半導(dǎo)體理論基礎(chǔ)課件

半導(dǎo)體理論基礎(chǔ)半導(dǎo)體理論基礎(chǔ)1目錄固體能帶理論半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體特性載流子的復(fù)合與壽命載流子的傳輸結(jié)二極管性質(zhì)硅材料的物理化學(xué)特性目錄固體能帶理論2固體的能帶理論

——能帶的形成原子中的電子在原子核的勢場和其他電子的作用下，它們分別在不同的能級上，形成電子殼層。晶體中，各個原子互相靠的很近，不同原子的內(nèi)、外殼層都有一定的重疊，電子不在局限在某一個原子中，可以由一個原子轉(zhuǎn)移到相鄰的原子上，導(dǎo)致電子共有化運動，結(jié)果使孤立原子的單一能級分裂形成能帶。根據(jù)電子先填充低能級的的原理，下面的能帶先填滿電子，這個帶被稱為價帶或滿帶，上面的未被電子填滿的能帶或空能帶稱為導(dǎo)帶，中間以僅帶相隔。已被電子填滿的能帶稱為價帶固體的能帶理論

——能帶的形成原3固體的能帶理論

——能帶的形成電子在原子之間的轉(zhuǎn)移不是任意的，電子只能在能量相同的軌道之間發(fā)生轉(zhuǎn)移.當(dāng)電子獲得足夠能量的時候?qū)⒃竭^禁帶發(fā)生躍遷。能帶禁帶能帶禁帶能帶固體的能帶理論

——能帶的形成電4固體的能帶理論

——金屬、絕緣體、半導(dǎo)體絕緣體半導(dǎo)體導(dǎo)體EcEvE9E9導(dǎo)帶禁帶價帶固體的能帶理論

——金屬、絕緣體5固體的能帶理論

——金屬、絕緣體、半導(dǎo)體導(dǎo)體：能帶交疊，即使極小的外加能量就會引起導(dǎo)電。絕緣體：能帶間距很大，不可能導(dǎo)電。半導(dǎo)體：禁帶比絕緣體窄很多，部分電子因熱運動從價帶跳到導(dǎo)帶，使導(dǎo)帶中有少量電子，價帶中有少量空穴，從而有一定的導(dǎo)電能力。固體的能帶理論

——金屬、絕緣體6固體的能帶理論

——金屬、絕緣體、半導(dǎo)體物體的導(dǎo)電能力，一般用材料電阻率的大小來衡量。電阻率越大，說明這種材料的導(dǎo)電能力越弱。物體電阻率導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體Ω·<>固體的能帶理論

——金屬、絕緣體7半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)硅太陽電池生產(chǎn)中常用的硅（），磷（），硼（）元素的原子結(jié)構(gòu)模型如下：第三層4個電子第二層8個電子第一層2個電子Si+14P+15B最外層5個電子最外層3個電子siPB半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)硅太陽電池生產(chǎn)中常用的硅（），磷（），8半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)

