半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識簡介

半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識簡介晶體：原子排列長程有序，如NaCl,AgNO3,石墨，冰等。非晶體：排列沒有長程周期性，如玻璃，瀝青，橡膠等。固體按導(dǎo)電能力可分為：導(dǎo)體、絕緣體和介于兩者之間的半導(dǎo)12歐姆?厘米——絕緣體：玻璃電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間——半導(dǎo)體：硫化鎘①半導(dǎo)體電阻對溫度變化非常敏感。根據(jù)這一特性，熱電探測器件。NTC：負(fù)溫度系數(shù)，半導(dǎo)體熱敏電阻PTC：正溫度系數(shù)，鉑熱電阻電阻值隨溫度的增加急劇減小，具有很大的負(fù)溫度系數(shù)．構(gòu)成材料是釩、鋇、鍶、磷等元素氧化物的混合燒結(jié)體②導(dǎo)電性受極微量雜質(zhì)的影響而發(fā)生十分顯著的變化。（例如純凈Si在室溫下電導(dǎo)率為5*10-6/(歐姆?厘米)，摻入硅原子數(shù)百萬分之一的雜質(zhì)時，電導(dǎo)率為2/(歐姆?厘米)）。且隨摻入的雜質(zhì)類型不同，可以得到相反導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體，在硅中摻入硼，可得到P型半導(dǎo)體，摻入銻可得到N型半導(dǎo)體。P型摻雜或N型摻雜均是增加了半導(dǎo)體中的自由載流子，從而增強(qiáng)③半導(dǎo)體導(dǎo)電能力及性質(zhì)會受熱、光、電、磁等作用的影響，而例如沉積在絕緣基板上的硫化鎘層不受光照時阻抗可達(dá)幾十甚至幾百兆歐，但是一旦受到光照，電阻就會下降到幾十千歐，甚至①電子繞核運(yùn)動，具有完全確定的能級，這種穩(wěn)定的運(yùn)動狀態(tài)稱通常所提的軌道所代表的是電子出現(xiàn)幾率最大的一部分區(qū)域。③遵循泡利不相容原理：在一個原子或原子組成的系統(tǒng)中，不能有兩個電子同屬于一個量子態(tài)，即在每一個能級中，最多只能容納兩個自旋方向相反的電子。④電子首先填滿最低能級，而后依次向上填，直到所有電子填完2、晶體中電子的能帶A、電子的共有化現(xiàn)象：電子不束縛于單個原子，在整個固體內(nèi)構(gòu)成晶體的原子間距離很近，故不同原子之間的電子軌道將發(fā)生不同程度的交迭，使電子可以從一個原子轉(zhuǎn)移到另一個原子只有最外層的電子的共有化特征最明顯。原子的能級之間存在著直接的對應(yīng)關(guān)系。B、能帶：能量近乎相同的能級相互靠的很近，組成一定的能量區(qū)域，我們將這些能量區(qū)域中密集的能級形象的稱為能帶。電子軌道很小，在不同原子間很少相互重疊；能量較高的外層電子軌道在不同的原子間有較多的重疊，故形成的能帶較寬。滿帶：各個能級都被電子填滿的能帶。禁帶：兩個能帶之間的區(qū)域。價帶：由最外層價電子能級分裂后形成的能帶?？諑В核心芗壎紱]有電子填充的能帶。價帶以上的能帶基本上是空的，其中最低的帶稱為導(dǎo)帶。導(dǎo)體，絕緣體及半導(dǎo)體的能帶電子分布：1、本征半導(dǎo)體：完全純凈的，結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體。 共價鍵中的兩個電子，稱為價電子。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理價電子在獲得一定能量(溫度升高或受光照)后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子(帶負(fù)電)，同時共價鍵中留下一個空位，即為空穴(帶正電)。這一現(xiàn)象即為半導(dǎo)體的本征激發(fā)。導(dǎo)電過程一個新的空穴，其結(jié)果相當(dāng)于空穴的運(yùn)動(相當(dāng)于正電荷的移動)。在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流：在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載(1)本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少,其導(dǎo)電性能很差；(2)溫度愈高(光照愈強(qiáng))，載流子的數(shù)目愈多,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能2、摻雜半導(dǎo)體(雜質(zhì)半導(dǎo)體)在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)，形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。 