(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，
使两者同时消失，这种现象称为复合。
动态平衡：在一定的温度下，本征激发所产生的自由电子与空穴对，与复合的自由电子与空穴对数目相等，达到动态平衡。
载流子的浓度与温度的关系：温度一定，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。当温度升高时，热运动加剧，挣脱共价键束缚的自由电子增多，空穴也随之增多（即载流子的浓度升高），导电性能增强；当温度降低，则载流子的浓度降低，导电性能变差。
结论：本征半导体的导电性能与温度有关。半导体材料性能对温度的敏感性，可制作热敏和光敏器件，又造成半导体器件温度稳定性差的原因。
杂质半导体：通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素，可得到杂质半导体。
N型半导体：在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。
多数载流子：N型半导体中，自由电子的浓度大于空穴的浓度，称为多数载流子，简称多子。
少数载流子：N型半导体中，空穴为少数载流子，简称少子。
施子原子：杂质原子可以提供电子，称施子原子。
N型半导体的导电特性：它是靠自由电子导电，掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度就越高，导电性能也就越强。
P型半导体：在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，形成P型半导体。
多子：P型半导体中，多子为空穴。
少子：P型半导体中，少子为电子。
受主原子：杂质原子中的空位吸收电子，称受主原子。
P型半导体的导电特性：掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能也就越强。
结论：
★多子的浓度决定于杂质浓度。
★少子的浓度决定于温度。
PN结的形成：将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，在它们的交界面就形成PN结。
PN结的特点：具有单向导电性。
扩散运动：物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动，这种由于浓度差而产生的运动称为扩散运动。
空间电荷区：扩散到P区的自由电子与空穴复合，而扩散到N 区的空穴与自由电子复合，所以在交界面附近多子的浓度下降，P区
出现负离子区，N区出现正离子区，它们是不能移动，称为空间电荷区。
电场形成：空间电荷区形成内电场。
空间电荷加宽，内电场增强，其方向由N区指向P区，阻止扩散运动的进行。
漂移运动：在电场力作用下，载流子的运动称漂移运动。
PN结的形成过程：如图所示，将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，在无外电场和其它激发作用下，参与扩散运动的多子数目等于参与漂移运动的少子数目，从而达到动态平衡，形成PN结。
电位差：空间电荷区具有一定的宽度，形成电位差U ho，电流为零。
耗尽层：绝大部分空间电荷区内自由电子和空穴的数目都非常少，在分析PN结时常忽略载流子的作用，而只考虑离子区的电荷，称耗尽层。
PN结的单向导电性
★P端接电源的正极，N端接电源的负极称之为PN结正偏。此时PN结如同一个开关合上，呈现很小的电阻，称之为导通状态。
★P端接电源的负极，N端接电源的正极称之为PN结反偏，此时PN结处于截止状态，如同开关打开。结电阻很大，当反向电压加大到一定程度，PN结会发生击穿而损坏。
伏安特性曲线：加
在PN结两端的电压和流
过二极管的电流之间的
关系曲线称为伏安特性
曲线。如图所示：
正向特性：u>0的部
分称为正向特性。
反向特性：u<0的部
分称为反向特性。
反向击穿：当反向电压超过一定数值U（BR）后，反向电流急剧增加，称之反向击穿。
势垒电容：耗尽层宽窄变化所等效的电容称为势垒电容C b。
变容二极管：当PN结加反向电压时，C b明显随u的变化而变化，而制成各种变容二极管。如下图所示。
平衡少子：PN结处于平衡状态时的少子称为平衡少子。
非平衡少子：PN结处于正向偏置时，从P区扩散到N区的空穴和从N区扩散到P区的自由电子均称为非平衡少子。
扩散电容：扩散区内电荷的积累和释放过程与电容器充、放电过程相同，这种电容效应称为C d。
结电容：势垒电容与扩散电容之和为PN结的结电容C j。
．什么是导体、绝缘体、半导体？
容易导电的物质叫导体，如：金属、石墨、人体、大地以及各种酸、碱、盐的水溶液等都是导体。
不容易导电的物质叫做绝缘体，如：橡胶、塑料、玻璃、云母、陶瓷、纯水、油、空气等都是绝缘体。所谓半导体是指导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。如：硅、锗、砷化镓、磷化铟、氮化镓、碳化硅等。半导体大体上可以分为两类，即本征半导体和杂质半导体。本征半导体是指纯净的半导体，这里的纯净包括两个意思，一是指半导体材料中只含有一种元素的原子；二是指原子与原子之间的排列是有一定规律的。本征半导体的特点是导电能力极弱，且随温度变化导电能力有显著变化。杂质半导体是指人为地在本征半导体中掺入微量其他元素（称杂质）所形成的半导体。杂质半导体有两类：N型半导体和P型半导体。