原子最外層的電子稱為價電子，有幾個價電子就稱它為幾族元素。若原子失去一個電子，稱這個原子為正離子，若原子得到一個電子，則成為一個帶負電的負離子。原子變成離子的過程稱為電離。半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)9半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)固體可分為晶體和非晶體兩大類。原子無規(guī)則排列所組成的物質(zhì)為非晶體。而晶體則是由原子規(guī)則排列所組成的物質(zhì)。晶體有確定的熔點，而非晶體沒有確定熔點，加熱時在某一溫度范圍內(nèi)逐漸軟化，如玻璃。半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)10半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)單晶和多晶的區(qū)別在整個晶體內(nèi)，原子都是周期性的規(guī)則排列，稱之為單晶。由許多取向不同的單晶顆粒雜亂地排列在一起的固體稱為多晶。半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)11半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)硅晶體內(nèi)的共價鍵硅晶體的特點是原子之間靠共有電子對連接在一起。硅原子的個價電子和它相鄰的個原子組成對共有電子對。這種共有電子對就稱為“共價鍵”。半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)硅晶體內(nèi)的共價鍵12半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)硅晶體的金剛石結(jié)構(gòu)晶體對稱的，有規(guī)則的排列叫做晶體格子，簡稱晶格，最小的晶格叫晶胞。以下是較重要的幾個晶胞：(a)簡單立方（Po）(b)體心立方（Na、W）(c)面心立方（Al、Au）半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)硅晶體的金剛石結(jié)構(gòu)(a)簡單立方(b)13半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)是一種復(fù)式格子，它是兩個面心立方晶格沿對角線方向上移互相套構(gòu)而成。正四面實體結(jié)構(gòu)金鋼石結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)是一種14半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)晶面和晶向晶體中的原子可以看成是分布在一系列平行而等距的平面上，這些平面就稱為晶面。每個晶面的垂直方向稱為晶向。(100晶面)(110晶面)(111晶面)半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)晶面和晶向(100晶面)(110晶面)15半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)原子密排面和解理面在晶體的不同面上，原子的疏密程度是不同的，若將原子看成是一些硬的球體，按照下圖方式排列的晶面就稱為原子密排面。半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)原子密排面和解理面16半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)比較簡單的一種包含原子密排面的晶格是面心立方晶格。而金剛石晶格又是兩個面心立方晶格套在一起，相互之間沿著晶胞體對角線方向平移而構(gòu)成的。我們來看面心立方晶格中的原子密排面。按照硬球模型可以區(qū)分在()()()幾個晶面上原子排列的情況。半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)比較簡單的一種包含原子密排面的晶格是面17半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)(100)(110)(111)半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)(100)(110)(111)18半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)金鋼石晶格是由面心立方晶格構(gòu)成，所以它的()晶面也是原子密排面，它的特點是，在晶面內(nèi)原子密集、結(jié)合力強，在晶面之間距離較大，結(jié)合薄弱，由此產(chǎn)生以下性質(zhì)：、由于()密排面本身結(jié)合牢固而相互間結(jié)合脆弱，在外力作用下，晶體很容易沿著()晶面劈裂，晶體中這種易劈裂的晶面稱為晶體的解理面。

半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)金鋼石晶格是由面心立方晶格構(gòu)成，所以它19半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)、由于()密排面結(jié)合牢固，化學(xué)腐蝕就比較困難和緩慢，而()面原子排列密度比()面低。所以()面比()面的腐蝕速度快，選擇合適的腐蝕液和腐蝕溫度，()面腐蝕速度比()面大的多，因此，用()面硅片采用這種各向異性腐蝕的結(jié)果，可以使硅片表面產(chǎn)生許多密布表面為()面的四面方錐體，形成絨面狀的硅表面。半導(dǎo)體材料硅的晶體結(jié)構(gòu)、由于()密排面20半導(dǎo)體的特性

——純度半導(dǎo)體特性，是建立在半導(dǎo)體材料的純度很高的基礎(chǔ)上的。半導(dǎo)體的純度常用幾個“”來表示。比如硅材料的純度達到個“”，就是說硅的純度達到，其余（即）為雜質(zhì)總含量。半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)含量，通常還以“”與“”來表示。一個就是十億分之一（），一個“”就是百萬分之一（）半導(dǎo)體的特性

——純度半導(dǎo)體特性21半導(dǎo)體的特性

——導(dǎo)電特性導(dǎo)電能力隨溫度靈敏變化導(dǎo)體，絕緣體的電阻率隨溫度變化很小，導(dǎo)體溫度每升高一度，電組率大約升高。而半導(dǎo)體則不一樣，溫度每升高或降低度，其電阻就變化百分之幾，甚至幾十，當(dāng)溫度變化幾十度時，電阻變化幾十，幾萬倍，而溫度為絕對零度（℃）時，則成為絕緣體。半導(dǎo)體的特性

——導(dǎo)電特性導(dǎo)電能22半導(dǎo)體的特性

——導(dǎo)電特性導(dǎo)電能力隨光照顯著改變當(dāng)光線照射到某些半導(dǎo)體上時，它們的導(dǎo)電能力就會變得很強，沒有光線時，它的導(dǎo)電能力又會變得很弱。雜質(zhì)的顯著影響在純凈的半導(dǎo)體材料中，適當(dāng)摻入微量雜質(zhì)，導(dǎo)電能力會有上百萬的增加。這是最特殊的獨特性能。其他特性溫差電效應(yīng)，霍爾效應(yīng)，發(fā)光效應(yīng)，光伏效應(yīng)，激光性能等。半導(dǎo)體的特性

