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半导体基础知识-PN结-练习

半导体基础知识-PN结-练习

半导体基础知识 3.含有施主杂质浓度为N D =9ⅹ1015cm-3,及受主杂质浓度为N A = 1.1ⅹ1016cm3,的硅在300K 时的电子和空穴浓度以及费米能级的位置。(1031.510/i n cm =?)

4.室温时的电导率。又设电子和空穴迁移率分别为 1350cm 2/V·S 和

500cm 2/V·S。当掺入百万分之一的As 后,设杂质全部电离,试计算其电导率。它比本征Si 的电导率增大了多少倍? (已知硅的原子密度为5×1022cm-3,

1031.510/i n cm =?)

5.样品掺有8?1015磷原子cm -3和1.2?1016硼原子cm -3,试计算室温时多数载流子和少数载流子浓度及样品的电阻率。(s V cm n ?≈/1350少子2μ,

s V cm p ?≈/500多子2μ)

6.积为10-3cm 2,掺有浓度为1013cm -3的p 型Si 样品,样品内部加有强度为103V/cm 的电场,求;室温时样品的电导率及流过样品的电流密度和电流强度。

pn结

1. PN 结其参数为:N d =1×1016/cm 3,N a =5×1018/cm 3,1p n us ττ==,A=10-2cm -2。

2. 硅突变结的掺杂浓度为N a =2×1016 cm -3,N d =2×1015 cm -3,温度为T=300K 。计算:(a )V bi ,(b )V R =0与V R =8V 时的W ,(c )V R =0与V R =8V 时的最大电场。

3. 考虑T=300K 时的硅p+n 结。V R =10V 条件下其最大电场被限制为E max =l06V /cm 。

求n 区的最大掺杂浓度。

4. 考虑T= 300 K 时的硅p+n 结,N a =1018cm -3,N d =1016 cm -3。少子空穴扩散系数为Dp=12 cm 2/s ,少子空穴的寿命为τp0=10-7s 。结的横截面积为A=10-4 cm 2。计算反向饱和电流以及正偏电压V F =0. 50 V 时二极管的反偏电流。

