半导体的基础知识(办公).doc

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1、半导体的特点半导体Z所以得到广泛的应用，其主要原因并不在于它的电阻率大小，而是因为它存在着一些导体和绝缘体所没有的独特性能。%1导电能力随温度灵敏变化导体，绝缘体的电阻率随温度变化很小，(导体温度每升高一度，电组率大约升高0.4%)o而半导体则不一样，温度每升高或降低1度，其电阻就变化百分Z儿，甚至儿十，当温度变化几十度时，电阻变化几十，几万倍，而温度为绝对零度(・273°C)时，则成为绝缘体。%1导电能力随光照显著改变半光线照射到某些半导体上时，它们的导电能力就会变得很强,没有光线时，它的导电能力又会变得很弱。%1杂质的显著影响在纯净

2、的半导体材料屮，适当掺入微量杂质，导电能力会有上百力•的增加。这是最特殊的独特性能。%1其他特性温差电效应，霍尔效应，发光效应，光伏效应，激光性能等。本征半导体常用的半导体材料主要有硅(Si)和错(Ge)高纯度的硅和箔都是单晶结构，它们的原了整齐的按一定得规律排列着，原了之间的距离不仅很小，而且相等，我们把这种非常纯净的且原了排列整齐的半导体称为木征半导体。硅、硼、磷原了结构示意图如下:正常情况下，他们的原子祁是呈屮性的。在硅制成单晶后，其最外层的4个电了不仅受白身原了核的约束，还与相邻的4个原子核相吸引，2个相邻的原子Z间共有1对电了

3、，称为共价键结构。如果共价键屮的电了受到一定的热或光照等作用下，晶体中的共价电了有一部分受到激发可能会冲破共价键的朿缚而成为一-个白由电了。同时这个电了原来所在的共价键的位置上形成一个电了空位，称Z为“空穴”。从能带图上看，就是电了离开了价带跃迁到导带，从而在价带屮留下了空穴，产生了一对电了和空穴。在木征半导体屮白由电了和空处的数目是相等的,称为电了空穴对，电了空穴对的运动是杂乱无章的，就報体而言对外不显电性。只有在外加电场的作用下电子空穴运动才具有方向性。E+14空穴+14共价键+14能带图硅原子在晶体中的共价键结构半导体材料硅的晶体

4、结构硅晶体的金刚石结构晶体对称的，有规则的排列叫做晶体格子，简称晶格，最小的晶格叫晶胞。金刚石结构是一种复式格子，它是两个面心立方晶格沿对角线方向上移1/4互相套构而成。(a)简单立方(b)体心立方(c)面心立方体结构金制右縉i构晶面、晶向、原子密排面和解理面晶体屮的原了可以看成是分布在一系列平行而等距的平面上，这些平面就称为晶面。每个晶面的垂直方向称为晶向。下面左图是儿种常用到的晶血和晶向。在晶体的不同面上，原了的疏密稈度是不同的，若将原子看成是一些硬的球体，它们在一个平面上最密集的排列方式将如右图所示，按照这样方式排列的晶面就称为原

5、子密排面。(100)(1()0晶而)(110晶面)(111晶面)'I10)OGGOOOoooooooooooo(III)CCOOCTIB1.2.7比较简单的一种包含原了密排面的晶格是面心立方晶格。而金刚石晶格又是两个面心立方晶格套在一起，相互Z间。沿着晶胞体对角线方向平移1/4而构成的。我们来看面心立方晶格中的原子密排面。按照硬球模型可以区分在(100)(110)(111)几个晶面上原子排列的情况,如图127所示。金钢石晶格是由面心晶格构成，所以它的(Ill)晶面也是原了密排面，它的特点是,在晶面内原子密集、结合力强，在晶面Z间距离较大

6、,结合薄弱，由此产生以下性质：@)由于(111)密排面木身结合牢尚而相互间结合脆弱，在外力作用下，晶体很容易沿着(111)晶血劈裂，晶体屮这种易劈裂的晶面称为晶体的解理面。(b)由于(111)密排面结合牢固，化学腐蚀就比较困难和缓慢,而(100)面原子排列密度比(111)面低。所以(100)面比(111)面的腐蚀速度快，选择合适的腐蚀液和腐蚀温度，(100)面腐蚀速度比(Ill)面大的多，因此，用(100)面硅片采用这种备向异性腐蚀的结果，可以使硅片表瓯产生许多密布表瓯为(111)面的四瓯方傩体，形成绒面状的硅表面。掺杂半导体木征半导体

7、的实际价值不大，但如果在本征半导体屮掺入微量的某种元素，就会形成N型或P型半导体(1)N型半导体在木征半导体(以硅为例)屮掺入5价元素如：磷等，因磷原了的最外层有5个电了，其屮的4个电了同硅的4个电了组成共价键形成稳定结构，多余的电子很容易受到激发形成白由电子。掺入的磷元素越多，则白由电子就越多。这种掺入5价元素的半导体称为N型半导体。其主要依靠自由电了导电，称为多数载流子，而空穴数最远远少于电了数量，称为少数载流子。(2)P型半导体在木征半导体屮掺入3价元索如硼等，因硼原子的最外层只有3个电子，其屮3个电了和硅原子外的3个电子组成共价

8、键后就留下一个空穴，空穴数日增多，H由电子则相对很少，故掺入3价元素的半导体称为P型半导体。P型半导体主要依靠空穴来导电，称为多数载流了，而自由电了因数量远少于空穴数量，故称为少数载流了。一块半导体材料处于