《半导体材料》PPT课件

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1、半导体材料半导体材料的发展简史半导体材料的发展趋势半导体材料的分类什么是半导体？按照不同的标准，有不同的分类方式。按固体的导电能力区分，可以区分为导体、半导体和绝缘体。导体、半导体和绝缘体的电阻率范围材料导体半导体绝缘体电阻率（欧姆）﹤10-310-3--109﹥109空穴导电，是P型半导体；电子导电，是N型半导体。根据半导体的掺杂特性，在半导体中掺入微量的硼、铝、铟、镓等元素后，半导体中就会产生许多缺少电子的空穴，使半导体中的空穴浓度大大高于自由电子的浓度，这种靠空穴导电的半导体是P型半导体。在半导体中掺入微量磷、锑、砷等元素后，半导体中就会产生许多带负电的电子

2、，使半导体中自由电子的浓度大大高于空穴浓度。这种靠电子导电的半导体是N型半导体。首次报道半导体伏特A.Volta(1745~1827)，意大利物理学家国际单位制中,电压的单位伏即为纪念他而命名。1800年，他发明了世界上第一个伏特电池，这是最早的直流电源。从此，人类对电的研究从静电发展到流动电，开拓了电学的研究领域。他利用静电计对不同材料接地放电，区分了金属，绝缘体和导电性能介于它们之间的“半导体”。他在给伦敦皇家学会的一篇论文中首先使用了“Semiconductor”（半导体）一词。半导体的特有性质－负电阻温度系数法拉第M.Faraday(1791~1867)，

3、英国物理学家、化学家，现代电工科学的奠基者之一。电容的单位法（拉）即为纪念他而命名。法拉第发明了第一台电动机，另外法拉第的电磁感应定律是他的一项最伟大的贡献。1833年，法拉第就开始研究Ag2S半导体材料，发现了负的电阻温度系数，即随着温度的升高，电阻值下降。负电阻温度系数是半导体材料的特有性质之一。正、负电阻温度系数负电阻温度系数正电阻温度系数RRTT半导体的特有性质－光电导效应1873年，英国史密斯W.R.Smith用光照在硒的表面，发现了硒的光电导效应，它开创了半导体研究和开发的先河。所谓光电导效应，是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。光电导探

4、测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。光电导效应是半导体材料的特有性质之二。照片光电导示意图半导体的特有性质－整流效应布劳恩K.F.Braun(1850~1918)，德国物理学家。布劳恩与马可尼共同获得1909年度诺贝尔奖金物理学奖。1874年，他观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导通，这就是半导体的整流效应。整流效应是半导体材料的特有性质之三照片伏安特性I电流V电压0正向反向半导体特有性质－光生伏特效应1876年，英国物理学家亚当斯(W.G.Adams)发现晶体硒和金属接触在光照射下产

5、生了电动势，这就是半导体光生伏特效应。光生伏特效应最重要的应用就是把太阳能直接转换成电能，称为太阳能电池。1954年美国贝尔实验室制成了世界上第一个实用的太阳能电池，效率为4%。光生伏特效应是半导体材料的特有性质之四。照片光生伏特效应半导体的特有性质－霍尔效应1879年，霍尔(E.H.Hall)在研究通有电流的导体在磁场中受力，发现在垂直于磁场和电流的方向上产生了电动势，这个电磁效应称为“霍尔效应”。“霍尔效应”就是为纪念霍尔而命名的。利用“霍尔效应”可以测量半导体材料的载流子浓度、迁移率、电阻率、霍尔系数等重要参数。霍尔效应是半导体材料的特有性质之五。照片霍尔效

6、应示意图BZIxvfBP型半导体薄片：长度为L，宽度为b，厚度为d磁场方向(z方向）与薄片垂直，电流方向为x方向LbdfExyz半导体发展的限制在1880年就发现了半导体材料的五大特性：整流效应、光电导效应、负电阻温度效应、光生伏特效应和霍尔效应但半导体科学却没有取得迅猛的发展，主要原因在于：1.半导体材料的不纯2.半导体物理理论的不完善（1）半导体理论的发展背景首先取得突破的是半导体理论的发展19世纪末，英国物理学家汤姆生在展望20世纪物理学前景时，他指出在物理学晴朗的天空里出现了两朵令人不安的“乌云”，第一朵“乌云”出现在光的波动理论上，第二朵“乌云”就是黑体

7、辐射。黑体辐射被加热的物体开始时会发出红光，随着温度上升，光的颜色逐渐由红变黄又向蓝白色过渡，这种以电磁波的形式向外传递能量的现象就叫热辐射。为了从理论上总结热辐射规律，19世纪物理学家导出了热辐射物体的能量按发光波长分布的两个公式：维恩公式和瑞利-金斯公式。然而，这两个公式算出的结果，不是在长波方面就是在短波方面与实验结果不符，物理学家为此伤透了脑筋。这两朵乌云给物理学界带来了革命风暴，使物理学家发现了“新大陆”——“量子论”和“相对论”，将人类对物质世界的认识向前推进了一大步。量子论－－－半导体的能带理论密切相关普朗克的辐射量子说1900年，普朗克提出辐射量子

8、假说假定电