5. 在恒定正偏电流的条件下,二极管可以用来测定温度。此时,正偏电压就成

了温度的函数。T=300K 时,二极管的电压为Va=0.60v 。确定(a)T=310 K 和(b )T=320K 时,二极管的电压。

6. 设计一个整流二极管需要考虑哪些因素,说明这些因素会影响到二极管的哪些参数。

半导体器件工艺基础知识

半导体基础知识和半导体器件工艺 第一章半导体基础知识  通常物质根据其导电性能不同可分成三类。第一类为导体,它可以很好的传导电流,如:金属类,铜、银、铝、金等;电解液类:NaCl水溶液,血液,普通水等以及其它一些物体。第二类为绝缘体,电流不能通过,如橡胶、玻璃、陶瓷、木板等。第三类为半导体,其导电能力介于导体和绝缘体之间,如四族元素Ge锗、Si硅等,三、五族元素的化合物GaAs砷化镓等,二、六族元素的化合物氧化物、硫化物等。 物体的导电能力可以用电阻率来表示。电阻率定义为长1厘米、截面积为1平方厘米的物质的电阻值,单位为欧姆*厘米。电阻率越小说明该物质的导电性能越好。通常导体的电阻率在10-4欧姆*厘米以下,绝缘体的电阻率在109欧姆*厘米以上。 半导体的性质既不象一般的导体,也不同于普通的绝缘体,同时也不仅仅由于它的导电能力介于导体和绝缘体之间,而是由于半导体具有以下的特殊性质: (1) 温度的变化能显著的改变半导体的导电能力。当温度升高时,电阻率会降低。比如Si在200℃时电阻率比室温时的电阻率低几千倍。可以利用半导体的这个特性制成自动控制用的热敏组件(如热敏电阻等),但是由于半导体的这一特性,容易引起热不稳定性,在制作半导体器件时需要考虑器件自身产生的热量,需要考虑器件使用环境的温度等,考虑如何散热,否则将导致器件失效、报废。 (2) 半导体在受到外界光照的作用是导电能力大大提高。如硫化镉受到光照后导电能力可提高几十到几百倍,利用这一特点,可制成光敏三极管、光敏电阻等。 (3) 在纯净的半导体中加入微量(千万分之一)的其它元素(这个过程我们称为掺杂),可使他的导电能力提高百万倍。这是半导体的最初的特征。例如在原子密度为5*1022/cm3的硅中掺进大约5X1015/cm3磷原子,比例为10-7(即千万分之一),硅的导电能力提高了几十万倍。 物质是由原子构成的,而原子是由原子核和围绕它运动的电子组成的。电子很轻、很小,带负电,在一定的轨道上运转;原子核带正电,电荷量与电子的总电荷量相同,两者相互吸引。当原子的外层电子缺少后,整个原子呈现正电,缺少电子的地方产生一个空位,带正电,成为电洞。物体导电通常是由电子和电洞导电。 前面提到掺杂其它元素能改变半导体的导电能力,而参与导电的又分为电子和电洞,这样掺杂的元素(即杂质)可分为两种:施主杂质与受主杂质。 将施主杂质加到硅半导体中后,他与邻近的4个硅原子作用,产生许多自由电子参与导电,而杂质本身失去电子形成正离子,但不是电洞,不能接受电子。这时的半导体叫N型半导体。施主杂质主要为五族元素:锑、磷、砷等。 将施主杂质加到半导体中后,他与邻近的4个硅原子作用,产生许多电洞参与导电,这时的半导体叫p型半导体。受主杂质主要为三族元素:铝、镓、铟、硼等。 电洞和电子都是载子,在相同大小的电场作用下,电子导电的速度比电洞

(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。

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

半导体基础知识和半导体器件工艺

半导体基础知识和半导 体器件工艺 Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#

半导体基础知识和半导体器件工艺 第一章半导体基础知识 通常物质根据其导电性能不同可分成三类。第一类爲导体,它可以很好的传导电流,如:金属类,铜、银、铝、金等;电解液类:NaCl水溶液,血液,普通水等以及其他一些物体。第二类爲绝缘体,电流不能通过,如橡胶、玻璃、陶瓷、木板等。第三类爲半导体,其导电能力介於导体和绝缘体之间,如四族元素Ge锗、Si矽等,三、五族元素的化合物GaAs砷化镓等,二、六族元素的化合物氧化物、硫化物等。 物体的导电能力可以用电阻率来表示。电阻率定义爲长1厘米、截面积爲1平方厘米的物质的电阻值,单位爲欧姆*厘米。电阻率越小说明该物质的导电性能越好。通常导体的电阻率在10-4欧姆*厘米以下,绝缘体的电阻率在109欧姆*厘米以上。 半导体的性质既不象一般的导体,也不同于普通的绝缘体,同时也不仅仅由於它的导电能力介於导体和绝缘体之间,而是由於半导体具有以下的特殊性质: (1) 温度的变化能显着的改变半导体的导电能力。当温度升高时,电阻率会降低。比如Si在200℃时电阻率比室温时的电阻率低几千倍。可以利用半导体的这个特性制成自动控制用的热敏元件(如热敏电阻等),但是由於半导体的这一特性,容易引起热不稳定性,在制作半导体器件时需要考虑器件自身産生的