——導(dǎo)電特性導(dǎo)電能23半導(dǎo)體的特性

——導(dǎo)電過程描述純凈的半導(dǎo)體，在不受外界作用時，導(dǎo)電能力很差。而在一定的溫度或光照等作用下，晶體中的價電子有一部分可能會沖破共價鍵的束縛而成為一個自由電子。同時形成一個電子空位，稱之為“空穴”。從能帶圖上看，就是電子離開了價帶躍遷到導(dǎo)帶，從而在價帶中留下了空穴，產(chǎn)生了一對電子和空穴。如圖，通常將這種只含有“電子空穴對”的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體?！氨菊鳌敝钢簧婕鞍雽?dǎo)體本身的特性。半導(dǎo)體就是靠著電子和空穴的移動來導(dǎo)電的，因此，電子和空穴被統(tǒng)稱為載流子。半導(dǎo)體的特性

——導(dǎo)電過程描述純24半導(dǎo)體的特性

——導(dǎo)電過程描述導(dǎo)帶(禁帶寬)價帶半導(dǎo)體的特性

——導(dǎo)電過程描述導(dǎo)25半導(dǎo)體的特性

——本征半導(dǎo)體、摻雜半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體：絕對純的且沒有缺陷的半導(dǎo)體摻雜半導(dǎo)體：摻有其他元素施主摻雜（型硅）：電流主要靠電子來運輸。受主摻雜（型硅）：電流主要靠空穴來運輸。太陽能電池用的是型硅襯底，型擴散層半導(dǎo)體的特性

——本征半導(dǎo)體、摻26半導(dǎo)體的特性

——產(chǎn)生、復(fù)合由于熱或光激發(fā)而成對地產(chǎn)生電子空穴對，這種過程稱為“產(chǎn)生”?？昭ㄊ枪矁r鍵上的空位，自由電子在運動中與空穴相遇時，自由電子就可能回到價鍵的空位上來，而同時消失了一對電子和空穴，并釋放能量，這就是“復(fù)合”。在一定溫度下，又沒有光照射等外界影響時，產(chǎn)生和復(fù)合的載流子數(shù)相等，半導(dǎo)體中將在產(chǎn)生和復(fù)合的基礎(chǔ)上形成熱平衡。此時，電子和空穴的濃度保持穩(wěn)定不變，但是產(chǎn)生和復(fù)合仍在持續(xù)的發(fā)生。半導(dǎo)體的特性

——產(chǎn)生、復(fù)合由于27半導(dǎo)體的特性

——雜質(zhì)與摻雜半導(dǎo)體純凈的半導(dǎo)體材料中若含有其它元素的原子，那么，這些其它元素的原子就稱為半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)原子。對硅的導(dǎo)電性能有決定影響的主要是三族硼和五族磷元素原子。還有些雜質(zhì)如金，銅，鎳，錳，鐵等，在硅中起著復(fù)合中心的作用，影響壽命，產(chǎn)生缺陷，有著許多有害的作用。半導(dǎo)體的特性

——雜質(zhì)與摻雜半導(dǎo)28半導(dǎo)體的特性

——型半導(dǎo)體（施主摻雜）磷（)，銻（)等五族元素原子的最外層有五個電子，它在硅中是處于替位式狀態(tài)，占據(jù)了一個原來應(yīng)是硅原子所處的晶格位置。磷原子最外層五個電子中只有四個參加共價鍵，另一個不在價鍵上，成為自由電子，失去電子的磷原子是一個帶正電的正離子，沒有產(chǎn)生相應(yīng)的空穴。正離子處于晶格位置上，不能自由運動，它不是載流子。因此，摻入磷的半導(dǎo)體起導(dǎo)電作用的，主要是磷所提供的自由電子，這種依靠電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為電子型半導(dǎo)體，簡稱型半導(dǎo)體。這種族雜質(zhì)原子稱為施主雜質(zhì)。半導(dǎo)體的特性