2．半导体材料的特征有哪些？
（1）导电能力介于导体和绝缘体之间。
（2）当其纯度较高时，电导率的温度系数为正值，随温度升高电导率增大；金属导体则相反，电导率的温度系数为负值。
（3）有两种载流子参加导电，具有两种导电类型：一种是电子，另一种是空穴。同一种半导体材料，既可形成以电子为主的导电，也可以形成以空穴为主的导电。
（4）晶体的各向异性。
3．简述N型半导体。
常温下半导体的导电性能主要由杂质来决定。当半导体中掺有施主杂质时，主要靠施主提供电子导电，这种依靠电子导电的半导体叫做N型半导体。
例如：硅中掺有Ⅴ族元素杂质磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、铋（Bi）时，称为N型半导体。
4．简述P型半导体。
当半导体中掺有受主杂质时，主要靠受主提供空穴导电，这种依靠空穴导电的半导体叫做P型半导体。例如：硅中掺有Ⅲ族元素杂质硼（B）、铝（Al）、镓（Ga）、铟（In）时，称为P型半导体。5．什么是半绝缘半导体材料？
定义电阻率大于107Ω*cm的半导体材料称为半绝缘半导体材料。
如：掺Cr的砷化镓，非掺杂的砷化镓为半绝缘砷化镓材料。
掺Fe的磷化铟，非掺杂的磷化铟经退火为半绝缘磷化铟材料。
6．什么是单晶、多晶？
单晶是原子或离子沿着三个不同的方向按一定的周期有规则地排列，并沿一致的晶体学取向所堆垛起来的远程有序的晶体。
多晶则是有多个单晶晶粒组成的晶体，在其晶界处的颗粒间的晶体学取向彼此不同，其周期性与规则性也在此处受到破坏。
7．常用半导体材料的晶体生长方向有几种？
我们实际使用单晶材料都是按一定的方向生长的，因此单晶表现出各向异性。单晶生长的这种方向直接来自晶格结构，常用半导体材料的晶体生长方向是<111>和<100>。
规定用<111>和<100>表示晶向，用（111）和（100）表示晶面。
8．什么是电导率和电阻率？
所有材料的电导率（σ）可用下式表达：
σ=neμ
其中n为载流子浓度，单位为cm-3；e为电子的电荷，单位为C（库仑）；μ为载流子的迁移率，单位为cm2/V*s；电导率单位为S/cm（S为西门子）。
电阻率ρ=1/σ，单位为Ω*cm
9．PN结是如何形成的？它具有什么特性？
如果用工艺的方法，把一边是N型半导体另一边是P型半导体结合在一起，这时N型半导体中的多数载流子电子就要向P型半导体一边渗透扩散。结果是N型区域中邻近P型区一边的薄层A中有一部分电子扩散到P型区域中去了，如图2-6所示（图略）。薄层A中因失去了这一部分电子而带有正电。同样，P型区域中邻近N型区域一边的薄层B中有一部分空穴扩散到N型区域一边去了，如图2-7所示（图略）。结果使薄层B带有负电。这样就在N型和P型两种不同类型半导体的交界面两侧形成了带电薄层A和B（其中A带正电，B带负电）。A、B间便产生了一个电场，这个带电的薄层A和B，叫做PN结，又叫做阻挡层。
当P型区域接到电池的正极，N型区域接到电池的负极时，漂移和扩散的动态平衡被破坏，在PN结中流过的电流很大（这种接法称为正向连接）。这时，电池在PN结中所产生的电场的方向恰好与PN结原来存在的电场方向相反，而且外加电场比PN结电场强，这两个电场叠加后电场是由P型区域指向N型区域的。因此，PN结中原先存在的电场被削弱了，阻挡层的厚度减小了，所以正向电流将随着外加正向电压的增加而迅速地上升。
当P型区域接到电池的负极，N型区域接到电池的正极时，在PN结中流过的电流很小（这种接法称为反向连接）。这是由于外加电压在PN结中所产生的电场方向是由N型区指向P型区，也即与原先在PN结中存在的电场方向是一致的。这两个电场叠加的结果，加强了电场阻止多数载流子的扩散运动，此时，阻挡层的厚度比原来增大，原来漂移和扩散的动态平衡也被破坏了，漂移电流大于扩散电流，正是这个电流造成反向漏电流。PN结的这种性质叫做单向导电性。
10．何谓PN结的击穿特性？
对PN结施加的反向偏压增大到某一数值时，反向电流突然开始迅速增大，这种现象称为PN结击穿。发生击穿时的反向偏压称为击穿电压，以V B表示。击穿现象中，电流增大基本原因不是由于迁移率的增大，而是由于载流子数目的增加。到目前为止，基本上有三种击穿机构：热电击穿、雪崩击穿和隧道击穿。从击穿的后果来看，可以分为物理上可恢复的和不可恢复的击穿两类。热电击穿属于后一类情况，它将造成PN结的永久性损坏，在器件应用时应尽量避免发生此类击穿。雪崩击穿和隧道击穿属于可恢复性的，即撤掉电压后，在PN结内没有物理损伤。
11．试述什么是光电二极管。
当光照到PN结上时，光能被吸收进入晶格，使电子的能级提高，这就导致某些电子脱离它们的原子，因此产生了自由电子与空穴。在光电导光电二极管中，在PN结上加一反向电压，由光能在结构附近产生了电子与空穴，它们被电场吸引从相反的方向穿过结形成电流，电流从负载电阻流出产生了输出信号。光的
