第6章半导体导电性作业

6-1 半导体二极管半导体元器件是现代电子技术的重要组成部分，是构成各种电子电路的核心，常用的半导体元器件有二极管、晶体管、场效应管等。

半导体元器件由半导体材料制成，因此，学习电子技术应首先了解半导体材料的特性，这将有助于对半导体元器件的学习、掌握和应用。

6-1-1 半导体的导电特性1. 半导体的导电机理导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体，这类材料大都是三、四、五价元素,主要有：硅、锗、磷、硼、砷、铟等，他们的电阻率在10-3～107欧.厘米。

绝对纯净的硅、锗、磷、砷、硼、铟叫做本征半导体。

（1）本征半导体及特点半导体材料的广泛应用，并不是因为它们的导电能力介于导体与绝缘体之间，而是它们具有一些重要特性：1）当半导体受到外界光和热的激发（本征激发）时，其导电能力发生显著的变化；2）若在本征半导体中加入微量的杂质（不同的本征半导体）后，其导电能力显著的增加；半导体的这些特点取决于这类物质的化学特性。

（2）半导体的共价键结构1)半导体的化合价物质的化学和物理性质都与物质的价电子数有密切的关系，半导体材料大都是三、四、五价元素。

硅、锗（四价）、磷、砷（五价）、硼、铟（三价）。

2)化学键物质化学键分离子键、共价键和金属键三种，半导体物质的化学键都属于共价键的晶体结构，同时它们的键长一般很长，故原子核对价电子的束缚力不象绝缘物质那样紧，当价电子获得一定的能量后，就容易挣脱原子核的束缚成为自由电子。

+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4可见半导体中的载流子有两种，即自由电子（●）和空穴(○)。

本征半导体的载流子是由本征激发而产生的，其自由电子与空穴是成对出现，即有一个自由电子，就一定有一个空穴，故称电子空穴对。

由于空穴带正电，容易吸引邻近的价电子来填补，从而形成了共有价电子的运动，这种运动无论从效果上，还是从现象上，都好象一个带正电的空穴在移动，它不同于自由电子的运动，故称之为空穴运动。

物质的导电是靠物体内带电粒子的移动而实现的，这种粒子称作载流子。

半导体工艺第六章第六章习题6-1 解释欧姆接触，并说明形成欧姆接触的常用方法。

欧姆接触是指金属与半导体之间的电压与电流的关系具有对称和线性关系，而且接触电阻尽可能低，不产生明显的附加阻抗。

常用方法：扩散法和合金法扩散法：是在半导体中先扩散形成重掺杂区以获得N+N或P+P 的结构，然后使金属与重掺杂的半导体区接触，形成欧姆接触。

合金法：是利用合金工艺对金属互联线进行热处理，使金属与半导体界面形成一层合金层或化合物层，并通过这一层与表面重掺杂的半导体形成良好的欧姆接触。

6-2 列出并描述集成电路制造中对金属薄膜的要求。

要求：（1）具有高的导电率和纯度（2）与下层衬底（通常是二氧化硅或氮化硅）具有良好的粘附性（3）与半导体材料连接时接触电阻低（4）能够淀积出均匀而且没有“空洞”的薄膜，易于填充通孔（5）易于光刻和刻蚀，容易制备出精细图形（6）很好的耐腐蚀性（7）在处理和应用过程中具有长期的稳定性6-3 列出半导体制造中使用的金属种类，并说明每种金属的用途。

种类：铝、铝铜合金、铜、阻挡层金属、硅化物和钨铝：作为金属互连的材料，以薄膜的形式在硅片中连接不同器件。

铝铜合金：有效解决电迁徙问题。

铜：作为互连线。

阻挡层金属：防止上下层材料相互扩散。

硅化物：减小接触电阻。

钨：填充通孔。

6-4 解释铝已被选择作为微芯片互连金属的原因。

（1）较低的电阻率（2）铝价格低廉（3）工艺兼容性（4）铝膜与下层衬底（通常是硅、二氧化硅或氮化硅）具有良好的粘附性6-5 哪种金属已经成为传统互连金属线?什么是它的取代物？铝已经成为传统互连金属线，铝铜合金是它的取代物6-6 描述结尖刺现象，如何解决结尖刺问题？由于硅在铝中的溶解度比较高，形成合金时，硅会从衬底向铝中溶解，这样就在接触区下层的硅中留下空洞，从而有可能发生尖刺效应。

