半导体基础知识学习

第一章、半导体器件
1、为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成本征半导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善导电性能？
制成本征半导体是为了讲自然界中的半导体材料进行提纯，然后人工掺杂，通过控制掺杂的浓度就可以控制半导体的导电性，以达到人们的需求
2、为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还是少子是影响温度稳定性的主要因素？
导致半导体性能温度稳定性差的主要原因有二：β
（1）禁带宽度与温度有关（一般，随着温度的升高而变窄）；（2）少数载流子浓度与温度有关（随着温度的升高而指数式增加）。

多子。

3、为什么半导体器件有最高工作频率？
这是因为半导体器件的主要组成单元是PN结，PN结的显著特征是单向导电性，因为PN结的反向截止区是由耗尽层变宽导致截止，而这个过程是需要一定的时间的，如果频率太高导致时间周期小于截止时间就可能造成PN结失去单向导电性，导致半导体器件不能正常工作，所以半导体器件有最高工作频率的限制。

4、整流，是指将交流电变换为直流电称为AC/DC变换，这正变换的功率流向是由电源传向负载，称之为整流。

5、为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？
虽然集电结是反偏的，虽然基极是开路的，但是，晶体管芯，是块半导体材料。

半导体材料，又不是绝缘体，加上电压，就有微弱的电流，这很正常。

从集电区向基区出现的“反向饱和电流Icbo”，在基极没有出路，就流向发射极了。

这一流动，就形成了一个Ib。

这个Ib，就引出了一个贝塔倍的Ic; 这个Ib和Ic之和，就是穿透电流Iceo，等于(1+贝塔)Icbo。

6、
展开。

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。

常见的晶体有硅，锗，铜，铅等。

常见的非晶体有玻璃，塑料，松香等。

晶体和非晶体可以从三个方面来区分：1.晶体有规则的外形 2.晶体具有一定的熔点 3.晶体各向异性。

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。

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。

半导体物理基础知识一、半导体导电特点电子线路中的要点器件如二极管、三极管、场效应管、集成电路等都是由半导体资料制成的，要解析上述器件的工作原理，必定对半导体资料的导电特点应有所认识。

1、什么是半导体物质如按导电性能分可分为（1）导体：电阻率ρ很小；（2）绝缘体：电阻率ρ很大；（3）半导体：电阻率ρ不大不小， 10-3～109Ω ?cm 。

常有的有：硅（ Si）、锗（ Ge）、砷化镓（ GaAs）等。

2、半导体独到的导电特点（1）受温度（ T ）的影响大； T ↑→ ρ ↓，热牢固性差，但也可做热敏元件（2）受光照的影响大；（3）混淆对导电性能影响大。

例：室温，纯净的硅，ρ = 2*103Ω?cm ，如掺百万分之一（10-6）的磷（ P），纯度还有99.9999%（6 个 9），则ρ = 4*10 -3Ω ?cm 。

二、本征半导体1、什么是本征半导体：纯净的(9 个 9 以上 ) ，晶格整齐无弊端的单晶半导体。

2、本征半导体晶格结构（1）半导体原子结构＋4惯性核价电子（2）晶格结构p3 图 1-1-2每个价电子与相邻原子的价电子组成共价键。

经过共价键使所有的原子结合成一个晶体。

＋4＋4＋4价电子共＋4＋4＋4价键＋4＋4＋43、本征激发（1）当 T=0K （绝对零度）时，所有价电子都拘束在共价键中，不能够成为自由电子，晶体相当绝缘体。

（2）当 T>0K 或光照时，部分价电子获得额外能量，摆脱共价键拘束变为自由电子，并在共价键中留下一个缺少负电荷的空位（空穴）。

这过程就叫本征激发。

＋4＋4＋4自由空穴电子＋4＋4＋4＋4＋4＋4（a）本征激发时，自由电子和空穴是成对出现，叫自由电子空穴对；（b）空穴是带正电的，由于原子是电中性的；（c）空穴能够运动：周边共价键中的价电子填补空穴。

（d）温度越高，产生的自由电子空穴对就越多。

4、载流子：能够运动的带电粒子。

半导体中自由电子和空穴都是载流子。

5、复合：自由电子填补空穴。

外延基础知识一、基本概念同质结：组成PN结的P型区和N型区是同种材料。

（如红黄光中的：GaAs上生长GaAs,蓝绿光中：U(undope)－GaN上生长N(dope)－ GaN）异质结：两种晶体结构相同，晶格常数相近，但带隙宽度不同的半导体材料生长在一起形成的结，称为异质结。

（如蓝绿光中：GaN上生长Al GaN）超晶格（superlatic）：由两种或两种以上组分不同或导电类型各异的超薄层（相邻势阱内电子波函数发生交迭）的材料，交替生长形成的人工周期性结构，称为超晶格材料。

量子阱(QW)：通常把势垒较厚，以致于相邻电子波函数不发生交迭的周期性结构，称为量子阱（它是超晶格的一种）。

二、半导体固体按其导电性分为导体、半导体、绝缘体。

对于被电子部分占满的能带，在外电场作用下，点子可从外电场中吸收能量跃迁到未被电子占据的能级去，形成了电流，起导电作用，常称这种能带为导带。

绝缘体、半导体和导体的能带示意图禁带(a)绝缘体(b)半导体(c)导体1.分类：元素半导体：Si 、Ge化合物半导体：GaAs、InP、GaN(Ⅲ-Ⅴ)、ZnSe(Ⅱ-Ⅵ)、SiC2.化合物半导体优点：a.调节材料组分易形成直接带隙材料，有高的光电转换效率。

（光电器件一般选用直接带隙材料）b.高电子迁移率。

c.可制成异质结，进行能带裁减，易形成新器件。

3.半导体杂质和缺陷杂质：替位式杂质（有效掺杂）间隙式杂质缺陷：点缺陷：如空位、间隙原子线缺陷：如位错面缺陷：（即立方密积结构里夹杂着少量六角密积）如层错4.外延技术LPE：液相外延，生长速率快，产量大，但晶体生长难以精确控制。

（普亮LED常用此生长方法）MOCVD（也称MOVPE）：Metal Organic Chemical Vapour Deposition金属有机汽相淀积,精确控制晶体生长，重复性好，产量大，适合工业化大生产。

HVPE：氢化物汽相外延，是近几年在MOCVD基础上发展起来的，适应于Ⅲ-Ⅴ氮化物半导体薄膜和超晶格外延生长的一种新技术。