强度越高，产生的空穴与自由电子就越多，电流也就越大。没有光时，电流只有PN结的小的反向漏电流，这种电流称为暗电流。
12．何谓欧姆接触？
金属与半导体间没有整流作用的接触称为欧姆接触。实际上的欧姆接触几乎都是采用金属-N+N半导体或金属-P+P半导体的形式制成的。在这种接触中，金属与重掺杂的半导体区接触，接触界面附近存在大量的复合中心，而且电流通过接触时的压降也往往小到可以不计。
制造欧姆接触的方法有两种。如果金属本身是半导体的施主或受主元素，而且在半导体中有高的固溶度，就用合金法直接在半导体中形成金属-N+或金属-P+区。如果金属本身不是施主或受主元素，可在金属中掺入施主或受主元素，用合金法形成欧姆接触。另一种方法是在半导体中先扩散形成重掺杂区，然后使金属与半导体接触，形成欧姆接触。
13．迁移率表示什么？
迁移率是反映半导体中载流子导电能力的重要因素。掺杂半导体的电导率一方面取决于掺杂的浓度，另一方面取决于迁移率的大小。同样的掺杂浓度，载流子的迁移率越大，材料的电导率就越高。迁移率大小不仅关系着导电能力的强弱，而且直接决定载流子运动的快慢。它对半导体器件工作速度有直接的影响。不同的材料，电子和空穴的迁移率是不同的。载流子的迁移率是随温度而变化的。这对器件的使用性能有
直接的影响。载流子的迁移率受晶体散射和电离杂质散射的影响。载流子的迁移率与晶体质量有关，晶体完整性好，载流子的迁移率高。
14．什么是方块电阻？
我们知道一个均匀导体的电阻R正比于导体的长度L，反比于导体的截面积S。如果这个导体是一个宽为W、厚度为d的薄层，则
R=ρL/dW=（ρ/d）（L/W）
可以看出，这样一个薄层的电阻与（L/W）成正比，比例系数为（ρ/d）。这个比例系数就叫做方块电阻，用R□表示：
R□=ρ/d
R= R□（L/W）
R□的单位为欧姆，通常用符号Ω/□表示。从上式可以看出，当L=W时有R= R□，这时R□表示一个正方形薄层的电阻，它与正方形边长的大小无关，这就是取名方块电阻的原因。
15．什么是晶体缺陷？
晶体内的原子是按一定的原则周期性地排列着的。如果在晶体中的一些区域，这种排列遭到破坏，我们称这种破坏为晶体缺陷。晶体缺陷对半导体材料的使用性影响很大，在大多数情况下，它使器件性能劣化直至失效。因此在材料的制备过程中都要尽量排除缺陷或降低其密度。晶体缺陷的控制是材料制备的重要技术之一。
晶体缺陷的分类：
（1）点缺陷，如空位、间隙原子、反位缺陷、替位缺陷和由它们构成的复合体。
（2）线缺陷，呈线状排列，如位错就是这种缺陷。
（3）面缺陷，呈面状，如晶界、堆垛层错、相界等。
（4）体缺陷，如空洞、夹杂物、杂质沉淀物等。
（5）微缺陷，几何尺寸在微米级或更小，如点缺陷聚集物、微沉淀物等。
16．什么是错位？
当一种固体材料受到外力时就会发生形变，如果外力消失后，形变也随着消失，这种形变称为弹性形变；如果外力消失后，形变不消失。则称为范性形变。位错就是由范性形变造成的，它可以使晶体内的一原子或离子脱离规则的周期排列而位移一段距离，位移区与非位移区交界处必有原子的错位，这样产生线缺陷称为位错。
17．什么是层错？
简单的说，层错是在密排晶面上缺少或多余一层原子而构成的缺陷，层错是一种“面缺陷”。层错也是硅晶体中常见的一种缺陷，层错对器件制备工艺以及成品性能都可以发生较大的影响。生产中最熟悉的是硅外延片中的层错。在硅外延生长时，如果不采取特殊的措施，生长出的外延层中将含有大量的层错，以致严重的破坏了晶体的完整性。通过研究发现，外延片中的层错主要起源于生长外延层的衬底晶体的表面。根据这个原因，不仅找到了克服层错大量产生的途径，而且发现利用层错测量外延层的厚度的方法。
18．材料的常用表征参数有哪些？
电学参数、化学纯度、晶体学参数、几何尺寸。
电学参数包括电阻率、导电类型、载流子浓度、迁移率、少数载流子寿命、电阻率均匀性等。
化学纯度是指材料的本底纯度。
晶体学参数有晶向、位错密度。
几何尺寸包括直径、晶片的厚度、弯曲度、翘曲度、平行度和抛光片的平坦度等
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 cm 典型的半导体有硅 Si 和锗Ge 以 及砷化傢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. 本征半导体一一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。 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， 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。 外层电子受原子核的束缚力最小, 的。 使原分属于各原子的四个价电子同时受到 共价键中的价电
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 合在一定温并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。如下图所 硅晶体的空间排列与共价键结构平面示意图 空A * 电 子为这些原子所共有,
