半导体物理基础知识.doc

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1、半导体物理基础知识1.1导体，绝缘体和半导体自然界的各种物质就其导电性能来说、可以分为导体、绝缘体和半导体三大类。导体具有良好的导电特性，常温下，其内部存在着大量的白由电了，它们在外电场的作用下做定向运动形成较大的电流。因而导体的电阻率很小，只有金属一般为导体，如铜、铝、银等，它们的电阻率一般在10-4欧姆•厘米以下。绝缘体几乎不导电，如橡胶、陶瓷、犁料等。在这类材料屮，几乎没有自由电了，即使受外电场作用也不会形成电流，所以，绝缘体的电阻率很大，它们的电阻率在IO?欧姆•厘米以上。半导体的导电能

2、力介于导体和绝缘体Z间，如硅、铭、硒等，它们的电阻率通常在Z间。半导体Z所以得到广泛丿应用，是因为它的导电能力受掺杂、温度和光照的影响十分显著。如纯净的半导体单晶硅在室温下电阻率约为，若按百力-分Z—的比例掺入少最杂质（如磷）后,其电阻率急剧下降为，几乎降低了一百万倍。半导体具有这种性能的根木原因在于半导体原子结构的特殊性。它具有如下的主要特征。（1）杂质影响半导体导电性能在室温下，半导体的电阻率在10一4〜109欧姆•厘米z间。而且，加入微量杂质能显著改变半导体的导电能力。掺入的杂质最不同时，

3、可使半导体的电阻率在很大的范围内发生变化。列外，在同一种材料屮掺入不同类型的杂质，可以得到不同导电类型的材料。（2）温度影响半导体材料导电性能温度能显著改变半导体的导电性能。在一般的情况下,半导体的导电能力随温度升高而迅速增加，也就是说，半导体的电阻率具有负温度系数。而金属的电阻率具有正温度系数，且随温度的变化很慢。（3）有两种载流了参加导电在半导体屮，参与导电的载流了有两种。一种是为大家所熟悉的电了，另一种则是带正电的载流子，称为空穴。而且同一种半导体材料，既可以形成以电了为主的导电，也可以形

4、成以空穴为主的导电。在金属屮则仅靠电了导电，而在电解质屮，靠正离子和负离子同时导电。（4）其它外界条件对导电性能的影响半导体的导电能力还会随光照而发生变化。例如一层淀积在绝缘基板上的硫化镉薄膜，其暗电阻约为数

5、-兆欧，当受光照示，其电阻可下降到数十千欧。这种现彖称为光电导效应。此外，半导体的导电能力还会随电场、磁场、压力和环境的作用而变化，具有其它特性和效应。物体的导电能力，一般川材料电阻率的大小来衡量。电阻率越大，说明这种材料的导电能力越弱。表给出以电阻率来区分导体，绝缘体和半导体的大致范I韦

6、I。物体导体半导体绝缘体Q•CM<10e-4>10e91.2半导体材料的类别元素半导体元素周期表屮，已经知道有十来个元素具有半导体性质，其中，形态稳定、工艺成熟的只有硅、銘、硒三种。硅具有优良的半导体性质，是现代最主要的半导体材料，已在晶体管、集成电路及其它器件屮大量使用。错也具有良好的半导体的性质,是重要的半导体材料2—。硒的半导体性质发现得很早，用于制作整流器、光电导器件等。其它元素半导体都还未获得实际应用。化合物半导体化合物半导体可分为无机化合物半导体和有机化合物半导体两种。有机化合物半导

7、体仍处研究探索阶段，一般所说的化合物半导体指无机化合物半导体。无机化合物半导体由两种（二元系）或多种（多元系）元素组成。由III族和V族元素组成的lll・V族化合物半导体GaAs是M用最广的化合物半导体，用于制作微波器件、激光器和集成电路。其它如InP、AIP、GaP、InAs、InSb等lll・V族化合物半导体,ZnS、CdS>ZnSe>HgSe等ll・VI族化合物半导体、IV-IV族化合物半导体材料Sic等都有一定的应用。多元系化合物半导体用途较少。固溶半导体由两个或两个以上具有足够含量的的

8、元素构成的同体溶液，如果具有半导体性质，就称为固溶半导体，简称固溶体或混晶。半导体材料中提纯残留的杂质和有意掺入的杂质与木体材料也形成固溶体，但因这些杂质的含量很低，在半导体材料的分类屮不属于尚溶半导体。另一方面，固溶半导体又与化合物半导体有区别，示者是靠其价键按一定化学配比构成，而固溶体组成元素的含量在其固溶度范围内可连续变化，其半导体及有关性质也随Z变化。利用固溶半导体的这一特点可得到性质多样的半导体材料以满足不同的应用要求。主要的固溶体半导体有:元素固溶体Ge-Si,III-V族固溶体Ga

9、l-xAIxAs,II-VI族固溶体HgxCdl-xTe等。1.3晶体与非晶体白然界的物质最常见的形态有气态、液态和固态。固态或称固体，又可分为晶体和非晶体。晶体和非晶体的内部结构和物理、化学性质有木质的区别。玻璃、松香和橡胶等是非晶体；铭、硅等半导体芯片材料，铜、铁、铝等金属，以及石英、食盐、金刚石等是晶体。晶体区别于非晶体的主要特征有以下方面：1晶体通常具有规则的儿何形状如食盐晶体为立方体，石英晶体为六方柱体等；而玻璃、橡胶等非晶体就没有规则的外形。2晶体具有固定的熔点晶体在熔化或凝固过程屮