热量,需要考虑器件使用环境的温度等,考虑如何散热,否则将导致器件失效、报废。 (2) 半导体在受到外界光照的作用是导电能力大大提高。如硫化镉受到光照後导电能力可提高几十到几百倍,利用这一特点,可制成光敏三极管、光敏电阻等。 (3) 在纯净的半导体中加入微量(千万分之一)的其他元素(这个过程我们称爲掺杂),可使他的导电能力提高百万倍。这是半导体的最初的特徵。例如在原子密度爲5*1022/cm3的矽中掺进大约5X1015/cm3磷原子,比例爲10-7(即千万分之一),矽的导电能力提高了几十万倍。 物质是由原子构成的,而原子是由原子核和围绕它运动的电子组成的。电子很轻、很小,带负电,在一定的轨道上运转;原子核带正电,电荷量与电子的总电荷量相同,两者相互吸引。当原子的外层电子缺少後,整个原子呈现正电,缺少电子的地方産生一个空位,带正电,成爲电洞。物体导电通常是由电子和电洞导电。 前面提到掺杂其他元素能改变半导体的导电能力,而参与导电的又分爲电子和电洞,这样掺杂的元素(即杂质)可分爲两种:施主杂质与受主杂质。 将施主杂质加到矽半导体中後,他与邻近的4个矽原子作用,産生许多自由电子参与导电,而杂质本身失去电子形成正离子,但不是电洞,不能接受电子。这时的半导体叫N型半导体。施主杂质主要爲五族元素:锑、磷、砷等。 将施主杂质加到半导体中後,他与邻近的4个矽原子作用,産生许多电洞参与导电,这时的半导体叫p型半导体。受主杂质主要爲三族元素:铝、镓、铟、硼等。

半导体物理---PN结习题

PN 结作业题 1、 For a silicon step pn junction, the n side has a net doping of 183210D N cm -=? and the p side has a net doping of 153510A N cm -=?. (1) Find the junction width. (2) Find the widths of the n side of the depletion region and the p side of the depletion region . (3) What is the built-in voltage? 2、 对GaAs 材料突变PN 结,完成第1题给出的计算要求。 3、(1) 如果PN 结的N 区长度远大于L p , P 区长度为W p , 而且P 区引出端处少数 载流子电子的边界浓度一直保持为0,请采用理想模型推导该PN 结电流-电压关系式的表达形式(采用双曲函数表示) (2) 若P 区长度远小于n L ,该PN 结电流-电压关系式的表达形式将简化为什么形式? (3) 若P 区长度远小于n L ,由上述(2)的结果推导PN 结总电流中()n p I x -和 ()p n I x 这两个电流分量之比的表达式? (4) 如果希望提高比值()/()n p p n I x I x -, 应该如何调整掺杂浓度A N 和D N 的大小? 提示: 两个区域可以分别采用两个坐标系,将坐标原点分别位于势垒区两个边界处,可以大大简化推导过程中的表达式 4. 已知描述二极管直流特性的三个电流参数是S I =1410-A 、SR I =1110-A 、KF I =0.1A 。请采用半对数坐标纸,绘制正偏情况下理想模型电流,势垒区复合电流和特大注入电流这三种电流表达式的I -V 曲线,并在此基础上绘制实际二极管电流随电压变化的曲线。 (提示:特大注入条件下,?? ? ??=KT eVa I I I 2exp KF S ) 5、A one-side step n p +junction diode with 17310a N cm -= and 19310d N cm -=has a junction area of 2100m μ. It is known that, for the minority carrier, 6310n s τ-=?, 220/n D cm s = (1) Please compare the junction capacitance and the diffusion capacitance under reverse bias (5a V V =-) (2) Compare the junction capacitance and the diffusion capacitance under forward bias (0.75a V V =+)

半导体PN结的物理特性

半导体PN结的物理特性 简介:半导体PN结的物理特性是物理学和电子学的重要基础内容之一,它在实践中有着广泛的应用,如各种晶体管、太阳能电池、半导体制冷、半导体激光器、发光二极管都是由半导体PN结组成。本实验主要研究的两个问题是: (1)测量PN结扩散电流与电压的关系; (2)研究PN结电压与热力学温度的关系。 一、实验目的 (1)了解用运算放大器测量弱电流的原理和方法; (2)测量PN结结电压与电流关系,证明此关系符合指数分布规律,用作图法求玻尔兹曼常数; (3)测量PN结结电压与温度的关系,求出PN结温度传感器的灵敏度; (4)计算在绝对零度时,半导体材料的禁带宽度。 二、实验仪器:FD-PN-4 PN结物理特性实验仪

