(整理)半导体基础知识.

半导体的基本知识1. 导体、绝缘体和半导体物质按导电性能可分为导体、绝缘体和半导体。

物质的导电特性取决于原子结构。

（1）导体导体一般为低价元素, 如铜、铁、铝等金属, 其最外层电子受原子核的束缚力很小, 因而极易挣脱原子核的束缚成为自由电子。

因此在外电场作用下, 这些电子产生定向运动(称为漂移运动)形成电流, 呈现出较好的导电特性。

（2）绝缘体高价元素(如惰性气体)和高分子物质(如橡胶, 塑料)最外层电子受原子核的束缚力很强, 极不易摆脱原子核的束缚成为自由电子, 所以其导电性极差,可作为绝缘材Word文档 1料。

（3）半导体半导体的最外层电子数一般为4个，既不像导体那样极易摆脱原子核的束缚, 成为自由电子, 也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧, 因此, 半导体的导电特性介于二者之间。

常用的半导体材料有硅、锗、硒等。

2. 半导体的独特性能金属导体的电导率一般在105s/cm量级；塑料、云母等绝缘体的电导率通常是10-22~10-14s/cm量级；半导体的电导率则在10-9~102s/cm量级。

半导体的导电能力虽然介于导体和绝缘体之间，但半导体的应用却极其广泛，这是由半导体的独特性能决定的：光敏性——半导体受光照后，其导电能力大大增强热敏性——受温度的影响，半导体导电能力变化很大；掺杂性——在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电能力极大地增强；半导体材料的独特性能是由其内部的导电机理所决定的。

3.本征半导体纯净晶体结构的半导体称为本征半导体。

常用的半导体材料是硅和锗, 它们都是四价元素, 在原子结构中最外层轨道上有四个价电子。

如图1.1.1所示为便于讨论, 采用图 1.1.2 所示的简化原子结构模型。

把硅或锗材料拉制成单晶体时, 相邻两个原子的一对最外层电子(价电子)成为共有电子, 它们一方面围绕自身的原子核运动, 另一方面又出现在相邻原子所属的轨道Word文档 2上。

即价电子不仅受到自身原子核的作用, 同时还受到相邻原子核的吸引。

半导体基础知识1．什么是导体、绝缘体、半导体？容易导电的物质叫导体，如：金属、石墨、人体、大地以及各种酸、碱、盐的水溶液等都是导体。

不容易导电的物质叫做绝缘体，如：橡胶、塑料、玻璃、云母、陶瓷、纯水、油、空气等都是绝缘体。

所谓半导体是指导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。

如：硅、锗、砷化镓、磷化铟、氮化镓、碳化硅等。

半导体大体上可以分为两类，即本征半导体和杂质半导体。

本征半导体是指纯净的半导体，这里的纯净包括两个意思，一是指半导体材料中只含有一种元素的原子；二是指原子与原子之间的排列是有一定规律的。

本征半导体的特点是导电能力极弱，且随温度变化导电能力有显著变化。

杂质半导体是指人为地在本征半导体中掺入微量其他元素（称杂质）所形成的半导体。

杂质半导体有两类：N型半导体和P型半导体。

2．半导体材料的特征有哪些？（1）导电能力介于导体和绝缘体之间。

（2）当其纯度较高时，电导率的温度系数为正值，随温度升高电导率增大；金属导体则相反，电导率的温度系数为负值。

（3）有两种载流子参加导电，具有两种导电类型：一种是电子，另一种是空穴。

同一种半导体材料，既可形成以电子为主的导电，也可以形成以空穴为主的导电。

（4）晶体的各向异性。

3．简述N型半导体。

常温下半导体的导电性能主要由杂质来决定。

当半导体中掺有施主杂质时，主要靠施主提供电子导电，这种依靠电子导电的半导体叫做N型半导体。

例如：硅中掺有Ⅴ族元素杂质磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、铋（Bi）时，称为N型半导体。

