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模拟电子技术基础总结第一章晶体二极管及应用电路一、半导体知识1．本征半导体·单质半导体材料是具有4价共价键晶体结构的硅（Si）和锗（Ge）（图1-2）。
前者是制造半导体IC的材料（三五价化合物砷化镓GaAs是微波毫米波半导体器件和IC的重要材料）。
·纯净（纯度>7N）且具有完整晶体结构的半导体称为本征半导体。
在一定的温度下，本征半导体内的最重要的物理现象是本征激发（又称热激发或产生）（图1-3）。
本征激发产生两种带电性质相反的载流子——自由电子和空穴对。
温度越高，本征激发越强。
·空穴是半导体中的一种等效q+载流子。
空穴导电的本质是价电子依次填补本征晶格中的空位，使局部显示q+电荷的空位宏观定向运动（图1-4）。
·在一定的温度下，自由电子与空穴在热运动中相遇，使一对自由电子和空穴消失的现象称为载流子复合。
复合是产生的相反过程，当产生等于复合时，称载流子处于平衡状态。
2．杂质半导体·在本征硅（或锗）中渗入微量5价（或3价）元素后形成N型（或P 型）杂质半导体（N型：图1-5，P型：图1-6）。
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·由于杂质电离，使N型半导体中的多子是自由电子，少子是空穴，而P型半导体中的多子是空穴，少子是自由电子。
·在常温下，多子>>少子（图1-7）。
多子浓度几乎等于杂质浓度，与温度无关；两少子浓度是温度的敏感函数。
·在相同掺杂和常温下，Si的少子浓度远小于Ge的少子浓度。
3．半导体中的两种电流在半导体中存在因电场作用产生的载流子漂移电流（这与金属导电一致）；还存在因载流子浓度差而产生的扩散电流。
4．PN结·在具有完整晶格的P型和N型材料的物理界面附近，会形成一个特殊的薄层——PN结（图1-8）。
晶体硅主要成分晶体硅是一种重要的半导体材料，其主要成分为硅元素。
硅元素是地壳中含量最丰富的非金属元素之一，其化学性质稳定，具有良好的热稳定性和化学稳定性。
因此，硅元素被广泛应用于电子、光电、光伏等领域。
晶体硅是由高纯度硅单质经过熔炼、提纯等工艺制成的。
晶体硅具有晶体结构，其晶体结构可分为单晶、多晶和非晶三种形态。
其中，单晶晶体硅是一种高品质的半导体材料，其晶格结构完整，电子迁移率高，具有良好的电学性能和光学性能。
晶体硅具有优异的半导体特性，其导电性介于导体和绝缘体之间。
晶体硅的电学特性受控于材料的掺杂程度和晶体结构，通过控制晶体硅的掺杂程度和晶体生长条件，可以改变其电学性能和光学性能。
晶体硅被广泛应用于集成电路、太阳能电池、光电器件等领域。
晶体硅的制备工艺繁琐，其制备过程包括硅单质的提纯、熔炼、晶体生长等多个步骤。
其中，晶体生长是制备高品质晶体硅的关键步骤。
晶体生长过程中，通过控制熔体温度、晶体生长速度等参数，可以获得高品质的晶体硅。
在集成电路领域，晶体硅是最常用的半导体材料之一。
晶体硅在集成电路中发挥重要作用，它可以作为电子器件的基底材料，承载电路元件和电路连接线。
晶体硅的电学特性优异，可以实现高速、低功耗的电路设计。
在太阳能电池领域，晶体硅也是一种重要的材料。
晶体硅太阳能电池具有高转换效率、长寿命等优点，被广泛应用于太阳能光伏发电系统中。
晶体硅太阳能电池的制备过程需要高纯度硅单质，制备工艺较为繁琐。
晶体硅是一种重要的半导体材料，其主要成分为硅元素。
晶体硅具有良好的电学性能和光学性能，被广泛应用于集成电路、太阳能电池、光电器件等领域。
晶体硅的制备工艺繁琐，制备工艺的不断改进和优化，将会推动晶体硅在各个领域的应用发展。
单质硅有无定形及晶体两种。
无定形硅为灰黑色或栗色粉末，更常见的是无定形块状，它们是热和电的不良导体、质硬，主要用于冶金工业（例如铁合金及铝合金的生产）及制造硅化物。
晶体硅是银灰色，有金属光泽的晶体，能导电（但导电率不及金属）故又称为金属硅。
高纯度的金属硅（≥99．99％）是生产半导体的材料，也是电子工业的基础材料。
掺杂有微量硼、磷等元素的单晶硅可用于制造二极管、晶体管及其他半导体器件。
由于半导体技术不断向高集成度，高性能，低成本和系统化方向发展，半导体在国民经济各领域中的应用更加广泛。
