半導體基礎(chǔ)知識簡介

半導體基礎(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。固體按導電能力可分為：導體、絕緣體和介于兩者之間的半導12歐姆?厘米——絕緣體：玻璃電阻率介于導體和絕緣體之間——半導體：硫化鎘①半導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：負溫度系數(shù)，半導體熱敏電阻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，可以得到相反導電類型的半導體，在硅中摻入硼，可得到P型半導體，摻入銻可得到N型半導體。P型摻雜或N型摻雜均是增加了半導體中的自由載流子，從而增強③半導體導電能力及性質(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電子繞核運動，具有完全確定的能級，這種穩(wěn)定的運動狀態(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帶。導體，絕緣體及半導體的能帶電子分布：1、本征半導體：完全純凈的，結(jié)構(gòu)完整的半導體。 共價鍵中的兩個電子，稱為價電子。本征半導體的導電機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)象即為半導體的本征激發(fā)。導電過程一個新的空穴，其結(jié)果相當于空穴的運動(相當于正電荷的移動)。在半導體中將出現(xiàn)兩部分電流：在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復合達到動態(tài)平衡，半導體中載(1)本征半導體中載流子數(shù)目極少,其導電性能很差；(2)溫度愈高(光照愈強)，載流子的數(shù)目愈多,半導體的導電性能2、摻雜半導體(雜質(zhì)半導體)在本征半導體中摻入微量的雜質(zhì)，形成雜質(zhì)半導體。 無論N型或P型半導體都是中性的，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。半導體的熱平衡狀態(tài)是相對的，有條件的。如果對半導體施加外界作用，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。導電機理：載流子的輸運過程載流子的基本運動形式：擴散運動和漂移運動，二者都是定向運動，分別與擴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動。雜質(zhì)分布均勻的半導體，只考慮非平衡載流子的擴散；對于雜質(zhì)分布不均勻的半導體，則要同時考慮平衡載流子和非平衡載流子擴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，除熱運動之外獲得的附加運動稱為載流子的漂移運動速度與外加電場強度成正比。①沿著電場的方向運動---定向運動；②是疊加在熱運動基礎(chǔ)之上的一種定向運動；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、擴散運動和漂移運動同時存在存在較大的濃度梯度，故對擴散電流的貢獻主要是少數(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)到導帶。特點：產(chǎn)生電于-空穴對 本征半導體和雜質(zhì)半導體內(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大于原子間距；半導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。離子晶體中的激子多屬于緊