半导体的基本知识(讲义).ppt

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1、半导体的基本知识（讲义）２００７年８月2021/8/301前　　言随着世界范围内的能源紧张，在可以预计的将来，石油和煤炭将资源枯竭，同时那种既消耗资源又产生污染的能源生产方法最终将被人类所淘汰，太阳能这种取之不尽，用之不竭的新型能源已经被人类所认识和发展。2021/8/302近年来，世界各国都已将太阳能光伏产业作为新型能源来发展，我们国家近年来也涌现出许多从事研究和生产太阳能光伏产业的企业。目前，用于生产太阳能电池的主要材料为单晶硅，俗称太阳能单晶硅。下面就半导体单晶硅的一些基本知识作如下讲述：2021/8/303

2、导体、绝缘体、半导体的区别导体——凡能导电的物质均为导体，如金属类物质，常有的为金、银、铜、铁、铝等,它们的电阻率一般在10*E-4欧姆厘米以下。绝缘体——凡不能导电的物质均为绝缘体，生活中常有的物质有橡胶，塑料，木材，玻璃，陶瓷等都是不能导电的绝缘体，它们的电阻率在10*E9欧姆厘米以上。2021/8/304半导体——在导体和绝缘体之间还有一种被称为半导体的物质。主要有硅、锗、砷化镓、锑化锢、磷化镓、磷化锢等。其中硅和锗为单一元素的半导体，而砷化镓等为化合物半导体。2021/8/305半导体的特征（我们仅以硅例）

3、半导体具有以下一些特征：半导体的导电性能可以通过掺入微量的杂质（简称“掺杂”）来控制，加入微量杂质能显著改变半导体的导电能力，这是半导体能够制成各种器件，从而获得广泛应用的一个重要原因。2021/8/306为了说明微量杂质对半导体导电能力的影响，现举例说明：如我们要拉制目标电阻率为P型0.5～2的太阳能单晶，采用原料为N型电阻率大于20，投料80kg，母合金电阻率为10E-3，经计算80kg投料需要掺入母合金数量为10.32g。2021/8/307温度光照和电阻变化对半导体的导电性能起着很大的作用。硅的熔点1420

4、℃硅的比重为2.33克/立方厘米本征——指半导体本身的性质以区别于外来掺杂的影响，而完全靠半导体本身提供载流子的状况，理论上本征半导体是纯净的，事实上在未掺杂的半导体中，纯只是相对的。2021/8/308有两种载流子参加导电——在半导体中，参与导电的载流子有两种，即“电子”与“空穴”，而且同一种半导体材料，既可以形成以电子为主的导电，也可以形成以空穴为主的导电。2021/8/309半导体的一些常用名称的表述及含义晶体和非晶体晶体通常有规则的几何形状，生活中盐就是典型的立方体晶体结构，而蜡，塑料等都没有规则的形状均

5、都不能称作晶体晶体具有固定的熔点如硅的熔1420℃，在熔化过程中是等温的，一旦完全熔化后溶液温度会迅速上升，其熔化的温度曲线为（见下图）：2021/8/3010Tt1600℃1420℃60分300分等温区升温区升温区2021/8/3011晶体具有各向异性，对称性，解理面各向异性为晶体的机械，电学，热学，光学等物理和化学性质随方向不同而不同。晶体生长中的对称性具体表现为晶棒表面会长有对称的棱线。2021/8/3012如果平行于两根棱线之间划片，则片子能很顺利地沿线脆裂，并得到光直的边缘，如果沿其他方向划片其效果会截然

6、不同。这种容易沿某些晶面劈裂的特性称为解理性，而这些容易劈裂的晶面叫做解理面。2021/8/3013单晶体和多晶体单晶体——单晶体内的原子都按同一规律同一方向有序地周期性的排列，在单晶生长中具体表现为有棱线生长。2021/8/3014多晶体——多晶体则有许多取向不同的单晶体（或称晶粒）组成，多晶体内的原子在局部范围内呈规则排列，但不同局部区域中原子排列的方向不同，呈杂乱无序状态。如在单晶生长中原有正常晶体受外界影响如掺入杂质所致，则原正常生长的单晶受到破坏而成为多晶状态，具体表现为原有的棱线消失，晶体表面呈现无规则

7、杂乱的迹象。2021/8/3015晶向晶体中由位于同一平面的原子所组成的平面称为晶面，晶格中每一个平行排列的直线方向称为晶向（见下图）。2021/8/3016<100>晶向<100>晶面2021/8/3017单晶生长按生长方向主要有两种，即<111>和<100>，目前在太阳能单晶的生产中，基本上都是采用拉<100>方向的，其特征为表面有四根对称的棱线。2021/8/3018型号半导体生长中按其掺入的杂质分为二类，即N型和P型二种。N型——当硅中掺入Ⅴ族元素的杂质（磷P，砷As，锑Sb等），这些杂质原子可以向硅提供一

8、个自由电子，而本身成为带正电的离子，通常把这种杂质叫施主杂质，当硅中掺有施主杂质时，主要靠施主提供的电子导电，这种依靠电子导电的半导体叫做N型半导体，相应的杂质也叫做N型杂质。2021/8/3019P型——当硅中掺入Ⅲ族元素的杂质（硼B，铝Al，镓Ga等），这些Ⅲ族杂质可以向硅提供一个空穴，而本身接受一个电子成为带负电的离子，通常把这种杂质叫受主杂质，当硅中