单晶硅片按使用性质可分为两大类：生产用硅片；测试用硅片。
半导体元件所使用的单晶硅片系采用多晶硅原料再经由单晶生长技术所生产出来的。
多晶硅所使用的原材料来自硅砂（二氧化硅）。
目前商业化的多晶硅依外观可分为块状多晶与粒状多晶。
多晶硅的品质规格：多晶硅按外形可分为块状多晶硅和棒状多晶硅；等级分为一、二、三级免洗料。
多晶硅的检测：主要检测参数为电阻率、碳浓度、N型少数载流子寿命；外形主要是块状的大小程度；结构方面要求无氧化夹层；表面需要经过酸腐蚀，结构需致密、平整，多晶硅的外观应无色斑、变色，无可见的污染物。
对于特殊要求的，还需要进行体内金属杂质含量的检测。
单晶硅棒品质规格：单晶硅棒的主要技术参数其中电阻率、OISF密度、以及碳含量是衡量单晶硅棒等级的关键参数。
这些参数在单晶成型后即定型，无法在此后的加工中进行改变。
测试方法：电阻率：用四探针法。
OISF密度：利用氧化诱生法在高温、高洁净的炉管中氧化，再经过腐蚀后观察其密度进行报数。
碳含量：利用红外分光光度计进行检测。
单晶硅抛光片品质规格：单晶硅抛光片的物理性能参数同硅单晶技术参数单晶硅抛光片的表面质量：正面要求无划道、无蚀坑、无雾、无区域沾污、无崩边、无裂缝、无凹坑、无沟、无小丘、无刀痕等。
背面要求无区域沾污、无崩边、无裂缝、无刀痕。
一、单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。
单质半导体的晶体结构类型
单质半导体是一种晶体结构特殊的材料，其内部原子的排列方式对其电子传导性能和光学特性起着关键作用。
在本文中，我们将详细介绍四种常见的单质半导体晶体结构类型，分别是钻石结构、锌矿石结构、立方密堆和六方密堆。
每种晶体结构类型都具有不同的原子排列方式和特性。
一、钻石结构
钻石结构是碳（C）和硅（Si）等元素常见的晶体结构类型。
它是一种简单的立方紧密堆积的结构，其中每个原子都有四个近邻原子。
这种结构是通过每个原子与其近邻原子共享四个电子对来形成的，这种共价键的形成使得钻石结构中的原子具有很高的稳定性。
由于共价键的强度，钻石结构半导体具有很高的结构稳定性和硬度。
此外，由于共价键的存在，这种结构具有较大的禁带宽度，使其在常温下几乎没有自由电子可以导电，从而表现出非常高的电阻率。
然而，一旦传入合适的能量（例如通过热激活或光激发），共价键会被破坏，产生自由电子和空穴，从而导致半导体材料表现出半导体特性。
二、锌矿石结构
锌矿石结构是一种典型的离子晶体结构类型，常见于化合物半导体材料，如砷化镓（GaAs）和碲化汞（HgTe）。
在锌矿石结构中，阳离子（通常是金属离子）位于立方晶胞的顶点和中心位置，而阴离子则位于晶胞的八面体和四面体孔中。
锌矿石结构的特点是具有大的禁带宽度和较高的熔点，而且这种结构在高温下也十分稳定。
由于离子键的形成，锌矿石结构的半导体材料通常
具有较高的移动性和载流子浓度，以及较小的自由电子和空穴有效质量。
因此，锌矿石结构材料的电导率通常比钻石结构材料高。
三、立方密堆
立方密堆是一种属于密堆结构类型的晶体结构，常见于金属半导体材料，如铜（Cu）。
在立方密堆中，每个原子都有12个近邻原子，其中六
个相邻的原子位于正方形平面上，而另外六个相邻的原子位于正方形平面
上方或下方的四个六边形顶点的中点。
由于金属材料的特性，立方密堆结构的金属半导体通常具有高电导率
和低禁带宽度。
在立方密堆结构中，金属原子之间的键结合强度相对较弱，因此容易形成自由电子和空穴，从而导致材料表现出良好的导电特性。
四、六方密堆
六方密堆是一种属于密堆结构类型的晶体结构，常见于同属立方晶系
的半导体材料，如硅（Si）和锗（Ge）。
在六方密堆结构中，每个原子都
有12个近邻原子，其中分别位于垂直于六边形平面上方和下方的六个三
角形平面上。
由于硅和锗等材料的导电机制是通过共价键形成的，六方密堆结构的
硅和锗等半导体材料表现出中等的导电特性和禁带宽度。
与立方密堆结构
相比，六方密堆结构的材料在导电性质上表现出较低的移动性和载流子浓度。
综上所述，单质半导体材料的晶体结构类型主要包括钻石结构、锌矿
石结构、立方密堆和六方密堆。
每种结构类型都对材料的导电性质和光学
特性产生重要影响，了解并研究这些结构类型对于深入理解单质半导体材
料的性质和应用具有重要意义。