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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，
电子电路基础知识点总结
知识| 电子电路基础知识点总结 1、纯净的单晶半导体又称本征半导体，其内部载流子自由电子空穴的数量相等的。 2、射极输出器属共集电极放大电路，由于其电压放大位数约等于1，且输出电压与输入电压同相位，故又称为电压跟随器(射极跟随器)。 3、理想差动放大器其共模电压放大倍数为0，其共模抑制比为∞。 4、一般情况下，在模拟电器中，晶体三极管工作在放大状态，在数字电器中晶体三极管工作在饱和、截止状态。 5、限幅电路是一种波形整形电路，因它削去波形的部位不同分为上限幅、下限幅和双向限幅电路。 6、主从JK触发器的功能有保持、计数、置0、置1 。 7、多级放大器的级间耦合有阻容耦合、直接耦合、变压器耦合。 8、带有放大环节串联稳压电路由调整电路、基准电路、取样电路和比较放大电路分组成。 9、时序逻辑电路的特点是输出状态不仅取决于当时输入状态，还与输出端的原状态有关。 10、当PN结外加反向电压时，空间电荷区将变宽。反向电流是由少数载流子形成的。 11、半导体具有热敏性、光敏性、力敏性和掺杂性等独特的导电特性。 12、利用二极管的单向导电性，可将交流电变成脉动的直流电。 13、硅稳压管正常工作在反向击穿区。在此区内，当流过硅稳压管的电流在较大范围变化时，硅稳压管两端的电压基本不变。 14、电容滤波只适用于电压较大，电流较小的情况，对半波整流电路来说，电容滤波后，负载两端的直流电压为变压级次级电压的1倍，对全波整流电路而言较为1.2倍。15、处于放大状态的NPN管，三个电极上的电位的分布必须符合UC>UB>UE，而PNP 管处于放大状态时，三个电极上的电位分布须符合UE>UE>UC。 总之，使三极管起放大作用的条件是：集电结反偏，发射结正偏。
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。
半导体基础知识学习
我们知道，电子电路是由晶体管组成，而晶体管是由半导体制成的。所以我们在学习电子电路之前， 一定要了解半导体的一些基本知识。 这一章我们主要学习二极管和三极管的一些基本知识，它是本课程的基础，我们要掌握好在学习时我们把它的内容分为三节，它们分别是： 1、1 半导体的基础知识 1、2 PN结 1、3 半导体三极管 1、1 半导体的基础知识 我们这一章要了解的概念有：本征半导体、P型半导体、N型半导体及它们各自的特征。一:本征半导体 纯净晶体结构的半导体我们称之为本征半导体。常用的半导体材料有：硅和锗。它们都是四价元素，原子结构的最外层轨道上有四个价电子，当把硅或锗制成晶体时，它们是靠共价键的作用而紧密联系在一起。 共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能量，从而摆脱共价键的约束成为自由电子，同时在共价键上留下空位，我们称这些空位为空穴，它带正电。我们用晶体结构示意图来描述一下；如图（1）所示：图中的虚线代表共价键。 在外电场作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流； 同时价电子也按一定的方向一次填补空穴，从而使空穴产生定向移动，形成空穴电流。 因此，在晶体中存在两种载流子，即带负电自由电子和带正电空穴，它们是成对出现的。二：杂质半导体 在本征半导体中两种载流子的浓度很低，因此导电性很差。我们向晶体中有控制的掺入特定的杂质来改变它的导电性，这种半导体被称为杂质半导体。 1.N型半导体 在本征半导体中，掺入5价元素，使晶体中某些原子被杂质原子所代替，因为杂质原子最外层有5各价电子，它与周围原子形成共价键后，还多余一个自由电子，因此使其中的空穴的浓度远小于自由电子的浓度。但是，电子的浓度与空穴的浓度的乘积是一个常数，与掺杂无关。在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。 2.P型半导体 在本征半导体中，掺入3价元素，晶体中的某些原子被杂质原子代替，但是杂质原子的最外层只有3个价电子，它与周围的原子形成共价键后，还多余一个空穴，因此使其中的空穴浓度远大于自由电子的浓度。在P型半导体中，自由电子是少数载流子，空穴使多数载流子。 1、2 P—N结
第一章半导体基础知识(精)