——型半導(dǎo)體（施主29半導(dǎo)體的特性

——型半導(dǎo)體（施主摻雜）多余電子半導(dǎo)體的特性

——型半導(dǎo)體（施主30半導(dǎo)體的特性

——型半導(dǎo)體（施主摻雜）施主能級導(dǎo)帶電離能價帶半導(dǎo)體的特性

——型半導(dǎo)體（施主31半導(dǎo)體的特性

——型半導(dǎo)體（受主摻雜）型半導(dǎo)體硼（）鋁（）鎵（）等三族元素原子的最外層有三個電子，它在硅中也是處于替位式狀態(tài)。硼原子最外層只有三個電子參加共價鍵，在另一個價鍵上因缺少一個電子而形成一個空位，鄰近價鍵上的價電子跑來填補這個空位，就在這個鄰近價鍵上形成了一個新的空位，這就是“空穴”。硼原子在接受了鄰近價鍵的價電子而成為一個帶負電的負離子。因此在產(chǎn)生空穴的同時沒有產(chǎn)生相應(yīng)的自由電子。這種依靠空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為空穴型半導(dǎo)體，簡稱型半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的特性

——型半導(dǎo)體（受主32半導(dǎo)體的特性

——型半導(dǎo)體（受主摻雜）空鍵接受電子空穴半導(dǎo)體的特性

——型半導(dǎo)體（受主33半導(dǎo)體的特性

——型半導(dǎo)體（受主摻雜）導(dǎo)帶電離能價帶受主能級半導(dǎo)體的特性

——型半導(dǎo)體（受主34載流子的復(fù)合與壽命

——多數(shù)載流子、少數(shù)載流子摻雜半導(dǎo)體中，新產(chǎn)生的載流子數(shù)量遠遠超過原來未摻入雜質(zhì)前載流子的數(shù)量，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性質(zhì)主要由占多數(shù)的新產(chǎn)生的載流子來決定，所以，在型半導(dǎo)體中，空穴是多數(shù)載流子，而電子是少數(shù)載流子。在型半導(dǎo)體中，電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。摻入的雜質(zhì)越多，多載流子的濃度（單位體積內(nèi)載流子的數(shù)目）越大，則半導(dǎo)體的電阻率越低，它的導(dǎo)電能力越強。載流子的復(fù)合與壽命

——多數(shù)載流子、少35載流子的復(fù)合與壽命

——平衡載流子、非平衡載流子一塊半導(dǎo)體材料處于某一均勻的溫度中，且不受光照等外界因素的作用的狀態(tài)，此時半導(dǎo)體中的載流子稱為平衡態(tài)載流子。半導(dǎo)體一旦受到外界因素作用（如光照，電流注入或其它能量傳遞形式）時，它內(nèi)部載流子濃度就多于平衡狀態(tài)下的載流子濃度。半導(dǎo)體就從平衡狀態(tài)變?yōu)榉瞧胶鉅顟B(tài)，就把處于非平衡狀態(tài)時，比平衡狀態(tài)載流子增加出來的一部分載流子成為非平衡載流子。載流子的復(fù)合與壽命

——平衡載流子、非36載流子的復(fù)合與壽命

——平衡載流子、非平衡載流子當(dāng)引起非平衡載流子產(chǎn)生的外界因素停止后，非平衡載流子不會永久地存在下去。但也不是一下全部都消失掉，而是隨著時間逐漸減少消失的，他們的存在時間有些長些，有些短些，有一個平均的存在時間，也就是“非平衡載流子的壽命”。半導(dǎo)體內(nèi)部和表面的復(fù)合作用是使得非平衡載流子逐漸減少直至消失的原因。非平衡載流子復(fù)合的主要方式：.體內(nèi)復(fù)合直接復(fù)合、間接復(fù)合（三種輻射復(fù)合，聲子復(fù)合，俄歇復(fù)合）、表面復(fù)合《刪除》。。表面復(fù)合載流子的復(fù)合與壽命