4．简述P型半导体。

当半导体中掺有受主杂质时，主要靠受主提供空穴导电，这种依靠空穴导电的半导体叫做P型半导体。

例如：硅中掺有Ⅲ族元素杂质硼（B）、铝（Al）、镓（Ga）、铟（In）时，称为P型半导体。

5．什么是半绝缘半导体材料？定义电阻率大于107Ω*cm的半导体材料称为半绝缘半导体材料。

如：掺Cr的砷化镓，非掺杂的砷化镓为半绝缘砷化镓材料。

掺Fe的磷化铟，非掺杂的磷化铟经退火为半绝缘磷化铟材料。

1.1 半导体基础知识概念归纳本征半导体定义：纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。

电流形成过程：自由电子在外电场的作用下产生定向移动形成电流。

绝缘体原子结构：最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子。

绝缘体导电性：极差。

如惰性气体和橡胶。

半导体原子结构：半导体材料为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧。

半导体导电性能：介于半导体与绝缘体之间。

半导体的特点：★在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。

★在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化。

晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，称为晶格。

共价键结构：相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子）不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。

自由电子的形成：在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚变成为自由电子。

空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。

电子电流：在外加电场的作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流。

空穴电流：价电子按一定的方向依次填补空穴（即空穴也产生定向移动），形成空穴电流。

本征半导体的电流：电子电流+空穴电流。

自由电子和空穴所带电荷极性不同，它们运动方向相反。

载流子：运载电荷的粒子称为载流子。

导体电的特点：导体导电只有一种载流子，即自由电子导电。

本征半导体电的特点：本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。

本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。

复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。

动态平衡：在一定的温度下，本征激发所产生的自由电子与空穴对，与复合的自由电子与空穴对数目相等，达到动态平衡。

载流子的浓度与温度的关系：温度一定，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。

半导体基础知识（详细篇）2.1.1 概念根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。

1. 导体：容易导电的物体。

如：铁、铜等2. 绝缘体：几乎不导电的物体。

如：橡胶等3. 半导体：半导体是导电性能介于导体和半导体之间的物体。

在一定条件下可导电。

半导体的电阻率为10-3～109 Ω·cm。

典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。

半导体特点：1) 在外界能源的作用下，导电性能显著变化。

光敏元件、热敏元件属于此类。

2) 在纯净半导体内掺入杂质，导电性能显著增加。

二极管、三极管属于此类。

2.1.2 本征半导体1.本征半导体——化学成分纯净的半导体。

制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。

它在物理结构上呈单晶体形态。

电子技术中用的最多的是硅和锗。

硅和锗都是4价元素，它们的外层电子都是4个。

其简化原子结构模型如下图：外层电子受原子核的束缚力最小，成为价电子。

物质的性质是由价电子决定的。

外层电子受原子核的束缚力最小，成为价电子。

物质的性质是由价电子决定的。

2.本征半导体的共价键结构本征晶体中各原子之间靠得很近，使原分属于各原子的四个价电子同时受到相邻原子的吸引，分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。

