锗、砷和磷。这些元素除了硅和锗是单质以外，其余的都是化合物。半导体材料的晶体结构通常为立方晶体或四面体晶体。 半导体材料的电性质由其晶格结构和掺杂情况决定。在材料内的原子构成规则的晶格结构中，每个原子都有定位，并与其他原子通过化学键相互链接。晶格结构可以分为晶格点和间隙两个部分。如果每个原子都占据晶格点，那么该半导体材料的结构就是类似于钻石的结构，实际上就是一个绝缘体。但是，如果一些晶格点中有缺陷，或是有一些原子没有在晶格点上占据位置，则可以导致半导体材料成为电导率介于导体和绝缘体之间的半导体。

在半导体材料中，掺杂是一种常用技术，对于改变其电性质尤其有效。掺杂就是在半导体中加入少量的另一种元素，以改变其电子结构和电导率。掺杂元素是指半导体材料中所加入的杂质原子。它们可以分为两类：施主和受主。施主原子是比半导体材料中的原子更多的元素（例如磷或硼），在它占据晶格点时，它的外层电子一般比材料中的原子多，这些电子比较容易脱离施主原子并移动到其他位置，从而形成了自由电子。受主原子是原子数比材料中的原子少的元素（例如锑或砷），因此它会在晶体中形成一些空位。与施主原子不同的是，受主原子会接受电子，从而形成电子空穴。 二、电子在半导体中的运动 在半导体中，电子的运动可以由以下几个方面来描述：载流子流动、漂移、扩散、复合效应。 载流子是电子在半导体中运动的基本单元，携带带电粒子的特性。在半导体中，载流子通常包括自由电子和空穴。电子的自由运动和空穴的自由运动是载流子流动的两种形式。载流子流动的基本原理是，施主和受主原子的掺杂，带来了半导体内部电子和

半导体基础知识详细

半导体基础知识详细 半导体是一种电子特性介于导体和绝缘体之间的材料。它的电阻率介于导体和绝缘体之间，而且在外界条件下可以通过控制电场、光照、温度等因素来改变其电子特性。半导体材料广泛应用于电子器件、太阳能电池、光电器件、传感器等领域。 1. 半导体的基本概念 半导体是指在温度为绝对零度时，其电阻率介于导体和绝缘体之间的材料。在室温下，半导体的电阻率通常在10^-3到10^8Ω·cm之间。半导体的导电性质可以通过控制材料中的杂质浓度来改变，这种过程称为掺杂。 2. 半导体的晶体结构 半导体的晶体结构分为两种：共价键晶体和离子键晶体。 共价键晶体是由原子间共享电子形成的晶体，如硅、锗等。共价键晶体的晶格结构稳定，电子在晶格中移动时需要克服较大的势垒，因此其导电性较差。 离子键晶体是由正负离子间的静电作用形成的晶体，如氯化钠、氧化镁等。离子键晶体的晶格结构较稳定，电子在晶格中移动时需要克服较小的势垒，因此其导电性较好。 3. 半导体的能带结构 半导体的能带结构是指半导体中电子能量的分布情况。半导体的能带结构分为价带和导带两部分。 价带是指半导体中最高的能量带，其中填满了价电子。导带是指半导体中次高的能量带，其中没有或只有很少的电子。当半导体中的电子受到外界激发时，可以从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。 4. 半导体的掺杂 半导体的掺杂是指向半导体中加入少量的杂质原子，以改变其电子特性。掺杂分为n型和p 型两种。 n型半导体是指向半导体中掺入少量的五价杂质原子，如磷、砷等。这些杂质原子会向半导体中释放一个电子，形成自由电子，从而提高半导体的导电性能。 p型半导体是指向半导体中掺入少量的三价杂质原子，如硼、铝等。这些杂质原子会从半导体中吸收一个电子，形成空穴，从而提高半导体的导电性能。 5. 半导体器件 半导体器件是利用半导体材料制造的电子器件，包括二极管、晶体管、场效应管、集成电路

半导体材料的基础知识

半导体材料的基础知识 半导体材料是一种在现代电子学和信息技术中应用广泛的材料。它的基础性质和应用原理可以说是当代物理学和电子技术的重要 研究内容。在本文中，我们将介绍半导体材料的基础知识。 1. 半导体材料的基本结构 半导体材料通常由硅，锗，蓝宝石，碳化硅等多种材料组成。 半导体材料的结构比较复杂，但是可以分为三个主要部分：晶格 结构，杂质、缺陷与材料表面。 （1）晶格结构 半导体材料是由晶体结构组成的，它具有一定的周期性和对称性。硅族元素和氮族元素晶格结构通常为立方晶系，锗和砷的晶 格结构则为钻石晶系。晶格结构的大小和组成决定了材料的物理 性质。 （2）杂质、缺陷和材料表面