——平衡載流子、非37載流子的復(fù)合與壽命

——直接復(fù)合電子和空穴在半導(dǎo)體內(nèi)部直接相遇放出光子或引起熱運動而復(fù)合，復(fù)合的過程是電子直接在能帶間躍進，中間無須經(jīng)過任何間接過程《刪除》，這種復(fù)合稱為直接復(fù)合。電子和空穴通過禁帶的能級（復(fù)合中心）進行復(fù)合，稱為間接復(fù)合。給局能量釋放的方式可以分為三種：輻射復(fù)合，聲子復(fù)合，俄歇復(fù)合。一般的雜質(zhì)半導(dǎo)體壽命是與多數(shù)載流子的密度成反比的，或者說半導(dǎo)體的電阻率越低，則壽命越短。電阻率越低，多數(shù)載流子濃度越高，這種非平衡載流子就越有機會與多數(shù)載流子相遇復(fù)合，所以壽命就越短。載流子的復(fù)合與壽命

——直接38載流子的復(fù)合與壽命

——直接復(fù)合載流子的復(fù)合與壽命

——直接39載流子的復(fù)合與壽命

——間接復(fù)合晶體中的雜質(zhì)原子和缺陷有促進非平衡載流子的復(fù)合作用。間接復(fù)合與直接復(fù)合不同，它是通過禁帶中某些雜質(zhì)（缺陷）能級做為“跳板”來完成的?？拷麕е械碾s質(zhì)（缺陷）能級俘獲導(dǎo)帶中的電子與滿帶中的空穴在其上面間接進行復(fù)合的稱之為間接復(fù)合，那些起復(fù)合作用的雜質(zhì)（缺陷）能級被稱為復(fù)合中心。復(fù)合中心是不斷地起著復(fù)合作用，而不是起了一次復(fù)合作用就停止了。通過復(fù)合中心的間接復(fù)合過程比直接復(fù)合過程強得多。因為間接復(fù)合過程每次所要放出的能量比直接復(fù)合的要少，相當(dāng)于分階段放出能量，所以容易得多。因而間接復(fù)合過程大多情況下決定著半導(dǎo)體材料得壽命值。載流子的復(fù)合與壽命

——間接40載流子的復(fù)合與壽命

——間接復(fù)合直接復(fù)合和間接復(fù)合都是在半導(dǎo)體內(nèi)部完成的，所以統(tǒng)稱為“體內(nèi)復(fù)合”。載流子的復(fù)合與壽命

——間接41載流子的復(fù)合與壽命

——表面復(fù)合半導(dǎo)體表面吸附著外界空氣來的雜質(zhì)分子或原子，半導(dǎo)體表面存在著表面缺陷。這種缺陷是從體內(nèi)延伸到表面的晶格結(jié)構(gòu)上的中斷，表面原子出現(xiàn)懸空鍵，或者是半導(dǎo)體在加工過程中在表面留下的嚴重損傷或內(nèi)應(yīng)力，造成在體內(nèi)更多的缺陷和晶格畸變，這些雜質(zhì)和缺陷形成能接受或施放電子的表面能級，表面復(fù)合就是依靠表面能級對電子空穴的俘獲來進行復(fù)合的。實際上表面復(fù)合過程屬于間接復(fù)合，此時的復(fù)合中心位于半導(dǎo)體材料的表面。載流子的復(fù)合與壽命

——表面42載流子的復(fù)合與壽命

——表面復(fù)合半導(dǎo)體表面表面復(fù)合中心能級E2表面復(fù)合載流子的復(fù)合與壽命

——表面43載流子的傳輸

——漂移半導(dǎo)體中的載流子在不停地做無規(guī)則的熱運動，沒有固定方向地移動，所以半導(dǎo)體中并不產(chǎn)生電流。若在半導(dǎo)體兩端加上一個電壓，即半導(dǎo)體處于一個電場中，載流子在電場加速作用下，獲得了附加的運動，這就稱之為載流子的漂移運動。實際上晶體中加速的電子會與雜質(zhì)原子，缺陷，晶格原子相碰撞，這種碰撞會造成電子運動方向不斷發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱之為散射載流子的傳輸