解决方法：在接触区引入阻挡层金属可阻止上下层材料互相混合。

6-7 描述电迁徙现象，如何解决电迁徙现象？电迁徙现象:在大电流密度的情形下，大量电子对金属原子的持续碰撞，会引起原子逐渐而缓慢的移动。

半导体与电子器件半导体的导电性与器件的工作原理半导体是一种介于导体与绝缘体之间的材料，具有较好的电导性能。

在现代电子技术中，半导体材料被广泛应用于各种电子器件中，如晶体管、二极管、集成电路等。

本文将介绍半导体的导电性及其在电子器件中的工作原理。

一、半导体的导电性半导体的导电性是由其特殊的能带结构决定的。

在半导体中，能带可以分为价带和导带。

价带中的电子是被束缚在原子核周围的，无法自由运动；而导带中的电子是能够自由移动的。

两者之间被称为禁带，即存在能量差异。

在纯净的半导体中，禁带宽度较大，导带的电子数量很少，因此半导体呈现出绝缘体的导电性质。

但通过掺杂，即向半导体中引入杂质，可以改变其导电性能。

掺杂分为两种类型：N型掺杂和P型掺杂。

N型掺杂是指向半导体中引入杂质，这些杂质的原子结构比半导体中的主体原子结构多出一个外层电子。

这些外层电子能够进入导带，形成移动自由的电子，从而增加半导体的导电性能。

P型掺杂是指向半导体中引入杂质，这些杂质的原子结构比半导体中的主体原子结构少一个外层电子。

因此，这些杂质原子会形成空穴，即正电荷载体，从而也增加了半导体的导电性能。

掺杂后的N型和P型半导体可以通过形成P-N结的方式来提高导电性能。

P-N结是将P型和N型半导体材料放置在一起形成的结构。

P-N 结横跨的区域称为耗尽层。

当施加正向偏压时，耗尽层变薄，导电性增强；当施加反向偏压时，耗尽层变厚，导电性减弱。

二、电子器件的工作原理1. 晶体管晶体管是一种用于放大和开关电路的重要电子器件。

它由三个区域构成：发射区、基区、集电区。

发射区为N型半导体，基区为P型半导体，集电区为N型半导体。

在晶体管工作时，可以通过施加适当的电压来控制电流的流动。

当在基极施加正向偏压时，基极与发射极之间形成薄的空穴层，流经发射区的电子开始与空穴复合，导电性增强。

此时晶体管处于放大状态。

当在基极施加反向偏压时，空穴被排斥，流经发射区的电子数量减少，导电性降低。

第六章二极管与晶体管6.1半导体导电和导体导电的主要差别有哪几点？答：半导体导电和导体导电的主要差别有三点，一是参与导电的载流子不同，半导体中有电子和空穴参与导电，而导体只有电子参与导电；二是导电能力不同，在相同温度下，导体的导电能力比半导体的导电能力强得多；三是导电能力随温度的变化不同，半导体的导电能力随温度升高而增强，而导体的导电能力随温度升高而降低，且在常温下变化很小。

6.2杂质半导体中的多数载流子和少数载流子是如何产生的？杂质半导体中少数载流子的浓度与本征半导体中载流子的浓度相比，哪个大？为什么？答：杂质半导体中的多数载流子主要是由杂质提供的，少数载流子是由本征激发产生的，由于掺杂后多数载流子与原本征激发的少数载流子的复合作用，杂质半导体中少数载流子的浓度要较本征半导体中载流子的浓度小一些。

6.3什么是二极管的死区电压？它是如何产生的？硅管和锗管的死区电压的典型值是多少？答：当加在二极管上的正向电压小于某一数值时，二极管电流非常小，只有当正向电压大于该数值后，电流随所加电压的增大而迅速增大，该电压称为二极管的死区电压，它是由二极管中PN的内电场引起的。

硅管和锗管的死区电压的典型值分别是0.7V和0.3V。

6.4为什么二极管的反向饱和电流与外加电压基本无关，而当环境温度升高时又显著增大？答：二极管的反向饱和电流是由半导体材料中少数载流子的浓度决定的，当反向电压超过零点几伏后，少数载流子全部参与了导电，此时增大反向电压，二极管电流基本不变；而当温度升高时，本征激发产生的少数载流子浓度会显著增大，二极管的反向饱和电流随之增大。

6.5怎样用万用表判断二极管的阳极和阴极以及管子的好坏。

答：万用表在二极管档时，红表笔接内部电池的正极，黑表笔接电池负极（模拟万用表相反），测量时，若万用表有读数，而当表笔反接时万用表无读数，则说明二极管是好的，万用表有读数时，与红表笔连接的一端是阳极；若万用表正接和反接时，均无读数或均有读数，则说明二极管已烧坏或已击穿。

半导体的导电性实验导言：半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的物质，具有特殊的导电性质。

了解和研究半导体的导电性是现代电子技术发展的基础之一。

本文旨在介绍半导体的导电性实验以及实验过程中的注意事项。

1. 实验目的通过实验探究半导体材料的导电性质，理解半导体的基本工作原理。

2. 实验材料与仪器2.1 材料：- N型半导体材料（如硅）- P型半导体材料（如硅）- 控制电源- 数字万用表- 探针导线2.2 仪器：- 实验台- 实验电路板- 示波器- 连接电缆3. 实验步骤步骤1：准备工作- 确认实验室环境安全，并将实验材料和仪器摆放整齐。

- 检查仪器连接电线是否牢固，并保持实验电路板无尘。

步骤2：连接电路- 将N型半导体和P型半导体分别连接到实验电路板上。

- 将控制电源连接到实验电路板上，并调整到合适的电压。

步骤3：测量导电性- 使用示波器测量电流和电压。

- 通过改变电压值，记录相应的电流强度。

- 将数据记录并整理。

步骤4：分析实验结果- 根据实验数据绘制电流-电压曲线图。

- 分析曲线图，观察半导体材料的导电性质。

- 讨论实验结果，得出结论。

4. 注意事项4.1 安全注意事项- 在操作过程中，务必注意电流和电压的安全范围，避免触电事故。

- 在实验室内严禁吸烟、饮食和随意更动实验仪器。

4.2 实验精度注意事项- 保持实验环境稳定不受外界干扰，尽量减小误差。

- 确保实验仪器的准确性和可靠性，避免对实验结果的影响。

4.3 数据记录与分析注意事项- 在实验过程中，及时记录实验数据，确保数据准确性。

- 仔细分析实验结果，结合理论知识进行实验结果的解释。

结论：通过本次实验，我们成功探究了半导体材料的导电性质，了解到半导体的导电性在不同电压下表现出特定的电流强度，形成了电流-电压曲线。

本次实验对我们深入理解半导体的导电性质具有重要意义，为今后深入研究半导体材料的性质奠定了基础。

参考文献：[1] 电子技术实验教程. 卢荣山. 机械工业出版社，2008.[2] 理论物理学. 李政道,《进展》杂志全体编委会. 高等教育出版社，2003.（注：本文仅供参考，具体实验请在专业指导下进行。