半导体物理基本知识

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1、半导体物理基本知识一、导体、半导体和绝缘体物质就其导电性来说，可以分为绝缘体、半导体、和导体。电阻率大于109欧姆·厘米的物体称为绝缘体，小于10-4欧姆·厘米的物体为导体，电阻率介于10-4～109欧姆·厘米的物体为半导体。二、半导体材料的种类半导体材料种类繁多，从单质到化合物，从无机物到有机物，从单晶体到非晶体，都可以作为半导体材料。半导体材料大致可以分为以下几类：1、元素半导体元素半导体又称为单质半导体。在元素周期表中介于金属与非金属之间的Si、Ge、Se、Te、B、C、P等元素都有半导体的性质。在单质元素半导体中具有实用价值的只有硅、

2、锗、硒。而硅和锗是最重要的两种半导体材料。尤其半导体硅材料已被广泛地用来制造各种器件、数字和线性集成电路以及大规模集成电路等。硒作为半导体材料主要用做整流器，但由于硅、锗制造的整流器比硒整流器性能良好，所以硒逐渐被硅、锗取代。2、化合物半导体化合物半导体是AⅢBⅤ型化合物，由元素中期表中ⅢA族的Al、Ga、和ⅤA族的P、As、Sb等合成的化合物成为AⅢBⅤ型化合物。如AlP、GaAs、GaSb、InAs、InSb。在这一类化合物半导体中用最广泛的是GaAs，它可以用来制作GaAs晶体管、场效应管、雪崩管、超高速电路及微波器件等。3、氧化物半导

3、体许多金属的氧化物具有半导体性质，如Cu2O、CuO、ZnO、MgO、Al2O3等等。4、固溶体半导体元素半导体和无机化合物半导体相互溶解而成的半导体材料成为固溶体半导体。如：Ge-Si、GaAs-GaP，而GaAs-GaP是发光二极管的材料。5、玻璃半导体玻璃半导体是指具有半导体性质的一类玻璃。如氧化物玻璃半导体和元素玻璃半导体，氧化物玻璃半导体是由V2O5、P2O5、Bi2O3、FeO、CaO、PbO等中的某几种按一定配比熔融后淬冷而成。元素玻璃半导体是由S、Se、Te、As、Sb、Ge、Si、P等元素中的某几种，一定配比熔融后淬冷而成。

4、玻璃半导体目前研究工作着重于它的开关效应和记忆效应。玻璃半导体在通常条件下，具有高阻绝缘性、导电不明显的特点，但当外界条件如电压、温度、光照超过某一数值时，它才能显示出半导体性质。三、半导体的特性1、半导体的电阻率对温度的反应特别灵敏，纯净半导体的电阻率随温度的变化很显著，而且电阻率随温度的升高而下降。例如纯硅温度从20℃升到28℃，电祖率可以下降到一半左右，当温度接近绝对零度时，半导体成为绝缘体。2、微量的杂质能够显著的改变半导体的电阻率。例如在纯硅中掺入6×1021/m3的杂质磷或锑，就能使它的电阻率从2.15×103欧姆·厘米减小到0.

5、01欧姆·厘米。晶格结构的完整与否也会对半导体导电性能有极大的影响。3、适当的光照可使半导体的电阻率显著改变。当某种频率的光照射半导体时，会使半导体的电阻率显著下降，这种现象叫光电导。四、电子导电和空穴导电当理想的本征半导体晶体，受到温度影响后，使电子在热运动的激发下，克服原子的束缚力，跳出来、使共价键断裂，这个电子带负电在晶体中作无规则的运动，由于它的平均位移等于零，所以不产生电流。如果在晶体上加一个电场，这些自由电子将沿着作用力的方向运动而产生电流。这种因电子产生的导电叫电子导电。当电子在热激发下跳出来，在原来形成共价键的原子处少了一个电

6、子，留下一个空的位置，这个空位就叫空穴，相邻的满键上的电子可以跳到这个空穴上来，而相邻一处又出现了新的空穴，结果就形成了空穴在晶体内移动，由于带负电的电子跳出，形成的空穴可以一个带正电的粒子，它所带的电荷与电子相等，担符号相反，空穴在晶体内的移动也是无规则的，因而也不产生电流。但如果加上外电场的作用，空穴就顺着电场的方向移动，而产生电流，这就叫空穴导电。五、N、P型半导体本征半导体晶体，在实际上是比较难以获得的，应用也不广泛，可以创造出来一些条件，使晶体中的电子数目与空穴数目不相等，也就是其中的导电主要由一种符号的电荷运动产生，如使其中的电子

7、导电占优势，在半导体中加入一定数量的杂质就可以达到这个目的。所谓杂质是与半导体材料不同的元素，如硅晶体中除硅元素之外的元素砷、硼、磷等，都称之为杂质。在常温下，硅的导电性能主要由杂质决定。例如，硅中掺有Ⅴ族元素P、As、Sb，这些Ⅴ族元素代替了一部分硅原子的位置，但是，因为它们外层有五个价电子，其中四个与周围硅原子形成共价键，多余的一个价电子就成了可以导电的“自由”电子，所以一个Ⅴ族杂质原子，可以向半导体硅提供一个“自由”电子，而杂质原子本身成为带正电的离子，通常把这种杂质叫做施主杂质。当硅中掺有施主杂质时，半导体硅主要依靠施主提供的电子导电

8、，这种依靠电子导电的半导体叫做N型半导体。硅中掺有Ⅲ族元素B、Al、Ga、In，这些Ⅲ族元素杂质在晶体中也是代替一部分硅原子的位置，但是因为它们外层仅有三个价电子，