第一章半导体基础知识 〖本章主要内容〗 本章重点讲述半导体器件的结构原理、外特性、主要参数及其物理意义，工作状态或工作区的分析。 首先介绍构成PN结的半导体材料、PN结的形成及其特点。其后介绍二极管、稳压管的伏安特性、电路模型和主要参数以及应用举例。然后介绍两种三极管（BJT和FET）的结构原理、伏安特性、主要参数以及工作区的判断分析方法。〖本章学时分配〗 本章分为4讲，每讲2学时。 第一讲常用半导体器件 一、主要内容 1、半导体及其导电性能 根据物体的导电能力的不同，电工材料可分为三类：导体、半导体和绝缘体。半导体可以定义为导电性能介于导体和绝缘体之间的电工材料，半导体的电阻率为10-3～10-9 cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化；往纯净的半导体中掺入某些特定的杂质元素时，会使它的导电能力具有可控性；这些特殊的性质决定了半导体可以制成各种器件。 2、本征半导体的结构及其导电性能 本征半导体是纯净的、没有结构缺陷的半导体单晶。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”，它在物理结构上为共价键、呈单晶体形态。在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。 3、半导体的本征激发与复合现象 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）。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。 在一定温度下本征激发和复合会达到动态平衡，此时，载流子浓度一定，且自由电子数和空穴数相等。 4、半导体的导电机理 自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，因此，在半导体中有自由电子和空穴两种承载电流的粒子（即载流子），这是半导体的特殊性质。空穴导电的实质是:相邻原子中的价电子（共价键中的束缚电子）依次填补空穴而形成电流。由于电子带负电，而电子的运动与空穴的运动方向相反，因此认为空穴带正电。
(完整word版)半导体物理知识点及重点习题总结
基本概念题： 第一章半导体电子状态 1.1 半导体 通常是指导电能力介于导体和绝缘体之间的材料，其导带在绝对零度时全空，价带全满，禁带宽度较绝缘体的小许多。 1.2能带 晶体中，电子的能量是不连续的，在某些能量区间能级分布是准连续的，在某些区间没有能及分布。这些区间在能级图中表现为带状，称之为能带。 1.2能带论是半导体物理的理论基础，试简要说明能带论所采用的理论方法。 答： 能带论在以下两个重要近似基础上，给出晶体的势场分布，进而给出电子的薛定鄂方程。通过该方程和周期性边界条件最终给出E-k关系，从而系统地建立起该理论。 单电子近似： 将晶体中其它电子对某一电子的库仑作用按几率分布平均地加以考虑，这样就可把求解晶体中电子波函数的复杂的多体问题简化为单体问题。 绝热近似： 近似认为晶格系统与电子系统之间没有能量交换，而将实际存在的这种交换当作微扰来处理。
1.2克龙尼克—潘纳模型解释能带现象的理论方法 答案： 克龙尼克—潘纳模型是为分析晶体中电子运动状态和E-k关系而提出的一维晶体的势场分布模型，如下图所示 利用该势场模型就可给出一维晶体中电子所遵守的薛定谔方程的具体表达式，进而确定波函数并给出E-k关系。由此得到的能量分布在k空间上是周期函数，而且某些能量区间能级是准连续的（被称为允带），另一些区间没有电子能级（被称为禁带）。从而利用量子力学的方法解释了能带现象，因此该模型具有重要的物理意义。 1.2导带与价带 1.3有效质量 有效质量是在描述晶体中载流子运动时引进的物理量。它概括了周期性势场对载流子运动的影响，从而使外场力与加速度的关系具有牛顿定律的形式。其大小由晶体自身的E-k 关系决定。 1.4本征半导体 既无杂质有无缺陷的理想半导体材料。
半导体材料硅基本性质
半导体材料硅的基本性质 一．半导体材料 固体材料按其导电性能可分为三类：绝缘体、半导体及导体，它们典型的电阻率如下： 图1 典型绝缘体、半导体及导体的电导率范围 半导体又可以分为元素半导体和化合物半导体，它们的定义如下： 元素半导体：由一种材料形成的半导体物质，如硅和锗。 化合物半导体：由两种或两种以上元素形成的物质。 1)二元化合物 GaAs —砷化镓 SiC —碳化硅 2)三元化合物 As —砷化镓铝 AlGa 11 AlIn As —砷化铟铝 11 半导体根据其是否掺杂又可以分为本征半导体和非本征半导体，它们的定义分别为：本征半导体：当半导体中无杂质掺入时，此种半导体称为本征半导体。 非本征半导体：当半导体被掺入杂质时，本征半导体就成为非本征半导体。 掺入本征半导体中的杂质，按释放载流子的类型分为施主与受主，它们的定义分别为：施主：当杂质掺入半导体中时，若能释放一个电子，这种杂质被称为施主。如磷、砷就是硅的施主。 受主：当杂质掺入半导体中时，若能接受一个电子，就会相应地产生一个空穴，这种杂
质称为受主。如硼、铝就是硅的受主。 图（a）带有施主（砷）的n型硅 (b)带有受主（硼）的型硅 掺入施主的半导体称为N型半导体，如掺磷的硅。 由于施主释放电子，因此在这样的半导体中电子为多数导电载流子（简称多子），而空穴为少数导电载流子（简称少子）。如图所示。 掺入受主的半导体称为P型半导体，如掺硼的硅。 由于受主接受电子，因此在这样的半导体中空穴为多数导电载流子（简称多子），而电子为少数导电载流子（简称少子）。如图所示。 二．硅的基本性质 硅的基本物理化学性质 硅是最重要的元素半导体，是电子工业的基础材料，其物理化学性质（300K）如表1所示。 性质符号单位硅（Si） 原子序数Z 14 原子量M 原子密度个/cm3 ×1022 晶体结构金刚石型 晶格常数 a ? 熔点Tm ℃1420 密度(固/液) ρg/ cm3 介电常数ε0 个/ cm3×1010本征载流子浓度n i 本征电阻率ρi Ω·cm ×105