半导体材料的表面和晶界可能存在杂质和缺陷。杂质是指掺入半导体晶体中的不同元素，通常称为掺杂。这种掺杂可以改变材料的特性，如电导率、热导率等，从而使其达到所需的性能。缺陷则是材料的晶体中的结构性变化。他们可以导致材料的导电性变化，从而影响整个电子系统的运行效果。 2. 半导体物理特性 半导体材料数电子学通常被用于发展系统和设备。因为半导体材料具有一些特殊的物理和电学特性。 （1）导电类型 半导体材料的导电型别主要有p型和n型。它们的特点在于材料中的掺杂浓度不同。p型是指加入含有三个电子的元素，取代了材料中原来的元素。这些三价元素可以在p型半导体中留下空位置，其中可以容纳自由电子，从而形成电子空穴。n型半导体与p 型有所不同，它是通过向材料中掺入含有五个电子的元素来形成的，如磷、硒等元素。这些五价元素可以提供更多的自由电子，从而导致电子流通的过程。

（2）禁带宽度 半导体材料有一个固有的能带结构，这个能带称为禁带。当材 料导电时，电子从导带中被激发到价带中。而导带和价带之间的 距离称为禁带宽度。这个宽度影响材料的电性质，并且也很重要，因为它决定了材料能否被用作半导体器件的基础。 3. 典型半导体器件 半导体材料不仅可以作为电子元器件的基础材料，还可以制成 各种各样的器件。 （1）晶体管 晶体管是一种典型的半导体器件。它是由半导体材料分成三个 不同的区域制成的：发射区，基区和集射区。整个晶体管由材料 片加工而成，但在它的中心，经过掺杂的管道形出射区，使电子 能够流动。在该区域中某些材料的掺量增加，从而产生电子和空 穴的浓度差异。晶体管的作用是控制一组电流。其基本原理是通 过基区的电子和空穴重新组合，从而控制集射区中的电流。

半导体物理知识点梳理

半导体物理知识点梳理 简介 半导体物理学是研究半导体材料的电子结构、载流子动力学和半导体器件工作原理的学科。它是现代微电子工业的基础和前提，包含了多种复杂的物理过程和电子器件设计原理。在集成电路中，半导体物理学的研究对于我们理解电子器件的工作原理和提高器件性能至关重要。 一、半导体材料的电子结构 1. 能带 能带是指材料中的能量电子集合，可以被电子占据或空出来。常见的能带包括价带和导带。价带中的电子与原子核共享一个价电子对，导带则含有未占据的电子。导带和价带之间的区域称为禁带，其中没有可用的能级，这使得该区域没有自由电子。禁带宽度决定了材料的导电性质。 2. 牛顿力学与量子力学 经典物理学，如牛顿力学，不能完全描述电子在原子中的行为，因此计算价带和导带的能量需要借助量子力学。量子力学通过考虑波粒二象性和不确定性原理，说明电子存在于这两个能带中，以及它们的位置和能量。 3. 材料的类型 半导体凭借其调谐电子运动的能力而成为电子器件的主要材料之一。半导体材料通常可以划分为晶体（单晶或多晶）和非晶体，前者由规则排列的原子构成，后者则表现为无序空间结构。

二、载流子动力学 1. 载流子类型 在材料中，载流子是指负电荷（电子）或正电荷（空穴），它们的运动是电流传导的主要过程。半导体中的载流子种类包括电子和空穴。这些载流子的输运以及它们的沟通将直接影响材料的电学行为。 2. 拉曼散射与荷质比 拉曼散射是一种通过材料中的声子色散特性筛选其材料类型和结构的方法。这可以帮助确定载流子的荷质比，荷质比是电荷与带负荷的质量之比。荷质比是半导体的一个关键参数，它决定了载流子的涵盖区域和速度。 3. 面掺杂 多数半导体材料中的电子和空穴浓度是非常低的，这导致了它们的电导率较低。通过面掺杂，半导体的电导率可以得到提高。面掺杂涉及向材料表面引入杂质原子，这些原子具有带电性质以及能影响材料电荷载流子浓度的能力。 三、半导体器件工作原理 1. 篱截型场效应晶体管 篱截型场效应晶体管（MESFET）是一种单极型晶体管器件，它是通过在材料中形成门结构，控制源引线到漏引线通道上电子流的芯片。MESFET的优点是具有高功率、高速度和卓越的线性性能。它们广泛用于射频和信号放大器中。 2. 二极管 二极管是一种将电负载和放电的电子流限制在一个方向的半导体器件。它们是大多数电子设备的基础元件。二极管可以通过控制材料的禁带宽度和夹杂性来改变器件的行为。 3. 单晶体三极管