三、 实验原理 1.PN 结伏安特性及玻尔兹曼常数的测量 半导体在常温下PN 结电压与电流有如下指数关系: 0qU kT S I I e = (1) 公式(1)中0I 为反向饱和电流,k 为玻尔兹曼常数,T 为热力学温度,q 为电子电量,U 为电压。本实验用常规方法测量时,当PN 结电压较小时,PN 结没导通,通过的电流很弱,普通电流表很难准确测量,无法验证真实的电压电流关系和测量玻尔兹曼常数,而采用集成运放对弱电流放大可解决这些问题。 2.弱电流测量 实验装置如图1所示,所用PN 结由三极管提供,LF356是一个高输入阻抗集成运算放大器,用它组成电流-电压变换器,它可对弱电流放大并转换成电压形式。其工作原理如图2所示,S I 为被测弱电流,r Z 为电路的等效输入阻抗, f R 为负反馈电阻,运放的开环放大倍数为0K ,运算放大器的输出电压为: 00i U K U =- (2) 由于运放输入阻抗i r 为无限大,反馈电阻f R 流过的电流近似为S I , 00 00 1 () (1)i S f f f U U U I U R R R K -= =-+ ≈- (3) 只要测得输出电压0U 和已知f R 值,即可求得S I ,将上式代入0qU kT S I I e =可 得: 102qU kT U U Ae == (4) 图1 PN 结扩散电源与结电压关系测量线路图

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

【CN110085663A】一种半导体PN结及制作方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910373876.3 (22)申请日 2019.05.07 (71)申请人 无锡鸣沙科技有限公司 地址 214135 江苏省无锡市新吴区净慧东 道66号5号楼5307室 (72)发明人 何慧强  (51)Int.Cl. H01L 29/06(2006.01) H01L 21/331(2006.01) H01L 21/336(2006.01) (54)发明名称一种半导体PN结及制作方法(57)摘要本发明涉及一种半导体PN结及制作方法,在衬底N0的正面有外延层N1,N0和N1是同种类杂质,并且N0的浓度比N1的浓度高;扩散掺杂区P1和P2连接为联合体,P1和P2是同种类型杂质,扩散掺杂区P1和P2联合体穿透外延层N1,P1和P2组成同类掺杂区与N0和N1组成的同类型掺杂区的界面连接,相比于衬底区PN结两侧的掺杂浓度,外延层区域PN结两侧的掺杂浓度低,因此拉伸了反向偏压状态下表面PN结空间电荷区的宽度,减小了表面PN结的电场强度,将击穿区域引导到衬底区,这样,PN结表面在受到外界不利因素的影响时,仍然拥有较理想的击穿值,而且击穿更稳定、 更可靠。权利要求书1页 说明书5页 附图4页CN 110085663 A 2019.08.02 C N 110085663 A