共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。

如下图所示：硅晶体的空间排列与共价键结构平面示意图3.共价键共价键上的两个电子是由相邻原子各用一个电子组成的，这两个电子被成为束缚电子。

束缚电子同时受两个原子的约束，如果没有足够的能量，不易脱离轨道。

因此，在绝对温度T=0°K（-273°C）时，由于共价键中的电子被束缚着，本征半导体中没有自由电子，不导电。

只有在激发下，本征半导体才能导电4.电子与空穴当导体处于热力学温度0°K时，导体中没有自由电子。

当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。

半导体知识点总结大全引言半导体是一种能够在一定条件下既能导电又能阻止电流的材料。

它是电子学领域中最重要的材料之一，广泛应用于集成电路、光电器件、太阳能电池等领域。

本文将对半导体的知识点进行总结，包括半导体基本概念、半导体的电子结构、PN结、MOS场效应管、半导体器件制造工艺等内容。

一、半导体的基本概念（一）电子结构1. 原子结构：半导体中的原子是由原子核和围绕原子核轨道上的电子组成。

原子核带正电荷，电子带负电荷，原子核中的质子数等于电子数。

2. 能带：在固体中，原子之间的电子形成了能带。

能带在能量上是连续的，但在实际情况下，会出现填满的能带和空的能带。

3. 半导体中的能带：半导体材料中，能带又分为价带和导带。

价带中的电子是成对出现的，导带中的电子可以自由运动。

（二）本征半导体和杂质半导体1. 本征半导体：在原子晶格中，半导体中的电子是在能带中的，且不受任何杂质的干扰。

典型的本征半导体有硅（Si）和锗（Ge）。

2. 杂质半导体：在本征半导体中加入少量杂质，形成掺杂，会产生额外的电子或空穴，使得半导体的导电性质发生变化。

常见的杂质有磷（P）、硼（B）等。

（三）半导体的导电性质1. P型半导体：当半导体中掺入三价元素（如硼），形成P型半导体。

P型半导体中导电的主要载流子是空穴。

2. N型半导体：当半导体中掺入五价元素（如磷），形成N型半导体。

N型半导体中导电的主要载流子是自由电子。

3. 载流子浓度：半导体中的载流子浓度与掺杂浓度有很大的关系，载流子浓度的大小决定了半导体的电导率。

4. 质量作用：半导体中载流子的浓度受温度的影响，其浓度与温度成指数关系。

二、半导体器件（一）PN结1. PN结的形成：PN结是由P型半导体和N型半导体通过扩散结合形成的。

2. PN结的电子结构：PN结中的电子从N区扩散到P区，而空穴从P区扩散到N区，当N区和P区中的载流子相遇时相互复合。

3. PN结的特性：PN结具有整流作用，即在正向偏置时具有低电阻，反向偏置时具有高电阻。

半导体基础知识 Prepared on 24 November 2020一．名词解释：1..什么是半导体半导体具有那些特性导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体热敏性：导电能力受温度影响大，当环境温度升高时，其导电能力增强。

可制作热敏元件。

光敏性：导电能力受光照影响大，当光照增强时候，导电能力增强。

可制作光敏元件。

掺杂性：导电能力受杂质影响极大，称为掺杂性。

2.典型的半导体是SI和Ge , 它们都是四价元素。

Si是一种化学元素，在地壳中含量仅次于氧，其核外电子排布是。

3.半导体材料中有两种载流子，电子和空穴。

电子带负电，空穴带正电，在纯净半导体中掺入不同杂质可得到P型和N型半导体，常见P型半导体的掺杂元素为硼，N型半导体的掺杂元素为磷。

P型半导体主要空穴导电， N型半导体主要靠电子导电。

4. 导体：导电性能良好，其外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流，常见的导体有铁，铝，铜等低价金属元素。

5.绝缘体：一般情况下不导电，其原子的最外层电子受原子核束缚很强，只有当外电场达到一定程度才可导电。

惰性气体，橡胶等。

6.半导体：一般情况下不导电，但在外界因素刺激下可以导电，例如强电场或强光照射。

其原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体和绝缘体之间。

Si,Ge等四价元素。

7. 本征半导体：无杂质的具有稳定结构的半导体。

8晶体：由完全相同的原子，分子或原子团在空间有规律的周期性排列构成的有一定几何形状的固体材料，构成晶体的完全相同的原子，分子，原子团称为基元。

9.晶体结构：简单立方，体心立方，面心立方，六角密积， NACL结构，CSCL结构，金刚石结构。

10.七大晶系：三斜，单斜，正交，四角，六角，三角，立方。

11.酸腐蚀和碱腐蚀的化学反应方程式：SI+4HNO3+HF=SIF4+4NO2+4H2OSI+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H212.自然界的物质，可分为晶体和非晶体两大类。

半导体基础知识1. 半导体的概念与分类1.1 半导体的定义半导体是一种电导率介于导体和绝缘体之间的材料，其电导率会随着外界条件（如温度、光照、掺杂等）的变化而变化。