半导体物理与器件基础知识
9金属半导体与半导体异质结 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
半导体FAB里基本的常识简介
CVD 晶圆制造厂非常昂贵的原因之一，是需要一个无尘室，为何需要无尘室答：由于微小的粒子就能引起电子组件与电路的缺陷何谓半导体? 答：半导体材料的电传特性介于良导体如金属( 铜、铝，以及钨等)和绝缘和橡胶、塑料与干木头之间。最常用的半导体材料是硅及锗。半导体最重要的性质之一就是能够藉由一种叫做掺杂的步骤刻意加入某种杂质并应用电场来控制其之导电性。 常用的半导体材料为何 答：硅(Si) 、锗(Ge)和砷化家(AsGa) 何谓VLSI 答：VLSI(Very Large Scale Integration) 超大规模集成电路在半导体工业中，作为绝缘层材料通常称什幺答：介电质(Dielectric) 薄膜区机台主要的功能为何答：沉积介电质层及金属层 (Undoped Silicate Glass) 何谓FSG? (Fluorinated Silicate Glass) 答：Tetraethoxysilane 用途为沉积二氧化硅TEOS 在常温时是以何种形态存在? 答：液体二氧化硅其K 值为 3.9 表示何义答：表示二氧化硅的介电质常数为真空的 3.9 倍氟在CVD 的工艺上，有何应用答：作为清洁反应室(Chamber) 用之化学气体简述Endpoint detector 之作用原理. 答：clean 制程时,利用生成物或反应物浓度的变化, 因其特定波长光线被detector 侦测 到强度变强或变弱,当超过某一设定强度时, 即定义制程结束而该点为endpoint.
机台使用的管件材料主要有那些? 答：有不锈钢制(Stainless Steal), 黄铜制(Brass), 塑胶制(PVC),特氟隆制(Teflon) 四种. (Interlock) 答：机台上interlock 有些属于保护操作人员的安全,有些属于水电气等规格讯号,用以保护机台. 机台设定许多interlock 有何作用? 答：机台上interlock 主要避免人员操作错误及防止不相关人员动作. Wafer Scrubber 的功能为何? 答：移除芯片表面的污染粒子 ETCH 何谓蚀刻(Etch)? 答：将形成在晶圆表面上的薄膜全部，或特定处所去除至必要厚度的制程。 答：氧化硅/ 氮化硅 何谓湿式蚀刻答：利用液相的酸液或溶剂; 将不要的薄膜去除何谓电浆Plasma? 答：电浆是物质的第四状态.带有正,负电荷及中性粒子之总和;其中包含电子,正离子,负离子,中性分子,活性基及发散光子等,产生电浆的方法可使用高温或高电压. 何谓干式蚀刻?
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。
半导体基础知识培训课件
外延基础知识 一、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）。 二、半导体 1.分类：元素半导体：Si 、Ge 化合物半导体：GaAs、InP、GaN(Ⅲ-Ⅴ)、ZnSe(Ⅱ-Ⅵ)、SiC 2.化合物半导体优点： a.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） b.高电子迁移率。 c.可制成异质结，进行能带裁减，易形成新器件。 3.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 4.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。 三、MOCVD设备 1.发展史：国际上起源于80年代初，我国在80年代中（85年）。 国际上发展特点：专业化分工，我国发展特点：小而全，小作坊式。 技术条件：a.MO源：难合成，操作困难。 b.设备控制精度：流量及压力控制 c.反应室设计：Vecco:高速旋转 Aixtron:气浮式旋转
半导体的基本知识
