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。

（2）二极管

二极管是半导体器件的另一种类型，它是由p型半导体和n型半导体组成的。当一个电压施加到二极管上时，电子就可以通过半导体跨越空穴，并在两个区域之间形成电流。二极管主要用于电源电路、放大器、振荡器等。

4. 总结

半导体材料是现代电子学的核心和关键元素之一，它们的物理特性和技术应用广泛。了解其基础知识对于从事相关研究和技术开发的人员是非常重要的，也有助于对电子产品和服务的理解和应用。

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

(整理)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，

半导体的基础知识

半导体的基础知识 半导体器件是现代电子技术的重要组成部分，是由半导体材料制造而成的。为了能够更好的了解半导体器件的性能，有必要先了解一些半导体材料的基本性质。 1.物质的分类 自然界有很多不同种类的物质。这些物质按照导电性强弱来分类，大致可以分为三类：导体、半导体和绝缘体。导体是很容易导电的物质，例如铜和铝等等；绝缘体是几乎不能导电的物质，比如塑料、橡胶、玻璃等；而半导体的导电能力是介于导体和绝缘体之间的这样一类物质。常用的半导体材料有硅、锗等。其中，硅是目前最常用的一种半导体材料。 2.半导体导电的特性 半导体除了在导电能力方面与导体和绝缘体不同以外，它还具有不同于其他物质的特点。例如：当半导体受到外界光和热的刺激时，其导电能力将发生显著的变化；在纯净的半导体中加入某种特定的微量杂质，其导电能力也会有显著的增加。 这些特点说明，半导体导电的机制一定和导体、绝缘体不同。为了更好的理解这些特点，就必须了解半导体的结构。 3.半导体的内部结构 在电子器件中，用得最多的半导体材料就是硅和锗，它们都是四价元素；半导体内部的原子具有严格的晶体结构，原子之间形成有序的排列，每个硅原子周围和四个相邻的硅原子以共价键相连接，形成共价键的这一对电子就称为“价电子”。通常情况下，共价键对价电子的束缚能力很强，绝大多数价电子被束缚在共价键中而不能自由移动，所以半导体的导电性能较差。在绝对零度下，纯净的半导体内部所有的价电子都被共价键所束缚，在半导体内部没有可以自由导电的带电粒子，所以此时半导体是没有导电能力的；在本征激发时，半导体才会具有导电能力。 下面，我们来学习什么是本征激发。 4.本征激发 首先来学习几个概念。 （1）本征半导体：我们把结构完整、完全纯净的半导体晶体称为本征半导体。 （2）激发：半导体晶体内部共价键中的价电子由于获得足够的能量而挣脱掉共价键的束缚成为自由电子的过程称为“激发”。 （3）载流子：可以自由移动的带电粒子称为“载流子”。 本征激发的物理过程： 在绝对零度和没有外界激发的条件下，由于每个原子的外围电子都被共价键所束缚，所以对电流的形成没有作用。但是，半导体内共价键的价电子绝缘体中束缚的那么紧，在室温下，一些价电子就会获得足够的热振动能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子。这种现象就称为“本征激发”。 当电子挣脱共价键的束缚成为自由电子以后，共价键中就留下一个空位，这个空位叫做“空穴”。空穴的出现时半导体区别于导体的一个重要特点。由于共价键中出现了空穴，在外电场或其他能量作用下，临近的价电子就可以填补到这个空位上，而在这个电子原来的位置上又留下新的空位，其他电子又可以转移到这个空位上，这样就相当于出现的电荷的迁移。因此在分析半导体导电过程的时候，用空穴的运动来代替共价键中电子的运动更为方便，在这里可以把空穴看成是一个带正电的粒子，可以和自由电子一样参与导电。因此空穴也是半导体中的一种载流子。 总结一下本征激发的过程：T↑→价电子获得足够能量→挣脱共价键束缚→自由电子↑→空穴↑结论：在本征半导体内，本征激发产生的自由电子和空穴总是成对出现的，是电子-空穴对，且载流子的数量与温度等外界条件有关。 5.杂质半导体 在本征半导体中掺入微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著的变化。根据掺入的杂质不同，杂质半导体可以分为两种：N型杂质半导体和P型杂质半导体。

