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。

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。

B 融化：开启加热功率按钮，使加热功率分2-3次升到熔硅的最高温度

（约1500度），使硅料融化。

C引晶：通过电阻加热，将装在石英坩埚中的多晶硅熔化，并保持咯高于硅熔点的温度，将籽晶浸入熔体，然后以一定速度向上提拉籽晶并同时旋转引出晶体。其间发生 SIO2+SI=2SIO化学反应。

D缩细径：为了防止籽晶中的位错延伸到晶体中，生长一定长度的缩小的细长径的晶体。直径一般为2-5mm，生长速度一般为2-6mm/min.

E放肩-转肩: 细颈达到规定长度后，如果晶棱不断，立刻降温，降低拉

速，使

细颈逐渐长大到规定的直径，叫放肩。放肩有慢放肩和放平间。

F等直径生长和收尾：根据熔体和单晶炉情况，控制晶体等径生长到所

需长度。

G停炉：

17.光生伏效应：指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。产生这种电位差的机理有好多种，主要是由于阻挡层的存在。它首先是光子转换为电子，光能量转换为电能量的过程，其次是形成电压过程，就会形成电流的回路。

结：如果把一块 P型半导体和N型半导体结合在一起，在两者的交界面处就会产生 P-N结。

20.固体材料按电阻率可以分为超导体材料，导体材料，半导体材料，绝缘材料。半导体材料的电阻率一般介于导体与绝缘体之间，约10-4-10-8Ω·cm

21.半导体材料具有哪些特点

A杂质对半导体材料的电阻率是非常敏感的，杂质含量的改变，会引起半导体材料电阻率显着变化。例如，硅中磷浓度在1021-1012cm-3范围内变化时，它的电阻率从10-5变到104。

B温度对半导体材料的影响：在高温区 A与低温区C ,电阻率有负的温度系数，而在中温区，电阻率有正的温度系数。

C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。

D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。

E.掺杂性：导电能力受杂质影响极大，称为掺杂性。

22.用来检测半导体材料的的方法主要有：热探针法，整流法，迭加法。

23.工业硅的制备方法是石英砂在碳电极的电弧炉内还原成工业硅，化学反应方程为：

SIO2+3C=SIC+2CO

2SIC+SIO2=3SI+2CO

24.多晶硅的制备方法很多，常用的有西门子法。其原理为： ,

SI+3 HCL=SIHCL3+H2（加热）

SI+ 4HCL=SICL4+2H2（加热）-副反应

用精馏法将SIHCL3和 SICL4分离开，SIHCL3在800-1000℃下热分解反应为：

4SIHCL3=SI+3 SICL4+2H2

氢还原反应为：SIHCL3+H2=SI+3HCL

25.在半导体材料中，最早作成器件并使用的是元素是硒，它是非晶态的或多晶态的。

最早作为一个完整的半导体材料的是元素半导体锗。

26.单晶硅的生长方法基本上可分为三种，分别是：1.从熔体中的生长法2.从溶剂的溶液中生长法 3.气相生长法。体单晶硅的制备方法主要有直拉法和区溶法。

27.籽晶是生长单晶的种子，用不同晶向的籽晶做晶种，会获得不同晶向的单晶。籽晶的几何尺寸一般为5x5x50mm或8X8X80mm，也有圆籽晶的。28．拉制一定型号的电阻率和硅单晶，要选用适当的掺杂剂。五族元素长用做单晶硅的 N型掺杂剂，主要有磷，砷，锑，三族元素常用做单晶硅的P型掺杂剂，主要有硼，铝，镓。

29.请画出三种晶面示意图：（111）晶面，（100）晶面，（110）晶面。<111> 晶向的单晶有三条棱线（互成120度），<100>晶向的单晶有四条棱线（互成90度），〈110〉晶向的单晶有六条棱线。图示为：

（110）晶面（100）晶面（111）晶面

30. 挂边：是指在融化多晶硅的过程中，当绝大部分的多晶硅融化完了，但有少量硅快粘在熔体上面的坩埚边上。

31.搭桥：熔化多晶硅的过程中，当多晶硅将熔化完时，部分硅快熔体上面形成一座桥。

产生挂边和搭桥，一是由于坩埚内多晶硅装的不合要求二是由于熔硅时坩埚位置太高或过早的提高了坩埚的位置三是由于过早的降低了坩埚的位置。

32.硅跳：是指在熔化多晶硅的过程中，熔硅在坩埚中沸腾并且飞趼出来的现象。

产生硅跳有三种原因：1.多晶硅中有氧化夹层或封闭气泡 2.石英坩埚内壁上有气泡 3.熔化多晶硅时温度过高。

33.晶体生长过程中主要通过三种方式进行热输送，辐射，传导和对流。高温时，界面处的大部分热量从晶体表面辐射出去，传导和对流传热起次要作用。低温时，热量传输主要靠热传导进行。熔体中，对流传热往往起主要作用。34.直拉硅单晶工艺中，经常采用以下措施降低单晶中的氧碳含量；

一．选用含氧，碳较低的多晶硅原料，多晶硅融化时温度不要太高，尽量减少多晶硅和坩埚的反应，减少一氧化碳和一氧化硅的生成。

二．在真空下生长的硅单晶，一般氧碳含量较低，在氩气下拉晶时，氩气中含氧，碳和水分的量要低，最好采用流动氩气方式，使炉内的 CO和SIO通过氩气带出炉外，降低单晶炉内CO和SIO的分压，减少了它们熔入熔硅的量。三．坩埚和单晶直径比例要适当。硅单晶生长过程中，石英坩埚中的熔硅表面是低氧区，熔硅和坩埚接触部分是高氧区，中部熔硅为过度区。

35.硅的元素符号是si，原子序号是14。原子量是28，固态密度为cm3，熔点为1420度，沸点四3145度。

36.硅单晶常见的掺杂元素有 B，AL，GA，P，SB，HS等。

37.本征半导体: 完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。导电主要由材料的决定, 硅和锗都是四价元素，其原子核最外层有四个价电子。它们都是由同一种原子构成的“单晶体”，属于本征半导体。

型半导体：也称为电子型半导体。N型半导体即自由电子浓度远大于浓度的。在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷、砷、锑等），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。这类杂质提供了带负电（Negative）的电子，称他们为n型杂质。在N型半导体中，自由电子为多子，空穴为，主要靠自由电子导电。自由电子主要由杂质原子提供，空穴由热激发形成。掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度就越高，导电性能就越强。

型半导体：也称为型半导体。P型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的。

在纯净的硅中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位子，就形成P型半导体。在P型半导体中，空穴为多子，自由电子为，主要靠空穴导电。空穴主要由杂质原子提供，自由电子由热激发形成。掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能就越强。

型半导体能带图：

型半导体能带图：