定義
物質(zhì)存在的形式多種多樣,
固體、
液體、
氣體、
等離子體等
半導(dǎo)體
等。我們通常把
導(dǎo)電性差的材料,如煤、
人工晶體、
琥珀、
陶瓷等稱為絕緣體。而把導(dǎo)電性比較好的金屬如金、銀、銅、鐵、錫、鋁等稱為
導(dǎo)體?梢院(jiǎn)單的把介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料稱為半導(dǎo)體。與導(dǎo)體和絕緣體相比,
半導(dǎo)體材料的發(fā)現(xiàn)是最晚的,直到20世紀(jì)30年代,當(dāng)材料的提純技術(shù)改進(jìn)以后,半導(dǎo)體的存在才真正被學(xué)術(shù)界認(rèn)可
。
本征半導(dǎo)體:不含雜質(zhì)且無(wú)
晶格缺陷的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。在極低溫度下,半導(dǎo)體的
價(jià)帶是
滿帶(見(jiàn)
能帶理論),受到熱激發(fā)后,價(jià)帶中的部分電子會(huì)越過(guò)禁帶進(jìn)入
能量較高的空帶,空帶中存在電子后成為
導(dǎo)帶,價(jià)帶中缺少一個(gè)電子后形成一個(gè)帶
正電的空位,稱為
空穴?昭▽(dǎo)電并不是實(shí)際運(yùn)動(dòng),而是一種
等效。電子導(dǎo)電時(shí)等
電量的空穴會(huì)沿其反方向運(yùn)動(dòng)[1]
。它們?cè)谕怆妶?chǎng)作用下產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)而形成
宏觀電流,分別稱為
電子導(dǎo)電和
空穴導(dǎo)電。這種由于電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生而形成的混合型導(dǎo)電稱為本征導(dǎo)電。導(dǎo)帶中的電子會(huì)落入空穴,電子-空穴對(duì)消失,稱為
復(fù)合。復(fù)合時(shí)釋放出的
能量變成電磁輻射(發(fā)光)或晶格的熱振動(dòng)能量(發(fā)熱)。在一定溫度下,電子- 空穴對(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合同時(shí)存在并達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,此時(shí)半導(dǎo)體具有一定的載流子
密度,從而具有一定的電阻率。溫度升高時(shí),將產(chǎn)生更多的電子- 空穴對(duì),載流子密度增加,
電阻率減小。無(wú)
晶格缺陷的純凈半導(dǎo)體的電阻率較大,實(shí)際應(yīng)用不多。
分類
半導(dǎo)體材料很多,按化學(xué)成分可分為
元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)
半導(dǎo)體
體兩大類。鍺和硅是最常用的元素半導(dǎo)體;化合物半導(dǎo)體包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物(砷化鎵、磷化鎵等)、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物( 硫化鎘、硫化鋅等)、氧化物(
錳、
鉻、
鐵、
銅的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物組成的固溶體(鎵鋁砷、
鎵砷磷等)。除上述晶態(tài)半導(dǎo)體外,還有非晶態(tài)的玻璃半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體等。
半導(dǎo)體的分類,按照其制造技術(shù)可以分為:
集成電路器件,分立器件、光電半導(dǎo)體、邏輯IC、模擬IC、儲(chǔ)存器等大類,一般來(lái)說(shuō)這些還會(huì)被分成小類。此外還有以應(yīng)用領(lǐng)域、設(shè)計(jì)方法等進(jìn)行分類,雖然不常用,但還是按照IC、LSI、VLSI(超大LSI)及其規(guī)模進(jìn)行分類的方法。此外,還有按照其所處理的信號(hào),可以分成模擬、數(shù)字、模擬數(shù)字混成及功能進(jìn)行分類的方法。
相關(guān)短語(yǔ)
半導(dǎo)體Semiconductor;intrinsic semiconductor
半導(dǎo)體晶體[電子] semiconductor crystal;[電子] semiconducting crystal;[電子] crystal semiconducting;[電子] Crystal Semiconductor
純半導(dǎo)體intrinsic semiconductor;pure semiconductor
半導(dǎo)體整流semiconductor rectifier;semiconductor rectifier,semiconductor rectifier