常见的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）等。

1.2 半导体的分类根据半导体材料的类型，可分为元素半导体和化合物半导体。

•元素半导体：如硅（Si）、锗（Ge）等。

•化合物半导体：如砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）等。

根据导电类型，半导体可分为n型半导体和p型半导体。

•n型半导体：掺杂有五价元素（如磷、砷等）的半导体材料。

•p型半导体：掺杂有三价元素（如硼、铝等）的半导体材料。

2. 半导体物理基础2.1 能带结构半导体的导电性能与其能带结构密切相关。

一个完整的周期性晶体结构可以分为价带、导带和禁带。

•价带：充满电子的能量状态所在的带，电子的能量低于价带顶。

•导带：电子的能量高于导带底时，可以自由移动的状态所在的带。

•禁带：价带和导带之间的区域，电子不能存在于这个区域。

2.2 掺杂效应掺杂是向半导体材料中引入少量其他元素，以改变其导电性能的过程。

掺杂分为n型掺杂和p型掺杂。

•n型掺杂：向半导体中引入五价元素，如磷、砷等，使得半导体中的自由电子浓度增加。

•p型掺杂：向半导体中引入三价元素，如硼、铝等，使得半导体中的空穴浓度增加。

2.3 载流子在半导体中，自由电子和空穴是载流子，负责导电。

n型半导体中的载流子主要是自由电子，而p型半导体中的载流子主要是空穴。

2.4 霍尔效应霍尔效应是研究半导体中载流子运动的一种重要物理现象。

当半导体中的载流子在外加磁场作用下发生偏转时，会在半导体的一侧产生电势差，即霍尔电压。

3. 半导体器件3.1 半导体二极管半导体二极管（DIODE）是一种具有单向导电性的半导体器件。

它由p型半导体和n型半导体组成，形成PN结。

当外界电压正向偏置时，二极管导通；反向偏置时，二极管截止。

半导体器件重要知识点总结一、半导体基础知识1. 半导体的概念及特性：半导体是指导电性介于导体和绝缘体之间的一类材料。

由于半导体材料的导电性能受温度、光照等外部条件的影响比较大，它可以在不同的条件下表现出不同的导电特性。

半导体材料常见的有硅、锗等。

2. P型半导体和N型半导体：P型半导体是指在半导体材料中掺入了3价元素，如硼、铝等，使其成为带正电荷的空穴主导的半导体材料。

N型半导体是指在半导体材料中掺入了5价元素，如磷、砷等，使其成为自由电子主导的半导体材料。

3. 掺杂：半导体器件在制造过程中一般都要进行掺杂，以改变其导电性能。

掺杂分为N型掺杂和P型掺杂，通过掺杂可以使半导体材料的导电性能得到调控，从而获得所需要的电子特性。

4. pn结：pn结是指将P型半导体和N型半导体直接连接而成的结构，它是构成各类半导体器件的基础之一。

pn结具有整流、发光、光电转换等特性，在各类器件中得到了广泛的应用。

二、半导体器件的基本知识1. 二极管（Diode）：二极管是一种基本的半导体器件，它采用pn结的结构，在正向偏置时可以导通，而在反向偏置时则将电流阻断。

二极管在各类电子电路中具有整流、电压稳定、信号检测等重要作用。

2. 晶体管（Transistor）：晶体管是一种由半导体材料制成的三电极器件，它采用多个pn结的结构，其主要功能是放大信号、开关电路和稳定电路等。

晶体管在各类电子器件中扮演着至关重要的作用，是现代电子技术的重要组成部分。

3. 集成电路（IC）：集成电路是将大量的半导体器件集成在一块半导体芯片上的器件，它可以实现各种功能，如存储、计算、通信等。

集成电路在现代电子技术中已成为了各类电子产品不可或缺的一部分，是现代电子产品的核心之一。

4. MOS场效应管（MOSFET）：MOSFET是一种基于金属-氧化物-半导体的结构的场效应晶体管，它在功率控制、开关电路、放大器等方面有着重要的应用。

MOSFET在各类电源、电动机控制等领域得到了广泛的应用。

半导体基础知识详细半导体是一种电子特性介于导体和绝缘体之间的材料。