1.一种半导体PN结,特征在于:在衬底N0的正面有外延层N1,N0 和N1 是同种类杂质,并且N0 的浓度比N1的浓度高;扩散掺杂区P1和P2 连接为联合体, P1 和P2 是同种类型杂质,扩散掺杂区P1和P2 联合体穿透外延层N1,P1和P2 组成同类掺杂区与N0 和N1 组成的同类型掺杂区的界面连接。 2.根据权利要求1所述的半导体PN结,其特征在于:所述P1和P2的光刻窗口区面积相等。 3.根据权利要求1所述的半导体PN结,其特征在于:所述P1和P2的光刻窗口区重合。 4.根据权利要求1所述的半导体PN结,其特征在于:所述P1在P2的光刻窗口里或所述P2在P1的光刻窗口里面。 5.根据权利要求1所述的半导体PN结,其特征在于:所述衬底N0 的浓度在1e13 ~1e17atom/cm 3,衬底N0的厚度在100um ~750um。 6.根据权利要求1所述的半导体PN结,其特征在于:所述外延层N1的浓度1e12 ~1e16atom/cm 3,外延层的厚度1um ~100um。 7.根据权利要求1所述的半导体PN结,其特征在于:所述正面掺杂区P1 的峰值浓度1e15~1e21 atom/cm 3, 正面掺杂区P1的结深1-200um。 8.根据权利要求1所述的半导体PN结,其特征在于:所述正面掺杂区P2 的表面浓度1e15~1e21 atom/cm 3, 正面掺杂区P2的结深1-100um。 9.一种半导体PN结的制作方法,特征在于:包含以下加工步骤: 步骤一:在衬底N0 正面做P1掺杂,然后推进; 步骤二:在衬底N0 正面做N1 外延; 步骤三:在外延层N1上做正面P2掺杂,然后推进; 步骤四:在芯片正面做钝化; 步骤六:在芯片正反面做金属化。 权 利 要 求 书1/1页2CN 110085663 A

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

半导体基础知识及PN结

半导体基础知识及PN结 -------中国遥控网遥控技术的门户网有关遥控有关射频 有关无线通讯的专业文档资料站https://www.wendangku.net/doc/a517714248.html, https://www.wendangku.net/doc/a517714248.html,首页| 遥控制作(无线红外载波DTMF等)| 相关元器件| 基础知识| 标准、法规| │传感器单片机 自控CAD等综合版│ 基础知识>名词术语>半导体基础知识及PN结 日期:2004-11-14 20 作者: 来源:https://www.wendangku.net/doc/a517714248.html,半导体基础知识及PN结 在我们的日常生活中,经常看到或用到各种各样的物体,它们的性质是各不相同的。有些物体,如钢、银、铝、铁等,具有良好的导电性能,我们称它们为导体。相反,有些物体如玻璃、橡皮和塑料等不易导电,我们称它们为绝缘休(或非导体)。还有一些物体,如锗、硅、砷化稼及大多数的金属氧化物和金属硫化物,它们既不象导体那样容易导屯,也不象绝缘体那样不易导电,而是介于导体和绝缘体之间,我们把它们叫做半导体。绝大多数半导体都是晶体,它们内部的原

子都按照一定的规律排列着。因此,人们往往又把半导体材料称为晶体,这也就是晶体管名称的由来(意思是用晶体材料做的管子)。 物体的导电性能常用电阻率来表示。所谓电阻率,就是某种物体单位长度及单位截面积的体积内的电阻值。电阻率越小,越容易导电;反之,电阻率越大,越难导电。 导体、绝缘体的电阻率值随温度的影响而变化很小。但温度变化时,半导体的电阻率变化却很激烈;每升高1℃,它的电阻率下降达百分之几到百分之几十。不仅如此,当温度较高时,整体电阻甚至下降到很小,以致变成和导体一样。 在金属或绝缘体中,如果杂质含量不超过干分之一,它的电阻率变化是微不足道的。但半导体中含有杂质时对它的影响却很大。以锗为例,只要含杂质一千万分之一,电阻率就下降到原来的十六分之一。 锗是典型的半导体元素,是制造晶体管的一种常用材料(注:当前的半导体元器件生产以硅Silicon材料为主)。现以锗为例来说明如何会在半导体内产生电流、整流性能和放大性能。

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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。