半导体基础知识

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

半导体的基本知识

半导体的基本知识 1.导体、绝缘体和半导体 物质按导电性能可分为导体、绝缘体和半导体。物质的导电特性取决于原子结构。 （1）导体 导体一般为低价元素, 如铜、铁、铝等金属, 其最外层电子受原子核的束缚力很小, 因而极易挣脱原子核的束缚成为自由电子。因此在外电场作用下, 这些电子产生定向运动(称为漂移运动)形成电流, 呈现出较好的导电特性。 （2）绝缘体 高价元素(如惰性气体)和高分子物质(如橡胶, 塑料)最外层电子受原子核的束缚力很强, 极不易摆脱原子核的束缚成为自由电子, 所以其导电性极差, 可作为绝缘材料。 （3）半导体 半导体的最外层电子数一般为4个，既不像导体那样极易摆脱原子核的束缚, 成为自由电子, 也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧, 因此, 半导体的导电特性介于二者之间。常用的半导体材料有硅、锗、硒等。 2. 半导体的独特性能 金属导体的电导率一般在105s/cm量级；塑料、云母等绝缘体的电导率通常是10-22~10-14s/cm量级；半导体的电导率则在10-9~102s/cm量级。 半导体的导电能力虽然介于导体和绝缘体之间，但半导体的应用却极其广泛，这是由半导体的独特性能决定的： 光敏性——半导体受光照后，其导电能力大大增强 热敏性——受温度的影响，半导体导电能力变化很大； 掺杂性——在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电能力极大地增强； 半导体材料的独特性能是由其内部的导电机理所决定的。 3. 本征半导体 纯净晶体结构的半导体称为本征半导体。常用的半导体材料是硅和锗, 它们都是四价元素, 在原子结构中最外层轨道上有四个价电子。如图1.1.1所示 84 8184

半导体基础知识

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。

半导体的基本知识

半导体的基本知识 1、物质的分类 按照导电能力的大小可以分为导体、半导体和绝缘体。导电能力用电阻率衡量。 导体：具有良好导电性能的物质，如铜、铁、铝电阻率一般小于10－4Ω•cm 绝缘体：导电能力很差或不导电的物质，如玻璃、陶瓷、塑料。 电阻率在108Ω•cm以上 半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，如锗、硅。 纯净的半导体硅的电阻率约为241000Ω•cm 2、半导体的特性 与导体、绝缘体相比，半导体具有三个显著特点： （1）电阻率的大小受杂质含量多少的影响极大，如硅中只要掺入百万分之一的杂质硼，硅的电阻率就会从241000Ω•cm下降到0.4Ω•cm，变化了50多万倍； （2）电阻率受环境温度的影响很大。 例如：温度每升高8℃时，纯净硅的电阻率就会降低一半左右；金属每升高10℃时，电阻率只增加4％左右。 热敏电阻：正温度系数—随着温度的升高，电阻阻值增加。

负温度系数―随着温度的升高，电阻阻值减小。 （3）光线的照射也会明显地影响半导体地导电性能。光敏电阻 3、半导体的结构 半导体材料锗和硅都是四价元素，它们原子核外层有四个价电子。正常情况下电子受原子核的束缚，不能任意移动，所以导电性能差。因为物体的导电是靠带电荷的粒子定向移动来实现的。 当向半导体内掺入杂质后，晶体内部原有的平衡被打破，当掺入硼原子时，它外层原有的三个价电子和周围的硅原子中的价电子形成“共价键”。这时硅原子不再呈电中性，好像失去了一个带负电的价电子，留下空位，称它为”空穴”。由于空穴有接收电子的性质，相当于一个正电荷。当掺入磷原子，它外层有五个价电子，形成共价键时就多出了一个价电子。此电子可以自由参加导电。把半导体中载运电荷的粒子称为载流子，带负电的自由电子和带正电的空穴都是半导体中的载流子。在掺杂的半导体中电子和空穴的数目是不相等的，这就有多数载流子和少数载流子之分。 载流子―在电场作用下，能作定向运动的粒子。 在半导体中，载流子有两种：自由电子和空穴。 4、本征半导体 完全纯净的、结构完整的半导体晶体。（纯净度 99.99999%） 5、杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。这种半导体称为杂质半导体。

