半导体基础知识简介

半导体基础知识简介晶体：原子排列长程有序，如NaCl,AgNO3,石墨，冰等。非晶体：排列没有长程周期性，如玻璃，沥青，橡胶等。固体按导电能力可分为：导体、绝缘体和介于两者之间的半导12欧姆•厘米——绝缘体：玻璃电阻率介于导体和绝缘体之间——半导体：硫化镉①半导体电阻对温度变化非常敏感。根据这一特性，热电探测器件。NTC：负温度系数，半导体热敏电阻PTC：正温度系数，铂热电阻电阻值随温度的增加急剧减小，具有很大的负温度系数．构成材料是钒、钡、锶、磷等元素氧化物的混合烧结体②导电性受极微量杂质的影响而发生十分显著的变化。（例如纯净Si在室温下电导率为5*10-6/(欧姆•厘米)，掺入硅原子数百万分之一的杂质时，电导率为2/(欧姆•厘米)）。且随掺入的杂质类型不同，可以得到相反导电类型的半导体，在硅中掺入硼，可得到P型半导体，掺入锑可得到N型半导体。P型掺杂或N型掺杂均是增加了半导体中的自由载流子，从而增强③半导体导电能力及性质会受热、光、电、磁等作用的影响，而例如沉积在绝缘基板上的硫化镉层不受光照时阻抗可达几十甚至几百兆欧，但是一旦受到光照，电阻就会下降到几十千欧，甚至①电子绕核运动，具有完全确定的能级，这种稳定的运动状态称通常所提的轨道所代表的是电子出现几率最大的一部分区域。③遵循泡利不相容原理：在一个原子或原子组成的系统中，不能有两个电子同属于一个量子态，即在每一个能级中，最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。④电子首先填满最低能级，而后依次向上填，直到所有电子填完2、晶体中电子的能带A、电子的共有化现象：电子不束缚于单个原子，在整个固体内构成晶体的原子间距离很近，故不同原子之间的电子轨道将发生不同程度的交迭，使电子可以从一个原子转移到另一个原子只有最外层的电子的共有化特征最明显。原子的能级之间存在着直接的对应关系。B、能带：能量近乎相同的能级相互靠的很近，组成一定的能量区域，我们将这些能量区域中密集的能级形象的称为能带。电子轨道很小，在不同原子间很少相互重叠；能量较高的外层电子轨道在不同的原子间有较多的重叠，故形成的能带较宽。满带：各个能级都被电子填满的能带。禁带：两个能带之间的区域。价带：由最外层价电子能级分裂后形成的能带。空带：所有能级都没有电子填充的能带。价带以上的能带基本上是空的，其中最低的带称为导带。导体，绝缘体及半导体的能带电子分布：1、本征半导体：完全纯净的，结构完整的半导体。 共价键中的两个电子，称为价电子。本征半导体的导电机理价电子在获得一定能量(温度升高或受光照)后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子(带负电)，同时共价键中留下一个空位，即为空穴(带正电)。这一现象即为半导体的本征激发。导电过程一个新的空穴，其结果相当于空穴的运动(相当于正电荷的移动)。在半导体中将出现两部分电流：在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载(1)本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；(2)温度愈高(光照愈强)，载流子的数目愈多,半导体的导电性能2、掺杂半导体(杂质半导体)在本征半导体中掺入微量的杂质，形成杂质半导体。 无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。平衡和非平衡载流子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。半导体的热平衡状态是相对的，有条件的。如果对半导体施加外界作用，破坏了热平衡的条件，这就迫使它处于与热平衡状态相偏离的状态，称为非平衡状态。非平衡载流子处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是平衡载流子浓度，比它们多出一部分。比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子。在N型半导体中，把非平衡电子称为非平衡多数载流子，非平衡在半导体器件中，非平衡少数载流子往往起着重要的作用。产生方法：光注入，电注入，高能粒子辐照等。导电机理：载流子的输运过程载流子的基本运动形式：扩散运动和漂移运动，二者都是定向运动，分别与扩散电流和漂移电流相联系。造成的由高浓度向低浓度处的迁移运动。杂质分布均匀的半导体，只考虑非平衡载流子的扩散；对于杂质分布不均匀的半导体，则要同时考虑平衡载流子和非平衡载流子扩散电流的方向与浓度梯度成正比。载流子在电场的加速作用下，除热运动之外获得的附加运动称为载流子的漂移运动速度与外加电场强度成正比。①沿着电场的方向运动---定向运动；②是叠加在热运动基础之上的一种定向运动；③在漂移过程中将不断受到受到散射（否则漂移速度将变成∞),在半导体中对载流子起散射作用的散射中心主要是声子(晶格振动)在高温下，声子散射起主要作用；在低温下电离杂质中心散射起3、扩散运动和漂移运动同时存在存在较大的浓度梯度，故对扩散电流的贡献主要是少数载流子。面附近的过渡区称为PN结。同质结：用同一种半导体材料制成的PN结；异质结：由禁带宽度不同的两种半导体材料（如GaAl/GaAs、InGaAsP/InP等）制成的PN结。制造PN结的方法有合金法、扩散法、离子注入法和外延生长法等。制造异质结通常采用外延生长法。本征吸收：光子能量足够大，价带中的电子能激发到导带。特点：产生电于-空穴对 本征半导体和杂质半导体内部，都有可能发生本征吸收!v之Eg/hv=c/λλ<hc/Eg=(μm)本征吸收的长波限1.24本征吸收的长波限λ0=hc/Eg=Eg本征吸收是强吸收，吸收系数为105/cm，实际吸收发生在10-6cm的薄层内，受表面状态的影响。非本征吸收：光子能量不足以使价带中的电子激发到导带，包括杂质吸收、自由载流子吸收、激子吸收、晶格。处于杂质能级中的电子与空穴，电子吸收光子，会从杂质能级引起杂质吸收的光子的最小能量应等于杂质的电离能。杂质电离能比禁带宽度小，其长波吸收限为：λ=hc/ΔEd(ΔEa)2、自由载流子吸收在半导体材料的红外吸收光谱中发现，在本征吸收限长波侧还存①它可以扩展到整个红外波段和微波波段；②吸收系数大小与载流子浓度有关；电阻率越小，载流子浓度越高，吸收系数越大。3、激子吸收动的电子-空穴对，称为激子。是固体电子系统中的一种激发态。瓦尼尔激子：又称弱束缚激子，电子与空穴间的束缚比较弱，表现在束缚能小，电子与空穴之间的平均距离远大于原子间距；半导体材料中的激子属于弱束缚激子。弗伦克尔激子：又称紧束缚激子，电子和空穴之间的束缚比较强。离子晶体中的激子多属于紧