1-1半导体的基本知识 课 题：半导体基本知识 教学目的、要求：1、了解半导体的导电特性； 2、掌握PN 结及其单向导电性。 教学重点、难点：1、PN 结形成的过程；（难点） 2、PN 结的单向导电性。（重点） 授 课 方 法：多媒体课件讲授，提纲及重点板书。 授 课 提 纲： 教 学 内 容： 组织教学 准备教学材料，清点学生人数。（课前2分钟） 引入新课 半导体器件是用半导体材料制成的电子器件。常用的半导体器件有二极管、三极管、场效应晶体管等。半导体器件是构成各种电子电路最基本的元件。 从本节课开始，我们先从半导体的基本知识开始，介绍常用的半导体器件。要求大家本征半导体的特点，掌握PN 结的形成及单向导电性。（2分钟） 进入新课 第一章 常用半导体器件 §1-1 半导体的基本知识【板书】 一、什么是半导体【板书】 1、物质按导电能力的分类【标题板书+内容多媒体】（8分钟） 自然界中的物质按其导电能力可以分为三大类：导体、绝缘体和半导体。物质的导电特性取决于原子结构。 ⑴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，这些电子产生定向移动形成电流，呈现出较好的导电特性。 ⑵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。 ⑶半导体：半导体材料最外层电子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。
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。
半导体硅材料基础知识1
半导体硅材料基础知识1
半导体硅材料基础知识讲座 培训大纲 什么是半导体？ 导体（Conductor） 导体是指很容易传导电流的物质 绝缘体（Insolator） 是指极不容易或根本不导电的一类物质 半导体（Semiconductor） 导电性能介于导体和绝缘体之间且具备半导体的基本特性的一类材料。 半导体硅材料的电性能特点 硅材料的电性能有以下三个显著特点： 一是它对温度的变化十分灵敏； 二是微量杂质的存在对电阻率的影响十分显著；三是半导体材料的电阻率在受光照时会改变其数值的大小。 综上所述，半导体的电阻率数值对温度、杂质和光照三个外部条件变化有较高的敏感性。 半导体材料的分类 元素半导体
目前全世界多晶硅的生产方法大体有三种：一是 改良的西门子法；二是硅烷法；三是粒状硅法。 改良的西门子法生产半导体级多晶硅： 这是目前全球大多数多晶硅生产企业采用的方 法，知名的企业有美国的Harmlock、日本的TOKUYAMA、三菱公司、德国的瓦克公司以及乌克 兰和MEMC意大利的多晶硅厂。全球80％以上的 多晶硅是用此法生产的。其工艺流程是： 原料硅破碎筛分 （80目）沸腾氯化制成液态的SiHCl3 粗馏提纯精馏 提纯氢还原棒状多晶硅 破碎洁净分装。 经验上，新建设一座多晶硅厂需要30 —36个月时间，而老厂扩建生产线也需要大约 14—18个月时间，新建一座千吨级的多晶硅厂 大约需要10—12亿元人民币，也就是说每吨的 投资在100万元人民币以上。 硅烷法生产多晶硅 用硅烷法生产多晶硅的工厂仅有日本的小松和 美国的ASMY两家公司，其工艺流程是： 原料破碎筛分硅烷生成沉
半导体基础知识
1．什么是导体、绝缘体、半导体？ 容易导电的物质叫导体，如：金属、石墨、人体、大地以及各种酸、碱、盐的水溶液等都是导体。 不容易导电的物质叫做绝缘体，如：橡胶、塑料、玻璃、云母、陶瓷、纯水、油、空气等都是绝缘体。 所谓半导体是指导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。如：硅、锗、砷化镓、磷化铟、氮化镓、碳化硅等。半导体大体上可以分为两类，即本征半导体和杂质半导体。本征半导体是指纯净的半导体，这里的纯净包括两个意思，一是指半导体材料中只含有一种元素的原子；二是指原子与原子之间的排列是有一定规律的。本征半导体的特点是导电能力极弱，且随温度变化导电能力有显著变化。杂质半导体是指人为地在本征半导体中掺入微量其他元素（称杂质）所形成的半导体。杂质半导体有两类：N型半导体和P型半导体。 2．半导体材料的特征有哪些？ （1）导电能力介于导体和绝缘体之间。 （2）当其纯度较高时，电导率的温度系数为正值，随温度升高电导率增大；金属导体则相反，电导率的温度系数为负值。 （3）有两种载流子参加导电，具有两种导电类型：一种是电子，另一种是空穴。同一种半导体材料，既可形成以电子为主的导电，也可以形成以空穴为主的导电。 （4）晶体的各向异性。 3．简述N型半导体。 常温下半导体的导电性能主要由杂质来决定。当半导体中掺有施主杂质时，主要靠施主提供电子导电，这种依靠电子导电的半导体叫做N型半导体。 例如：硅中掺有Ⅴ族元素杂质磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、铋（Bi）时，称为N型半导体。 4．简述P型半导体。 当半导体中掺有受主杂质时，主要靠受主提供空穴导电，这种依靠空穴导电的半导体叫做P型半导体。 例如：硅中掺有Ⅲ族元素杂质硼（B）、铝（Al）、镓（Ga）、铟（In）时，称为P型半导体。 5．什么是半绝缘半导体材料？
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
半导体的基础知识试题
