半导体的基本知识

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. 第一章 半导体二极管

§1-1 半导体的基本知识

教学目的：

1、了解半导体导电性及特点。

2、初步掌握PN结的基本特性及非线性的实质。

3、熟悉二极管外形和电路符号，伏安特性和主要参数。

4、了解特殊功能的二极管及应用。

教学重点、难点：

教学重点：1）半导体导电性及特点。

2）PN结的基本特性及非线性的实质

3）二极管外形和电路符号，伏安特性和主要参数。

教学难点：二极管外形和电路符号，伏安特性和主要参数

一、半导体的基本概念

人们按照物质导电性能，通常将各种材料分为导体、绝缘体和半导体三大类。导电性能良好的物质称为导体，例如金、银、铜、铝等金属材料。另一类是几乎不导电的物质称为绝缘体，例如瓷、橡胶、塑料等材料。再一类是导电性能介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体，例如硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓等都是半导体。

纯净半导体也叫本征半导体，这种半导体只含有一种原子，且原子按一定规律整齐排列。如常用半导体材料硅（Si）和锗（Ge）。在常温下，其导电能力很弱；在环境温度升高或有光照时，其导电能力随之增强。

常常在本征半导体中掺入杂质，其目的不单纯是为了提高半导体的导电能力，而是想通过控制杂质掺入量的多少，来控制半导体的导电能力的强弱。

在硅本征半导体中，掺入微量的五价元素(磷或砷)，就形成N型半导体。

在硅本征半导体中，掺入微量的三价元素(铟或硼)，就形成P型半导体。

二、PN结及单向导电性

1、当把一块P型半导体和一块N型半导体用特殊工艺紧 .

. 密结合时，在二者的交界面上会形成一个具有特殊现象的薄层，这个薄层被称为PN结。

半导体的基本知识

这节我们主要了解半导体的导电特性。理解PN结及其单向导电性。熟

悉半导体二极管的伏安特性及主要参数。熟悉稳压管工作原理、伏安特性及

主要参数。深刻理解晶体管的电流放大原理，熟悉输入和输出特性及主要参

数。了解场效应管的工作原理、转移特性、输出特性及主要参数。

 1、半导体要求达到识记层次。

 2、PN结，要求达到领会层次。

 3、二极管，要求达到领会层次。

 4、稳压管，要求达到领会层次。

 5、晶体管，要求达到领会层次。

 6、场效应管，要求达到领会层次。

 重点：二极管、稳压管和晶体三极管。

 难点：场效应管

 1. 本征半导体

掌握行业发展规律，把握机遇顺势而为

作为微电子技术核心的集成电路(以下简称为IC)，从其诞生至今的40年中，集成度提高了5000万倍，器件特征尺寸缩小了200倍，单个器件的平均成本下降了100万倍。IC成为二十世纪中创新最多、更新最快的技术。

尽管如此，人们还是从实践中总结出IC技术和产业的基本特征以及它们的发展规律。其中，最为明显的，一是器件按比例缩小原理(又称等比例缩小原理)；二是著名的摩尔定律；三是IC产业周期性发展规律(又称“硅周期”)。

一、集成电路技术和产业主要发展规律简单描述

1．器件按比例缩小原理

该原理表明，随着IC技术的发展，构成IC的最基础器件——MOS晶体管的沟道长度、宽度等横向尺寸和栅介质层厚度、源漏结深等纵向尺寸都按相同的比例缩小。同时，为了保持器件有效区域内的电场强度和单位面积上的功耗不变，器件工作的电压也按比例降低，衬底掺杂浓度则按比例提高。

正是由于器件按比例缩小导致了IC芯片成本降低和性能提高的双重推进机制，使IC可以获得愈来愈好的效果，并使其成为激励人们永无止境技术创新的动力基础。

2．摩尔定律

这是美国Intel公司第一任总裁摩尔在1965年揭示的IC芯片集成度随时间增长的规律。该定律表明，IC芯片集成度，每18个月翻一番，或每三年增加4倍。而与此相应的是，IC芯片中器件特征尺寸，每三年缩小1.4倍(K≈1.4)，或者说，每三年器件的特征尺寸缩小到原来的70％左右。由此，IC的整体技术提升一代。可见，器件按比例缩小原理是摩尔定律的物理基础。

这种IC芯片集成度和器件特征尺寸随时间推进的规律集中反映于世界集成电路技术发展路程图中(如表1)。该路程图为世界IC技术界和产业界既提供了十分明确的技术发展目标，又提出了达到这个目标的时间。

许多年来，IC技术和产业的实际进展情况证实了由摩尔定律和路程图预言的发展规律。但是，在个别年份，由于其他因素的影响，会出现小的修正，例如0.18微米技术比预期的2000年早1年，于1999年开发成功，而将0.15微米技术仅仅看作是0.18微米和0.13微米技术之间的过渡，而不是一代技术的跳跃，那么，路程图中1997－2000－2003年间仍然有很好的三年一代的规律性。

半导体基础知识和半导体器件工艺

第一章 半导体基础知识

通常物质根据其导电性能不同可分成三类。第一类为导体，它可以很好的传导电流，如：金属类，铜、银、铝、金等；电解液类：NaCl水溶液，血液，普通水等以及其它一些物体。第二类为绝缘体，电流不能通过，如橡胶、玻璃、陶瓷、木板等。第三类为半导体，其导电能力介于导体和绝缘体之间，如四族元素Ge锗、Si硅等，三、五族元素的化合物GaAs砷化镓等，二、六族元素的化合物氧化物、硫化物等。

物体的导电能力可以用电阻率来表示。电阻率定义为长1厘米、截面积为1平方厘米的物质的电阻值，单位为奥姆*厘米。电阻率越小说明该物质的导电性能越好。通常导体的电阻率在10-4奥姆*厘米以下，绝缘体的电阻率在109奥姆*厘米以上。

半导体的性质既不象一般的导体，也不同于普通的绝缘体，同时也不仅仅由于它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是由于半导体具有以下的特殊性质：

(1) 温度的变化能显著的改变半导体的导电能力。当温度升高时，电阻率会降低。比如Si在200℃时电阻率比室温时的电阻率低几千倍。可以利用半导体的这个特性制成自动控制用的热敏组件（如热敏电阻等），但是由于半导体的这一特性，容易引起热不稳定性，在制作半导体器件时需要考虑器件自身产生的热量，需要考虑器件使用环境的温度等，考虑如何散热，否则将导致器件失效、报废。

(2) 半导体在受到外界光照的作用是导电能力大大提高。如硫化镉受到光照后导电能力可提高几十到几百倍，利用这一特点，可制成光敏三极管、光敏电阻等。

(3) 在纯净的半导体中加入微量（千万分之一）的其它元素（这个过程我们称为掺杂），可使他的导电能力提高百万倍。这是半导体的最初的特征。例如在原子密度为5*1022/cm3的硅中掺进大约5X1015/cm3磷原子，比例为10-7（即千万分之一），硅的导电能力提高了几十万倍。

物质是由原子构成的，而原子是由原子核和围绕它运动的电子组成的。电子很轻、很小，带负电，在一定的轨道上运转；原子核带正电，电荷量与电子的总电荷量相同，两者相互吸引。当原子的外层电子缺少后，整个原子呈现正电，缺少电子的地方产生一个空位，带正电，成为电洞。物体导电通常是由电子和电洞导电。