半导体基础知识

半导体基础知识 半导体是一种介于导体和绝缘体之间的物质，具有一些特殊的电学和光学性质，被广泛应用于电子器件和光电子器件中。本文将简要介绍半导体的概念、特性以及应用。 半导体的概念：半导体是电子能带（能量分布）相对比较窄的材料，其导电性介于导体和绝缘体之间。在半导体中，电子的能级分布较为复杂，包括价带（最高被占据的电子能级）和导带（最低未被占据的电子能级）。 半导体的特性：半导体具有以下几个特点。首先是电导率随温度变化的特性。随着温度的升高，半导体的导电性会增强。其次是半导体的导电性可由掺杂改变。通过掺杂，即向纯净的半导体中加入其他元素来改变其电子结构，从而使其成为N型或P型半导体，分别具有激子（空穴与电子的结合态）和电子的载流子。此外，半导体还具有半导体光的吸收、发射和输运的特性，可以用于光电子器件制造。 半导体的应用：半导体的应用广泛，涵盖了多个领域。首先是电子器件，如晶体管和集成电路。晶体管是一种半导体器件，可以用来放大和控制电子信号。集成电路是将多个晶体管和其他电子元件集成在单一芯片上，实现复杂的电子逻辑功能。其次是光电子器件，如光电二极管和激光器。光电二极管是一种能够将光信号转换为电信号的器件，广泛应用于光通信和光电测量领域。激光器是一种能将电能转化为高强度、相干性很好的光束的器件，被广泛应用于医疗、通信和材料加工等领域。

在半导体的研究和开发中，还有一些重要的概念需要了解。一个重要的概念是PN结，即P型半导体和N型半导体的结合。PN结具有整流特性，即当施加在结上的电压为正向偏置时，电流通过；而当电压为反向偏置时，电流几乎不流动。这种特性被广泛应用于二极管和整流器件中。 总结起来，半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，具有特殊的电学和光学性质。半导体的特性和应用广泛，包括电子器件和光电子器件等多个领域。对于理解半导体的基础知识，可以为进一步学习和应用提供基础。

半导体知识物理知识点总结

半导体知识物理知识点总结 半导体的电子结构决定了它的导电性质。在半导体中，能带结构是一个关键的物理概念。 在固体中，电子的能级是分立的，因此存在一个最低能级和一个最高能级，这两个能级之 间的能带被称为价带（valence band）和导带（conduction band）。在绝缘体中，价带与 导带之间存在很大的能隙，因此电子很难跃迁到导带，所以绝缘体几乎不导电；而在导体中，价带和导带之间的能隙很小，甚至可能没有能隙，因此电子可以很容易地跃迁到导带，形成电流。 而在半导体中，价带与导带之间的能隙介于绝缘体和导体之间，这使得半导体在外加电场 或其他条件下，可以由绝缘体状态变成导体状态，这种特性使得半导体在电子器件中能够 发挥重要作用。 半导体中电子运动的理论基础是固体物理中的布洛赫定理，根据这个定理，半导体中的价 带和导带都是由大量的原子能级集合而成的。这些原子能级之间存在能量间隙，称为带隙。在这些能级之间的电子受到周期性结构的影响，在电场作用下不能逐渐加速而被迅速散射，这种散射使得电子不能无阻碍地在晶体中移动。 根据半导体中电子和空穴的运动情况，半导体的导电机制主要可以分为两种：电子导电和 空穴导电。 在半导体中，通过加热或光照等方法，可以将一部分价带中的电子激发到导带中，这样就 会在价带中留下正电荷，形成空穴。这些被激发出来的电子和空穴以载流子的形式参与半 导体的导电过程。当外加电场作用于半导体材料时，电子和空穴会在半导体中运动，从而 导致半导体中产生电流。 另外，半导体中的能带结构也与半导体材料的性能及其在器件中的应用有着密切的关系。 在半导体器件中，常见的半导体材料有硅、锗、GaAs等。硅是最常见的半导体材料之一，由于它价格低廉、制备工艺成熟，被广泛用于半导体器件中。锗是另一种常见的半导体材料，它的电子迁移率较高，适合用于一些高频器件。GaAs则是一种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，具有较高的电子迁移率和较高的饱和漂移速度，因此被广泛应用于高频和光电器件中。 半导体器件种类繁多，按功能和工作原理可分为：二极管、场效应管、晶体管、光电二极管、光电晶体管、激光器等。 二极管是最简单的半导体器件，由一对P型和N型半导体材料组成，它具有单向导电性。当施加正向偏压时，P-N结区域的电子和空穴被迅速推进，电阻变小，形成电流通路；当 施加反向偏压时，P-N结区域的载流子被反向电场分离，使二极管处于截止状态，电流非 常微弱。由于二极管具有单向导电性，可以被用作整流器、开关等电路中。 场效应管是一种控制电流的半导体器件，它的核心部分是栅极。栅极处于有源器件器件之间，通过调节栅极电压，可以控制有源器件的电流，实现对电流的调节和控制。场效应管