半导体基础知识

1.1半导体基础知识 一、判断下列说法是否正确,用“√”和“×”表示判断结果填入空内。 1. 在P 型半导体中如果掺入足够量的五价元素,可将其改型为N 型半导体。 ( ) 2. 因为N 型半导体的多子是自由电子,所以它带负电。( ) 3. PN 结在无光照、无外加电压时,结电流为零。( ) 4. P 型半导体中只有一种载流子----空穴。( ) 5. N 型半导体中只有一种载流子----电子。( ) 6. 本征半导体中两种载流子的浓度相等。( ) 7. PN 结具有单向导电性。( ) 8. 本征半导体中载流子的浓度随温度的升高而减少。( )错 二、选择正确答案填入空内。 1. PN 结加正向电压时,空间电荷区将 。 A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽 D.不能确定 2. PN 结加反向电压时,空间电荷区将 。 A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽 D.不能确定 3. 设PN 结的端电压为U ,则PN 的电流方程是 。 A. I S e U B. T U U I e S C. T U U I e S -1 D. )1e (S -T U U I 4. 在本征半导体中加入 元素可形成N 型半导体。 A. 四价 B. 五价 C. 三价 D. 二价 5. 在本征半导体中加入 元素可形成P 型半导体。 A. 五价 B. 四价 C. 三价 D. 二价 6. 当温度升高时,二极管的反向饱和电流将 。 A. 增大 B. 不变 C. 减小 D.不一定 7. 当温度降低时,二极管的反向饱和电流将 。 A. 增大 B. 不变 C. 减小 D.不一定 8. 杂质半导体中 的浓度受温度的影响较大。 A.多子 B. 少子 C. 电子 D.空穴 9. N 型半导体中电子的浓度 空穴的浓度。 A.大于 B. 等于 C. 小于 D.大于或等于 10. 本征半导体中电子的浓度 空穴的浓度。 A.大于 B. 大于或等于 C. 小于 D.等于 三、填空题 1. 纯净的具有晶体结构的半导体称为 半导体。 2. 不同于导体导电,半导体内部有 和 共同参与导电。 3. P 型半导体中的多子为 。 4. PN 结的形成过程中,由于浓度差而引起的载流子的运动称为 运动;在 内电场力的作用下,少子进行 运动。上述两种运动达到 平衡时,PN 结形成。 5. PN 结外加 电压时处于导通状态,PN 结外加 电压时处于截止状态, 此即PN 结的 性。

半导体物理学[第六章pn结]课程复习(精)

山东大学《半导体物理》期末复习知识点 第六章 pn结 6.1 理论概要与重点分析 (1)pn结是将同种半导体材料的n型和p型两部分紧密结合在一起,在交界处形成一个结,即称为pn结。为使性能优越,一般采用合金法、扩散法、外延生长法和离子注入法等,改变其掺杂性质来实现这种“紧密接触”的。pn结是重要半导体器件,如结型晶体管及其相应的集成电路的工作核心。 设两种杂质的交界面为xj,如果 杂质有一个较宽的补偿过度阶段,为缓变结,较深的扩散法一般属此种情况。(2)由于在结的两边两种载流子相差悬殊而发生扩散。n区中的电子流入p区,在结附近留下不可以移动的电离施主;同样p区中的空穴流入n区在结的附近留下不可移动的电离受主,形成一个n区为正,p区为负的电偶极层,产生由n区指向p区的自建电场,此电场的作用是阻止载流子进一步相互扩散。或者说产生了一个与扩散相反的载流子漂移,当两者达到平衡时,载流子通过结的净流动为零,达到平衡。建立起一个稳定的空间电荷区和一个稳定的自建电场。n型的一边带正电,电动势高;p型一边带负电,电势低,所产生电动势差称为pn结接触电动势差。这个电动势差对n型区的电子和p型区的空穴各自向对方,运动都形成势垒,使整个结构在结区形成能带弯曲,其弯曲的高度称为势垒高度,它恰恰补偿了原来两边半导体中费米能级的高度差,使两边达到等高的统一费米能级。山东大学《半导体物理》期末复习知识点 (3)pn结上加正向电压V(p型一端接正,n型一端接负)时,外加电压电场与内建电场的方向相反,使内建电场减弱,势垒区变窄,势垒高度由平衡时的q VD变