離子半導(dǎo)體ionic semiconductor
半導(dǎo)體芯片semiconductor chips;conductor chip;semiconductor pellet;semiconductor chip,semiconductor chip
半導(dǎo)體制冷semiconductor refrigeration;Semi-conductor refrigerant;Semiconductor Cooling;
共價(jià)鍵結(jié)構(gòu):相鄰的兩個(gè)原子的一對(duì)最外層電子(即價(jià)電子)不但各自圍繞自身所屬的
原子核運(yùn)動(dòng),而且出現(xiàn)在相鄰原子所屬的軌道上,成為共用電子,構(gòu)成共價(jià)鍵。
自由電子的形成:在常溫下,少數(shù)的價(jià)電子由于熱運(yùn)動(dòng)獲得足夠的能量,掙脫共價(jià)鍵的束縛變成為
自由電子。
空穴:價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛變成為自由電子而留下一個(gè)空位置稱空穴。
電子電流:在外加電場(chǎng)的作用下,自由電子產(chǎn)生定向移動(dòng),形成電子電流。
空穴電流:自由電子按一定的方向依次填補(bǔ)空穴(即空穴也產(chǎn)生定向移動(dòng)),形成空穴電流。
導(dǎo)體電的特點(diǎn):導(dǎo)體導(dǎo)電只有一種載流子,即自由電子導(dǎo)電。
本征半導(dǎo)體電的特點(diǎn):本征半導(dǎo)體有兩種載流子,即自由電子和空穴均參與導(dǎo)電。
本征激發(fā):半導(dǎo)體在熱激發(fā)下產(chǎn)生自由電子和空穴的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。
復(fù)合:自由電子在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中如果與空穴相遇就會(huì)填補(bǔ)空穴,使兩者同時(shí)消失,這種現(xiàn)象稱為復(fù)合。
動(dòng)態(tài)平衡:在一定的溫度下,本征激發(fā)所產(chǎn)生的自由電子與空穴對(duì),與復(fù)合的自由電子與空穴對(duì)數(shù)目相等,達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。
載流子的濃度與溫度的關(guān)系:溫度一定,本征半導(dǎo)體中載流子的濃度是一定的,并且自由電子與空穴的濃度相等。當(dāng)溫度升高時(shí),熱運(yùn)動(dòng)加劇,掙脫
共價(jià)鍵束縛的自由電子增多,空穴也隨之增多(即載流子的濃度升高),導(dǎo)電性能增強(qiáng);當(dāng)溫度降低,則載流子的濃度降低,導(dǎo)電性能變差。
結(jié)論:本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能與溫度有關(guān)。半導(dǎo)體材料性能對(duì)溫度的敏感性,可制作熱敏和光敏器件,又造成
半導(dǎo)體器件溫度穩(wěn)定性差的原因。
雜質(zhì)半導(dǎo)體:通過(guò)擴(kuò)散工藝,在本征半導(dǎo)體中摻入少量合適的雜質(zhì)元素,可得到雜質(zhì)半導(dǎo)體。
P型半導(dǎo)體:在純凈的硅晶體中摻入三價(jià)元素(如
硼),使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了P型半導(dǎo)體。
多數(shù)載流子:P型半導(dǎo)體中,空穴的濃度大于自由電子的濃度,稱為多數(shù)載流子,簡(jiǎn)稱多子。
少數(shù)載流子:P型半導(dǎo)體中,自由電子為少數(shù)載流子,簡(jiǎn)稱少子。
受主原子:雜質(zhì)原子中的空位吸收電子,稱受主原子。
P型半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性:它是靠空穴導(dǎo)電,摻入的雜質(zhì)越多,多子(空穴)的濃度就越高,導(dǎo)電性能也就越強(qiáng)。
N型半導(dǎo)體:在純凈的硅晶體中摻入五價(jià)元素(如磷),使之取代晶格中硅原子的位置形成N型半導(dǎo)體。
施主原子:雜質(zhì)原子可以提供電子,稱施主原子。
N型半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性:摻入的雜質(zhì)越多,多子(自由電子)的濃度就越高,導(dǎo)電性能也就越強(qiáng)。
結(jié)論:
多子的濃度主要決定于雜質(zhì)濃度。
少子的濃度主要決定于溫度。
PN結(jié)的形成:將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在同一塊
硅片上,
PN結(jié)的形成過(guò)程
在它們的交界面就形成PN結(jié)。