無論N型或P型半導(dǎo)體都是中性的，對外不顯電性。平衡和非平衡載流子這種處于熱平衡狀態(tài)下的載流子濃度，稱為平衡載流子濃度。半導(dǎo)體的熱平衡狀態(tài)是相對的，有條件的。如果對半導(dǎo)體施加外界作用，破壞了熱平衡的條件，這就迫使它處于與熱平衡狀態(tài)相偏離的狀態(tài)，稱為非平衡狀態(tài)。非平衡載流子處于非平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體，其載流子濃度也不再是平衡載流子濃度，比它們多出一部分。比平衡狀態(tài)多出來的這部分載流子稱為非平衡載流子。在N型半導(dǎo)體中，把非平衡電子稱為非平衡多數(shù)載流子，非平衡在半導(dǎo)體器件中，非平衡少數(shù)載流子往往起著重要的作用。產(chǎn)生方法：光注入，電注入，高能粒子輻照等。導(dǎo)電機(jī)理：載流子的輸運(yùn)過程載流子的基本運(yùn)動形式：擴(kuò)散運(yùn)動和漂移運(yùn)動，二者都是定向運(yùn)動，分別與擴(kuò)散電流和漂移電流相聯(lián)系。造成的由高濃度向低濃度處的遷移運(yùn)動。雜質(zhì)分布均勻的半導(dǎo)體，只考慮非平衡載流子的擴(kuò)散；對于雜質(zhì)分布不均勻的半導(dǎo)體，則要同時考慮平衡載流子和非平衡載流子擴(kuò)散電流的方向與濃度梯度成正比。載流子在電場的加速作用下，除熱運(yùn)動之外獲得的附加運(yùn)動稱為載流子的漂移運(yùn)動速度與外加電場強(qiáng)度成正比。①沿著電場的方向運(yùn)動---定向運(yùn)動；②是疊加在熱運(yùn)動基礎(chǔ)之上的一種定向運(yùn)動；③在漂移過程中將不斷受到受到散射（否則漂移速度將變成∞),在半導(dǎo)體中對載流子起散射作用的散射中心主要是聲子(晶格振動)在高溫下，聲子散射起主要作用；在低溫下電離雜質(zhì)中心散射起3、擴(kuò)散運(yùn)動和漂移運(yùn)動同時存在存在較大的濃度梯度，故對擴(kuò)散電流的貢獻(xiàn)主要是少數(shù)載流子。面附近的過渡區(qū)稱為PN結(jié)。同質(zhì)結(jié)：用同一種半導(dǎo)體材料制成的PN結(jié)；異質(zhì)結(jié)：由禁帶寬度不同的兩種半導(dǎo)體材料（如GaAl/GaAs、InGaAsP/InP等）制成的PN結(jié)。制造PN結(jié)的方法有合金法、擴(kuò)散法、離子注入法和外延生長法等。制造異質(zhì)結(jié)通常采用外延生長法。本征吸收：光子能量足夠大，價帶中的電子能激發(fā)到導(dǎo)帶。特點(diǎn)：產(chǎn)生電于-空穴對 本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體內(nèi)部，都有可能發(fā)生本征吸收!v之Eg/hv=c/λλ<hc/Eg=(μm)本征吸收的長波限1.24本征吸收的長波限λ0=hc/Eg=Eg本征吸收是強(qiáng)吸收，吸收系數(shù)為105/cm，實際吸收發(fā)生在10-6cm的薄層內(nèi)，受表面狀態(tài)的影響。非本征吸收：光子能量不足以使價帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶，包括雜質(zhì)吸收、自由載流子吸收、激子吸收、晶格。處于雜質(zhì)能級中的電子與空穴，電子吸收光子，會從雜質(zhì)能級引起雜質(zhì)吸收的光子的最小能量應(yīng)等于雜質(zhì)的電離能。雜質(zhì)電離能比禁帶寬度小，其長波吸收限為：λ=hc/ΔEd(ΔEa)2、自由載流子吸收在半導(dǎo)體材料的紅外吸收光譜中發(fā)現(xiàn)，在本征吸收限長波側(cè)還存①它可以擴(kuò)展到整個紅外波段和微波波段；②吸收系數(shù)大小與載流子濃度有關(guān)；電阻率越小，載流子濃度越高，吸收系數(shù)越大。3、激子吸收動的電子-空穴對，稱為激子。是固體電子系統(tǒng)中的一種激發(fā)態(tài)。瓦尼爾激子：又稱弱束縛激子，電子與空穴間的束縛比較弱，表現(xiàn)在束縛能小，電子與空穴之間的平均距離遠(yuǎn)大于原子間距；半導(dǎo)體材料中的激子屬于弱束縛激子。弗倫克爾激子：又稱緊束縛激子，電子和空穴之間的束縛比較強(qiáng)。離子晶體中的激子多屬于緊