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。

半导体材料相关知识介绍

半导体材料（semiconductor material） 导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料，其电阻率在10（U-3）~10（U-9）欧姆/厘米范围内。半导体材料的电学性质对光、热、电、磁等外界因素的变化十分敏感，在半导体材料中掺入少量杂质可以控制这类材料的电导率。正是利用半导体材料的这些性质，才制造出功能多样的半导体器件。半导体材料是半导体工业的基础，它的发展对半导体技术的发展有极大的影响。半导体材料按化学成分和内部结构，大致可分为以下几类。1.元素半导体有锗、硅、硒、硼、碲、锑等。50年代，锗在半导体中占主导地位，但锗半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差，到60年代后期逐渐被硅材料取代。用硅制造的半导体器件，耐高温和抗辐射性能较好，特别适宜制作大功率器件。因此，硅已成为应用最多的一种增导体材料，目前的集成电路大多数是用硅材料制造的。2.化合物半导体由两种或两种以上的元素化合而成的半导体材料。它的种类很多，重要的有砷化镓、磷化锢、锑化锢、碳化硅、硫化镉及镓砷硅等。其中砷化镓是制造微波器件和集成电的重要材料。碳化硅由于其抗辐射能力强、耐高温和化学稳定性好，在航天技术领域有着广泛的应用。3.无定形半导体材料用作半导体的玻璃是一种非晶体无定形半导体材料，分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃两种。这类材料具有良好的开关和记忆特性和很强的抗辐射能力，主要用来制造阈值开关、记忆开关和固体显示器件。4.有机增导体材料已知的有机半导体材料有几十种，包括萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等，目前尚未得到应用。 特性和参数半导体材料的导电性对某些微量杂质极敏感。纯度很高的半导体材料称为本征半导体，常温下其电阻率很高，是电的不良导体。在高纯半导体材料中掺入适当杂质后，由于杂质原子提供导电载流子，使材料的电阻率大为降低。这种掺杂半导体常称为杂质半导体。杂质半导体靠导带电子导电的称N型半导体，靠价带空穴导电的称P型半导体。不同类型半导体间接触（构成PN结）或半导体与金属接触时，因电子（或空穴）浓度差而产生扩散，在接触处形成位垒，因而这类接触具有单向导电性。利用PN结的单向导电性，可以制成具有不同功能的半导体器件，如二极管、三极管、晶闸管等。此外，半导体材料的导电性对外界条件（如热、光、电、磁等因素）的变化非常敏感，据此可以制造各种敏感元件，用于信息转换。 半导体材料的特性参数有禁带宽度、电阻率、载流子迁移率、非平衡载流子寿命和位错密度。禁带宽度由半导体的电子态、原子组态决定，反映组成这种材料的原子中价电子从束缚状态激发到自由状态所需的能量。电阻率、载流子迁移率反映材料的导电能力。非平衡载流子寿命反映半导体材料在外界作用（如光或电场）下内部载流子由非平衡状态向平衡状态过渡的弛豫特性。位错是晶体中最常见的一类缺陷。位错密度用来衡量半导体单晶材料晶格完整性的程度，对于非晶态半导体材料，则没有这一参数。半导体材料的特性参数不仅能反映半导体材料与其他非半导体材料之间的差别，更重要的是能反映各种半导体材料之间甚至同一种材料在不同情况下，其特性的量值差别。 种类常用的半导体材料分为元素半导体和化合物半导体。元素半导体是由单一元素制成的半导体材料。主要有硅、锗、硒等，以硅、锗应用最广。化合物半导体分为二元系、三元系、多元系和有机化合物半导体。二元系化合物半导体有Ⅲ-Ⅴ族（如砷化镓、磷化镓、磷化铟等）、Ⅱ-Ⅵ族（如硫化镉、硒化镉、碲化锌、硫化锌等）、Ⅳ-Ⅵ族（如硫化铅、硒化铅等）、Ⅳ-Ⅳ族（如碳化硅）化合物。三元系和多元系化合物半导体主要为三元和多元固溶体，如镓铝砷固溶体、镓锗砷磷固溶体等。有机化合物半导体有萘、蒽、聚丙烯腈等，还处于研究阶段。此外，还有非晶态和液态半导体材料，这类半导体与晶态半导体的最大区别是不具有严格周期性排列的晶体结构。 制备不同的半导体器件对半导体材料有不同的形态要求，包括单晶的切片、磨片、抛

