半导体材料短篇

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1、半导体基础知识张光春2006.3一.半导体材料电导率a/CS-cm*1）——半导体绝缘体1.1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:10,810,6IOUIO12IO1010s电阻率P/（n•cm）!06IO4I02110~2i(r4io-6i"11irr*i7iT111*1'11•1T]J错(Ge)银•玻璃■■氧化镰硅（Si）铜•（纯）■金刚石碑化傢（GaAs）铝■（纯）■磷化像（GaP）钳•硫•硫化镉（CdS）•熔融石英■1・1・1.1.1,1•1.1.1.1.1.1.1

2、.10-8I。*

3、0-»410-1210-WI。*IQ-6IO"4IO"1102104IO6108卜导体f图2.I典型绝缘体、半导体及导体的电导率范围1.2半导体乂可以分为元素半导体和化合物半导体，它们的定义如下：元索半导体（element）：由一种材料形成的半导体物质，如硅和错。周期IImIVVVIBCN2硼碳氮3MgA1SiPS铝硅磷硫ZnGaGe•AsSe4锌掾猪不申硒CdInSnSbTe5镉钢锡晞6HgPb汞铅《半导体器件与物理工艺》化介物(compound)半导体：由两种或两种以上元素形成的物质。D二元

4、化合物GaAs—伸化傢SiC—碳化硅？ZnS—硫化锌？GaN—氮化稼2)三元化合物AlGaiiAs—

5、掺入半导体中时，若能释放一个电子，这种朵质被称为施主。如磷、肿就是硅的施主。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_个空穴，这种杂质称为受主。如硼、铝就是硅的受主。'+4Si丄4（a）带有施主（神）的n型硅-1-4SiSiA3B空穴+q4SiSi+4（b）带有受主（明）的P型硅的图解1.5掺入施主的半导体称为N型半导体，如掺磷的硅。由于施主释放电了，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（简称少了）。Ec®©©©©©---EdEv相对的，掺入受主的半导体

6、称为P型半导体，如掺硼的硅。由于受主接受电了，因此在这样的半导体中空穴为多数导电载流了（简称多了），而电了为少数导电载流子（简称少子）。EcEvEie©©eeeEa~66oo651.6载流子浓度本征半导体的载流子浓度ni=no=po9n（）p0=ni热平衡条件非本征半导体的载流子浓度一般情况2ntl{}=Nd,/“（）=Na。如下图:fWOJ”晁J•須备图3-14段申穀流子浓皮与杂质液度的关系另外，电阻率与朵质浓度有如下关系：1P=nqP七pc屮木征半导体：p=阳化+/）另外，根据不同导电类型的半导体，上述公式可

7、以简化为:n型半导体：p=—!—叱p型半导体：p=pT112oO--1Jootl>nn-GaAs护——■一'SEKMill三二■菩三PSII三二曹r・k・BMa=10"300KSiGaAs11冃WWtet■•严■■鼻＞.■li^l■■训Ixxsxs::;asuEz:::KnKnsiihsen■Illi■・・!■IllIIW41012io1310Hio1510”IO17IO1810,9IO20杂质浓度/cm"1021图3.7对硅晶及碑化稼而言，电阻率对杂质浓度的变化情形⑷平衡载流子处于热平衡状态的半导体，在一定温度

8、卜载流子浓度是一定的，这种处于热平衡状态下的载流子浓度，称为平衡载流子浓度。〃o=ntexp(£/£/)KI£*•-EfPo=®exp(灯)n0Po=nj2非平衡载流子处于非平衡状态的半导体，其载流了浓度也不再是no和po,可以比他们多岀一部分，多出这部分载流子称为非平衡载流了，用和表示。光照产生非平衡载流子fno«««««他疵Cl0序瞬绘⑥入射光、吐QOOOCODOO0OOOOO

9、Q?{>QIApI•・••伞iatErEvN型半导体非平衡载流子的寿命—非平衡载流了平均生存的时间称为非平衡载流子的寿命。由于相对

10、于非平衡多数载流子，非平衡少数载流子的彩响处于主导地位，因而非平衡载流子的寿命(常称为少数载流子寿命，简称少子寿命)被用來衡量材料的质量。M)=(4?)0UL当t=T时，勺兀/)=回人即此时就是材料的少子寿命。1)肓接复合(directrecombination)1复)*产合C生EcEv由电了在导带与价带间直接跃进而引起的非平衡载流子的复合过程。2)间接复合(indire