——漂移半導(dǎo)體44載流子的傳輸

——漂移與遷移率遷移率是衡量半導(dǎo)體中載流子平均漂移速度的一個重要參數(shù)，其數(shù)值等于在單位電場作用下電子和空穴的定向運動速度。因此，它反映了載流子運動的快慢程度。

載流子的遷移率隨著溫度，摻雜濃度和缺陷濃度變化。同一種半導(dǎo)體材料，溫度升高，遷移率下降，摻雜濃度，缺陷濃度增加，遷移率同樣逐漸下降。載流子的傳輸

——漂移與遷移45載流子的傳輸

——漂移與遷移率遷移率還和載流子的有效質(zhì)量有關(guān)。電子的有效質(zhì)量比空穴小，所以電子的遷移率比空穴大。遷移率是反映半導(dǎo)體中載流子導(dǎo)電能力的重要參數(shù)，摻雜半導(dǎo)體的電導(dǎo)率一方面取決于摻雜濃度，另一方面取決于遷移率的大小。載流子的傳輸

——漂移與遷移46載流子的傳輸

——擴散向半導(dǎo)體中注入非平衡載流子時，注入部分的載流子密度比其它部分高，載流子會由密度大的地方向密度小的地方遷移，這種現(xiàn)象叫做載流子的擴散運動。擴散的強弱是由載流子濃度的變化決定的，濃度梯度越大，擴散也越容易，同時，擴散的強弱還與載流子的種類，運動的速度以及散射的次數(shù)等有關(guān)，我們用擴散系數(shù)來表示載流子擴散能力的強弱。載流子的傳輸

——擴散向半導(dǎo)47載流子的傳輸

——擴散長度非平衡載流子在擴散運動過程中不斷地復(fù)合而消失。結(jié)果非平衡載流子密度由注入部分開始向密度小的方向逐漸減小。在連續(xù)注入的條件下，非平衡載流子密度由大到小形成一個穩(wěn)定的分布。由注入部位到非平衡載流子密度減小到數(shù)值位置之間的距離稱為載流子的擴散長度。它也是半導(dǎo)體材料的重要參數(shù)之一。擴散長度：非平衡載流子在平均壽命時間內(nèi)經(jīng)擴散運動所通過的距離。載流子的傳輸

——擴散長度非48載流子的傳輸

——擴散長度擴散長度距離載流子密度0載流子的傳輸

——擴散長度擴49結(jié)二極管性質(zhì)

——結(jié)在一塊完整的半導(dǎo)體晶體中，如果一部分是型半導(dǎo)體，另一部分是型半導(dǎo)體。在型半導(dǎo)體中，多數(shù)載流子是電子，電子濃度遠遠超過少數(shù)載流子空穴的濃度，而在型半導(dǎo)體中，空穴是多數(shù)載流子，空穴濃度遠遠超過少數(shù)載流子電子的濃度，如下圖：結(jié)二極管性質(zhì)

——結(jié)在一塊完整的半導(dǎo)50結(jié)二極管性質(zhì)

——空間電荷區(qū)的形成過程在型和型半導(dǎo)體的交界面處存在有電子和空穴濃度梯度，區(qū)中的電子就向區(qū)滲透擴散，擴散的結(jié)果是型區(qū)域中鄰近型區(qū)域一邊的薄層內(nèi)有一部分電子擴散到型中去了。由于這個薄層失去了一些電子，在區(qū)就形成帶正電荷的區(qū)域。同樣，型區(qū)域中鄰近型區(qū)域一邊的薄層內(nèi)有一部分空穴擴散到型區(qū)域一邊去了。由于這個薄層失去了一些空穴，在區(qū)就形成了帶負電荷的區(qū)域。這樣在型區(qū)和型區(qū)交界面的兩側(cè)形成了帶正，負電荷的區(qū)域，叫做空間電荷區(qū)。結(jié)二極管性質(zhì)

——空間電荷區(qū)的形成過51結(jié)二極管性質(zhì)

——自建電場的定義空間電荷區(qū)中的正負電荷間形成電場。電場的方向是由型區(qū)域指向型區(qū)域，這個由于載流子濃度不均勻而引起擴散運動后形成的電場稱為自建電場。載流子在電場作用下，會產(chǎn)生漂移運動。自建電場將區(qū)向區(qū)擴散的電子接回到區(qū)，把區(qū)向區(qū)擴散的空穴接回到區(qū)，由此可見，在空間電荷區(qū)內(nèi)，自建電場引起電子和空穴的漂移運動方向與它們各自的擴散運動方向正好相反。N型P型空間電荷區(qū)結(jié)二極管性質(zhì)