它的电阻率介于导体和绝缘体之间，而且在外界条件下可以通过控制电场、光照、温度等因素来改变其电子特性。

半导体材料广泛应用于电子器件、太阳能电池、光电器件、传感器等领域。

1. 半导体的基本概念半导体是指在温度为绝对零度时，其电阻率介于导体和绝缘体之间的材料。

在室温下，半导体的电阻率通常在10^-3到10^8Ω·cm之间。

半导体的导电性质可以通过控制材料中的杂质浓度来改变，这种过程称为掺杂。

2. 半导体的晶体结构半导体的晶体结构分为两种：共价键晶体和离子键晶体。

共价键晶体是由原子间共享电子形成的晶体，如硅、锗等。

共价键晶体的晶格结构稳定，电子在晶格中移动时需要克服较大的势垒，因此其导电性较差。

离子键晶体是由正负离子间的静电作用形成的晶体，如氯化钠、氧化镁等。

离子键晶体的晶格结构较稳定，电子在晶格中移动时需要克服较小的势垒，因此其导电性较好。

3. 半导体的能带结构半导体的能带结构是指半导体中电子能量的分布情况。

半导体的能带结构分为价带和导带两部分。

价带是指半导体中最高的能量带，其中填满了价电子。

导带是指半导体中次高的能量带，其中没有或只有很少的电子。

当半导体中的电子受到外界激发时，可以从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。

4. 半导体的掺杂半导体的掺杂是指向半导体中加入少量的杂质原子，以改变其电子特性。

掺杂分为n型和p 型两种。

n型半导体是指向半导体中掺入少量的五价杂质原子，如磷、砷等。

这些杂质原子会向半导体中释放一个电子，形成自由电子，从而提高半导体的导电性能。

p型半导体是指向半导体中掺入少量的三价杂质原子，如硼、铝等。

这些杂质原子会从半导体中吸收一个电子，形成空穴，从而提高半导体的导电性能。

5. 半导体器件半导体器件是利用半导体材料制造的电子器件，包括二极管、晶体管、场效应管、集成电路等。

二极管是一种由n型半导体和p型半导体组成的器件，具有单向导电性。

半导体主要知识点总结一、半导体的基本概念1.1半导体的定义与特点：半导体是介于导体和绝缘体之间的一类材料，具有介于导体和绝缘体之间的电阻率。

与导体相比，半导体的电阻率较高；与绝缘体相比，半导体的电子传导性能较好。

由于半导体具有这种特殊的电学性质，因此具有重要的电子学应用价值。

1.2半导体的晶体结构：半导体晶体结构通常是由离子键或共价键构成的晶体结构。

半导体的晶体结构对其电学性质有重要的影响，这也是半导体电学性质的重要基础。

1.3半导体的能带结构：半导体的电学性质与其能带结构密切相关。

在半导体的能带结构中，通常存在导带和价带，以及禁带。

导带中的载流子为自由电子，价带中的载流子为空穴，而在禁带中则没有载流子存在。

二、半导体的掺杂和电子输运2.1半导体的掺杂：半导体的电学性质可以通过掺杂来调控。

通常会向半导体中引入杂质原子，以改变半导体的电学性质。

N型半导体是指将少量的五价杂质引入四价半导体中，以增加自由电子的浓度。

P型半导体是指将少量的三价杂质引入四价半导体中，以增加空穴的浓度。

2.2半导体中的载流子输运：在半导体中，载流子可以通过漂移和扩散两种方式进行输运。

漂移是指载流子在电场作用下移动的过程，而扩散是指载流子由高浓度区域向低浓度区域扩散的过程。

这两种过程决定了半导体材料的电学性质。

三、半导体器件与应用3.1二极管：二极管是一种基本的半导体器件，由N型半导体和P型半导体组成。

二极管具有整流和选择通道的功能，是现代电子设备中广泛应用的器件之一。

3.2晶体管：晶体管是一种由多个半导体材料组成的器件。

它通常由多个P型半导体、N型半导体和掺杂层组成。

晶体管是目前电子设备中最重要的器件之一，具有放大、开关和稳定电流等功能。

3.3集成电路：集成电路是将大量的电子器件集成在一块芯片上的器件。

它是现代电子设备中最重要的组成部分之一，可以实现各种复杂的功能，如计算、存储和通信等。

3.4发光二极管：发光二极管是一种将电能转化为光能的半导体器件，具有高效、省电和寿命长的特点。