第一章半导体的基础知识 一、填空题 1、物质按导电能力的强弱可分为、和三大类。 2、电子技术的核心是半导体，它的三个特性是：、、 3、半导体中存在着两种载流子，其中带正电的载流子叫做，带负电的 载流子叫做；N型半导体中多数载流子是，P型半导体中的多数载流子是。 4、PN结具有性能，即：加电压时PN结导通，加电压时PN结 截止。 5、二极管的主要特性是具有。二极管外加正向电压超过死区电压以后，正向电 流会，这时二极管处于状态。 6、晶体二极管的伏安特性可简单理解为正向，反向的特性。导通后， 硅管的管压降约为，锗管约为。 7、整流电路将交流电变为直流电，滤波电路将直流电变为 的直流电。 8、整流电路按整流相数，可分为与两种；按被整流后输出电压（或电 流）的波形分，又可分为与两种。 9、把脉动直流电变成比较平滑直流电的过程称为。 10、电容滤波电路中的电容具有对交流电的阻抗，对直流电的阻抗的特性， 整流后的脉动直流电中的交流分量由电容，只剩下直流分量加到负载的两端。 二、选择题 1、稳压管（） A、是二极管 B、不是二极管 C、是特殊二极管 2、稳压管电路如图1—1所示，稳压管的稳压值为（） A、6.3V B、0.7V C、7V D、14V 3、稳压管稳压电路如图1—2所示，其中U Z1=7V、U Z2=3V，该电路输出电压为（） A、0.7V B、1.4V C、3V D、7V 4、NPN型和PNP型晶体管的区别是（） A、由两种不同材料硅和锗制成的 B、掺入杂质元素不同 C、P区和N区的位置不同 5、三极管的I CEO大，说明其（） A、工作电流大 B、击穿电压高 C、寿命长 D、热稳定性差 6、用直流电压表测得放大电路中某晶体管电极1、2、3的电位各为V1=2V，V2=6V， V3=2.7V,m则（） A、1为e 2为b 3为c B、1为e 2为c 3为b C、1为b 2为e 3为c D、1为b 2为c 3为e
半导体物理知识点总结
一、半导体物理知识大纲 核心知识单元A：半导体电子状态与能级（课程基础——掌握物理概念与物理 过程、是后面知识的基础） →半导体中的电子状态（第1章） →半导体中的杂质和缺陷能级（第2章） 核心知识单元B：半导体载流子统计分布与输运（课程重点——掌握物理概念、掌握物理过程的分析方法、相关参数的 计算方法） →半导体中载流子的统计分布（第3章） →半导体的导电性（第4章） →非平衡载流子（第5章） 核心知识单元C：半导体的基本效应（物理效应与应用——掌握各种半导体物理 效应、分析其产生的物理机理、掌握具 体的应用） →半导体光学性质（第10章） →半导体热电性质（第11章） →半导体磁和压阻效应（第12章）
二、半导体物理知识点和考点总结第一章半导体中的电子状态 本章各节内容提要： 本章主要讨论半导体中电子的运动状态。主要介绍了半导体的几种常见晶体结构，半导体中能带的形成，半导体中电子的状态和能带特点，在讲解半导体中电子的运动时，引入了有效质量的概念。阐述本征半导体的导电机构，引入了空穴散射的概念。最后，介绍了Si、Ge和GaAs的能带结构。 在1.1节，半导体的几种常见晶体结构及结合性质。（重点掌握） 在1.2节，为了深入理解能带的形成，介绍了电子的共有化运动。介绍半导体中电子的状态和能带特点，并对导体、半导体和绝缘体的能带进行比较，在此基础上引入本征激发的概念。（重点掌握） 在1.3节，引入有效质量的概念。讨论半导体中电子的平均速度和加速度。（重点掌握）在1.4节，阐述本征半导体的导电机构，由此引入了空穴散射的概念，得到空穴的特点。（重点掌握） 在1.5节，介绍回旋共振测试有效质量的原理和方法。（理解即可） 在1.6节，介绍Si、Ge的能带结构。（掌握能带结构特征） 在1.7节，介绍Ⅲ-Ⅴ族化合物的能带结构，主要了解GaAs的能带结构。（掌握能带结构特征） 本章重难点： 重点： 1、半导体硅、锗的晶体结构（金刚石型结构）及其特点；三五族化合物半导体的闪锌矿型 结构及其特点。 2、熟悉晶体中电子、孤立原子的电子、自由电子的运动有何不同：孤立原子中的电子是在 该原子的核和其它电子的势场中运动，自由电子是在恒定为零的势场中运动，而晶体中的电子是在严格周期性重复排列的原子间运动（共有化运动），单电子近似认为，晶体中的某一个电子是在周期性排列且固定不动的原子核的势场以及其它大量电子的平均势场中运动，这个势场也是周期性变化的，而且它的周期与晶格周期相同。 3、晶体中电子的共有化运动导致分立的能级发生劈裂，是形成半导体能带的原因，半导体 能带的特点： ①存在轨道杂化，失去能级与能带的对应关系。杂化后能带重新分开为上能带和下能带， 上能带称为导带，下能带称为价带 ②低温下，价带填满电子，导带全空，高温下价带中的一部分电子跃迁到导带，使晶体 呈现弱导电性。 ③导带与价带间的能隙（Energy gap）称为禁带（forbidden band）.禁带宽度取决于晶体 种类、晶体结构及温度。 ④当原子数很大时，导带、价带内能级密度很大，可以认为能级准连续。 4、晶体中电子运动状态的数学描述：自由电子的运动状态：对于波矢为k的运动状态，自 由电子的能量E，动量p，速度v均有确定的数值。因此，波矢k可用以描述自由电子的运动状态，不同的k值标志自由电子的不同状态，自由电子的E和k的关系曲线呈抛物线形状，是连续能谱，从零到无限大的所有能量值都是允许的。晶体中的电子运动：服从布洛赫定理：晶体中的电子是以调幅平面波在晶体中传播。这个波函数称为布洛赫波函数。求解薛定谔方程，得到电子在周期场中运动时其能量不连续，形成一系列允带和禁带。一个允带对应的K值范围称为布里渊区。