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

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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。 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。 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 可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合，如图所示。本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。

半导体物理基础学习知识

半导体物理基础知识 一、半导体导电特点 电子线路中的要点器件如二极管、三极管、场效应管、集成电路等都是由半导体资料制成的，要解析上述器件的工作原理，必定对半导体资料的导电特点应有所认识。 1、什么是半导体 物质如按导电性能分可分为 （1）导体：电阻率ρ很小； （2）绝缘体：电阻率ρ很大； （3）半导体：电阻率ρ不大不小， 10-3～109Ω ?cm 。常 有的有：硅（ Si）、锗（ Ge）、砷化镓（ GaAs）等。 2、半导体独到的导电特点 （1）受温度（ T ）的影响大； T ↑→ ρ ↓，热牢固性差，但也可做热敏元件 （2）受光照的影响大； （3）混淆对导电性能影响大。 例：室温，纯净的硅，ρ = 2*103Ω?cm ，如掺百万分之一（10-6）的磷（ P），纯度还有 99.9999%（6 个 9），则ρ = 4*10 -3Ω ?cm 。 二、本征半导体 1、什么是本征半导体：纯净的(9 个 9 以上 ) ，晶格整齐无弊端的单晶半导体。 2、本征半导体晶格结构 （1）半导体原子结构 ＋4 惯性核价电子 （2）晶格结构 p3 图 1-1-2 每个价电子与相邻原子的价电子组成共价键。经过共价键使所有的原子结合成一个晶体。 ＋4＋4＋4 价 电 子 共＋4＋4＋4 价 键 ＋4＋4＋4

3、本征激发 （1）当 T=0K （绝对零度）时，所有价电子都拘束在共价键中，不能够成为自由电子，晶体相当绝缘体。 （2）当 T>0K 或光照时，部分价电子获得额外能量，摆脱共价键拘束变为自由 电子，并在共价键中留下一个缺少负电荷的空位（空穴）。这过程就叫本征激 发。 ＋4＋4＋4 自由 空穴 电子 ＋4＋4＋4 ＋4＋4＋4 （a）本征激发时，自由电子和空穴是成对出现，叫自由电子空穴对； （b）空穴是带正电的，由于原子是电中性的； （c）空穴能够运动：周边共价键中的价电子填补空穴。 （d）温度越高，产生的自由电子空穴对就越多。 4、载流子：能够运动的带电粒子。 半导体中自由电子和空穴都是载流子。 5、复合：自由电子填补空穴。 自由电子和空穴成抵消失。自由电子和空穴浓度越大，复合的几率就越大。 6、热平衡载流子浓度n i 热平衡：在必然温度下，自由电子空穴对的产生与复合达到了动向平衡（单位时间 有多少自由电子空穴对产生出来同时也有相同数量的自由电子空穴对复合掉）就叫热平衡。这时自由电子空穴对的浓度（单位体积粒子数）即热平衡热平衡载流子浓度n i保持不变。 3E go n i AT 2 e2 KT当温度T↑时，n i↑↑ 常温下，n i是很小的。例：硅在室温T=300K时，n i 1.5 1010 cm 3。而硅的原子密

半导体行业概览从基础知识到前沿技术的全面介绍

半导体行业概览从基础知识到前沿技术的全 面介绍 导言： 半导体行业是当今科技领域中最重要的产业之一，它在电子设备和信息技术的发展中起到关键作用。本文将从基础知识到前沿技术全面介绍半导体行业，让读者对该行业有更深入的了解。 一、基础知识 1.1 什么是半导体 半导体是一种导电性介于导体和绝缘体之间的材料，它的导电性可以通过外加电场或温度变化而调控。 1.2 半导体的材料类型 半导体材料主要包括硅、锗和化合物半导体等。其中，硅是最常用的材料，因其丰富的资源和稳定的性能而被广泛应用于各个领域。 1.3 半导体材料的能带结构 半导体材料的能带结构决定了其导电特性。常见的能带包括价带和导带，而能带间的禁带宽度决定了半导体的导电性质。 二、半导体行业发展历程 2.1 初期发展