——自建電場的定義空間52結(jié)二極管性質(zhì)

——結(jié)的形成空間電荷區(qū)也叫阻擋層，就是我們通常講的結(jié)。結(jié)是許多半導(dǎo)體組件的核心，結(jié)的性質(zhì)集中反映了半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的特點，如：存在兩種載流子，載流子有漂移擴散和產(chǎn)生，復(fù)合等基本運動的形成。所以，結(jié)是半導(dǎo)體組件入門的基礎(chǔ)。隨著電子和空穴的不斷擴散，空間電荷的數(shù)量不斷增加，自建電場也越來越強，直到與載流子的漂移運動和擴散運動相抵消時，就會達到動態(tài)平衡。結(jié)二極管性質(zhì)

——結(jié)的形成空間電荷區(qū)53結(jié)二極管性質(zhì)

——正反向偏置的結(jié)的導(dǎo)電特性使區(qū)電位高于區(qū)電位的接法，稱結(jié)加正向電壓或正向偏置(簡稱正偏)，如下圖：使區(qū)電位低于區(qū)電位的接法，稱結(jié)加反向電壓或反向偏置(簡稱反偏)，如下圖：結(jié)二極管性質(zhì)

——正反向偏置的結(jié)的導(dǎo)54結(jié)二極管性質(zhì)

——結(jié)電流的解析描述理論分析證明，流過結(jié)的電流與外加電壓之間的關(guān)系為式中，為反向飽和電流，其大小與結(jié)的材料、制作工藝、溫度等有關(guān)；，稱為溫度的電壓當(dāng)量或熱電壓。在(室溫)時，。這是一個今后常用的參數(shù)。結(jié)二極管性質(zhì)

——結(jié)電流的解析描述理55結(jié)二極管性質(zhì)

——結(jié)電流的解析描述加正向電壓時，只要大于幾倍以上≈，即隨呈指數(shù)規(guī)律變化；加反向電壓時，只要大于幾倍以上，則≈–(負號表示與正向參考電流方向相反)。結(jié)的伏安特性曲線，如右圖。圖中還畫出了反向電壓大到一定值時，反向電流突然增大的情況，即擊穿效應(yīng)。結(jié)二極管性質(zhì)

——結(jié)電流的解析描述加56硅材料的物理化學(xué)性質(zhì)

——物理性質(zhì)及常數(shù)物理量單位數(shù)據(jù)原子序禁帶寬度電子伏

原子量

晶格結(jié)構(gòu)金剛石電子遷移率厘米伏秒化學(xué)鍵共價鍵空穴遷移率厘米伏秒密度電子擴散系數(shù)厘米伏秒硬度莫氏空穴擴散系數(shù)厘米伏秒熔點℃本征電阻率歐姆厘米*熱導(dǎo)率㎝·介質(zhì)常數(shù)熱膨脹系數(shù)℃*折射率λ為反射率λ為硅材料的物理化學(xué)性質(zhì)

——物57硅材料的物理化學(xué)性質(zhì)

——化學(xué)性質(zhì)硅在高溫下能與氯，氧，水蒸氣等作用，生成四氯化硅，二氧化硅。硅不溶于以及王水（），硅與可以發(fā)生反應(yīng)，但反應(yīng)速度比較緩慢。硅材料的物理化學(xué)性質(zhì)

——化58硅材料的物理化學(xué)性質(zhì)

——化學(xué)性質(zhì)硅和硝酸，氫氟酸的混合液起作用它利用濃的強氧化作用。使硅表面生成一層，另一方面利用的絡(luò)合作用，能與反應(yīng)生成可溶性的六氟硅酸絡(luò)合物[]。硅能與堿相互作用生成相應(yīng)的硅酸鹽。

硅能與等金屬離子發(fā)生置換反應(yīng)。

硅材料的物理化學(xué)性