为q(VD-V)。两区的费米能级分开为EnF-EpF=qV这时由内建电场引起载流子的漂 移减弱,扩散相对增强。于是有一个净的扩散电流从p区通过结流入n区,这便是pn结的正向电流。随外加电压V的增加,势垒高度越来越小,载流子漂移越来越小,扩散进一步增加。因此随外加正向电压的增加,正向电流迅速增大。在pn结上加反向电压(p型一端接负,n型一端接正)时,其外加电场方向与自建电场的方向相同,使势垒由平衡时的q VD增高为q(VD+V),势垒区宽度变宽, 减少了多子的相互扩散,增加了少子的漂移。因此形成了一个由n区流向p区的净电流,称之为反向电流。但因少子的浓度低,而且只有扩散到势垒边界的少子才能被势垒区的强电场拉向另一边。所以反向电流很小,而且不随外加反向电压的增加而增加,达到饱和,因此称之为反向饱和电流。 这就定性地说明了pn结的整流效应。 (4)要推导出pn结的电流电压关系,可按下面的思路得到。 在外加偏压V下(暂时设其为正偏),pn结势垒区的自建电场减弱,使p区和n区有少子的净注入,n区的电子注入p区变成p区的少子,p区的空穴注入n区,成为n区的少子,而积累在势垒区的边界。由于内部少子浓度比边界低,因此它们会从注入的边界向各自内部扩散。在忽略掉势垒区载流子的复合、产生和小注入的条件下,解两边少数载流子的稳态扩散方程,分别求出电压为V时,在势垒边界xn和(-xp)处空穴和电子的扩散电流密度,两者相加,即得到通过pn 山东大学《半导体物理》期末复习知识点

半导体和PN结

课题:半导体与PN结 学习目标1、了解半导体导电性质 2、掌握半导体的分类 3、掌握PN结的特性 学习难点半导体的导电性质 学习重点半导体的分类及PN结的特性 教学资源多媒体课件 教学过程教学方法和师生活动 引入 任何一件电子产品都是由性能不同的一些半导体 器件构成的,那么构成半导体器件的材料是半导体材 料,本节将学习半导体的有关知识。 引领下文 新授一、问题预设 1、什么是半导体?其导电能力与哪些因素有关系? 2、半导体内有哪两种载流子? 3、半导体可以分成哪几种? 4、PN结的结构及特性是什么? 二、要点点拔 1、半导体 教师提出问题(本 节课的学习目标),学 生带着问题看书,找到 问题的答案。

导电能力介于导体与绝缘体之间。常用的半导体 材料有硅和锗。 导电能力具有杂敏性和光敏性、热敏性。 2、两种载流子 空穴:运载正电荷 自由电子:运载负电荷 两种载流子在外电场的作用下,向相反的方向作定向移动,形成电流。 4、半导体的分类 纯净半导体(本征半导体) 杂质半导体:分P型半导体和N型半导体 P型半导体以空穴导电为主,N型半导体以自由电子导电为主。 5、PN结 将P型半导体和N型半导体紧密地压合在一起,交界处就会形成一个PN结。 PN结具有单向导电性: (1)正向导通:电源正极接P 型半导体,负极接N 型半导体,电流大。师生共同配合,以学生总结,教师点拔的方式解决本节课的目标知识要点。 多媒体演示PN 结的形成过程 通过实验得到PN 结的特性

(2)反向截止:电源正极接N 型半导体,负极接P 型半导体,电流小。 巩固练习1、常用于制造半导体器件的半导体材料是:()和()。 2、在纯净半导体中掺入微量的三价元素形成 的是()型半导体。 3、在N型半导体中,多数载流子是()。 4、温度(),将使半导体导电能力增强。 5、半导体具有()性、()性和()性。 6、硅和锗两种半导体材料共同点是原子核最外 层有()个电子。 小结、作业和板书设计 小结通过本节课的学习,重点掌握半导体的分类及PN结的特性作业课本P22 1-1题 板书设计 半导体与PN结 1、半导体的导电能力 2、半导体内的两种载流子 3、半导体的分类 4、PN结的形成

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