半导体的概念首次提出于20世纪40年代，当时主要应用于雷达和通信等军事领域。 2.2 集成电路的诞生 20世纪60年代，第一块集成电路成功制造出来，这标志着半导体行业进入了新纪元。 2.3 微电子技术的突破 随着微电子技术的不断发展，半导体器件的尺寸越来越小，集成度越来越高。 2.4 全球化竞争 20世纪80年代以后，全球范围内的半导体市场竞争日益激烈，各国都相继投入大量资源用于半导体产业的发展。 三、半导体行业的应用领域 3.1 通信与信息技术 半导体在通信和信息技术方面发挥着重要作用，如无线通信、移动互联网和人工智能等。 3.2 汽车电子 现代汽车中智能驾驶、车联网和电动化等关键技术离不开半导体的支持。 3.3 新能源领域

半导体在新能源领域的应用越来越广泛，如太阳能电池、风力发电和能源储存等。 四、半导体技术的发展趋势 4.1 物联网与传感器技术 随着物联网时代的来临，各种传感器的需求不断增加，半导体技术正朝着低功耗、小尺寸和高精度方向发展。 4.2 5G技术 5G技术的快速发展将催生出更多需求，半导体行业将面临着更大的发展机遇。 4.3 人工智能 人工智能的兴起使得半导体行业需要满足更高性能的计算需求，因此新一代的半导体材料和器件正在不断涌现。 结语： 半导体行业作为现代科技的重要支撑，其发展前景广阔。通过本文的介绍，读者对半导体行业的基础知识、发展历程、应用领域和前沿技术有了更全面的了解。相信半导体行业在不久的将来将继续迎来更大的突破和创新。

半导体物理基础知识

半导体物理基础知识

半导体物理基础知识 1.1导体，绝缘体和半导体 自然界的各种物质就其导电性能来说、可以分为导体、绝缘体和半导体三大类。 导体具有良好的导电特性，常温下，其内部存在着大量的自由电子，它们在外电场的作用下做定向运动形成较大的电流。因而导体的电阻率很小，只有金属一般为导体，如铜、铝、银等，它们的电阻率一般在10–4欧姆·厘米以下。 绝缘体几乎不导电，如橡胶、陶瓷、塑料等。在这类材料中，几乎没有自由电子，即使受外电场作用也不会形成电流，所以，绝缘体的电阻率很大，它们的电阻率在109欧姆·厘米以上。 半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，如硅、锗、硒等，它们的电阻率通常在之间。半导体之所以得到广泛应用，是因为它的导电能力受掺杂、温度和光照的影响十分显著。如纯净的半导体单晶硅在室温下电阻率约为，若按百万分之一的比例掺入少量杂质（如磷）后，其电阻率急剧下降为，几乎降低了一百万倍。半导体具有这种性能的根本原因在于半导体原子结构的特

殊性。它具有如下的主要特征。 （l）杂质影响半导体导电性能在室温下，半导体的电阻率在 10–4～109欧姆·厘米之间。而且，加入微量杂质能显著改变半导体的导电能力。掺入的杂质量不同时，可使半导体的电阻率在很大的范围内发生变化。另外，在同一种材料中掺入不同类型的杂质，可以得到不同导电类型的材料。 （2）温度影响半导体材料导电性能温度能显著改变半导体的导电性能。在一般的情况下，半导体的导电能力随温度升高而迅速增加，也就是说，半导体的电阻率具有负温度系数。而金属的电阻率具有正温度系数，且随温度的变化很慢。（3）有两种载流子参加导电在半导体中，参与导电的载流子有两种。一种是为大家所熟悉的电子，另一种则是带正电的载流子，称为空穴。而且同一种半导体材料，既可以形成以电子为主的导电，也可以形成以空穴为主的导电。在金属中则仅靠电子导电，而在电解质中，靠正离子和负离子同时导电。 （4）其它外界条件对导电性能的影响半导体的导电能力还会随光照而发生变化。例如一层淀