吉大电子功能材料与半导体材料实验复习要点

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半导体复习提纲

第一章、第二章1.能带理论的基本假定是什么？①绝热近似：离子的波函数与电子的位置及状态无关。

多粒子问题→多电子问题。

②平均场近似：忽略电子和电子件的相互作用，用平均场代替电子与电子间的相互作用。

③周期场近似：单电子问题→单电子在周期场中运动的问题。

2.用能带理论解释绝缘体半导体和金属的导电性固体能够导电是固体中的电子在外场作用下做定向运动的结果.从能带理论看,是电子从一个能级跃迁到另一个能级上去。

对于满带（价带）,其中能级已被电子占满,在外电场的作用下满带中的电子并不形成电流,对导电没有贡献。

对于被电子部分占满的能带，在外电场的作用下，电子可以从外电场中吸收能量跃迁到未被电子占据的能级去，形成了电流，起导电作用，我们称之为导带。

金属：由于组成金属的原子中的价电子占据的能级是部分占满的，在外电场作用下，电子可以吸收能量跃迁到违背电子占据的能级，所以金属是良好的导体。

绝缘体和半导体类似，下面都是已被电子占满的满带（价带），中间是禁带，上面是空带（导带），所以在热力学零度时，在外电场的作用下并不导电。

当外界条件变化时，就有少量电子被激发到空带上去，使能带处于几乎为满或几乎为空的状态，在半导体中，价带顶产生的空的量子状态也称为空穴，相当于正电荷的导电作用，电子和空穴在外场作用下就会参与导电。

而绝缘体只是禁带宽度太大，激发电子需要很大的能量，在通常温度下，激发上去的电子很小，导电性差。

3.解释直接带隙和间接带隙半导体直接带隙：导带最底边和价带最顶边处于K空间的相同点的半导体，跃迁只吸收能量。

性质：跃迁时电子波矢不变，动量守恒，直接复合（不需声子接受或提供能量），载流子寿命短，发光效率高。

间接带隙：导带边和价带边处于K空间不同点，形成半满带不止吸收能量还要改变动量。

性质：大几率将能量释放给晶格转化为声子，变成热能释放掉。

4.什么是施主杂质，受主杂质？施主杂质：V族杂质在硅、锗中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心，称他们为施主杂质会n型杂质；受主杂质：III族杂质在硅、锗中电离时，能够接受电子而产生导电空穴并形成负电中心，称他们为受主杂质会p型杂质。

吉林大学-半导体材料-课件-第二章

有效分凝系数
Keff
=
固相杂质浓度 CS 熔体内部杂质浓度CL0
Keff=CS/CL0
当界面不移动或移动速度 f 趋于零时:
CL0→CL，则Keff →K0
当结晶过程有一定速度时:
Keff≠K0, CS = Keff CL0
吉林大学电子科学与工程学院半导体材料
2-1-3 BPS公式（伯顿-普里-斯利奇特公式）
CL(0)
K0<1
杂
质
CL0
富
CS
集
层
x=0
x=δ
固液界面
界面附近K0<1的杂质分布
CS<CL0<CL(0)
CS
CL0 CL(0)
K0>1
杂质贫乏层
x=0
x=δ
固液界面
界面附近K0>1的杂质分布
CL(0)<CL0<CS
吉林大学电子科学与工程学院半导体材料
2-1-2 有效分凝系数
有效分凝系数：为了描述界面处薄层中杂质浓度偏离对固相中杂质浓度的影响而定义的量
吉林大学电子科学与工程学院半导体材料
区熔技术的提出
1957年，中科院物理所半导体室(现中科院半导体所)获得了纯度为7个“9”的高纯锗。采用金属锗铸锭进行区域熔炼提纯工艺制得。
1957年下半年，中科院物理所半导体室在林兰英的指导下，以区熔提纯制备高纯锗为原料研制出籽晶，拉制出完整的锗单晶。
再凝固熔化区
固体
加热环区域熔炼(示意图)
•半导体工业对原料纯度的要求达到8个“9” (99.999999)以上一般化学提纯方法无法满足此要求。
•区熔提纯-1952年蒲凡(W.G.Pfann)提出的一种物理提纯方法

电子功能材料知识点总结

电子功能材料知识点总结一、电子功能材料的分类1. 金属材料：金属材料具有良好的导电性和导热性，通常用于制造电子器件的导线、电极、散热器等部件。

典型的金属材料包括铜、铝、铁、钴、镍等。

2. 半导体材料：半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的电导性能，广泛应用于电子器件中。

常见的半导体材料包括硅、锗、氮化镓、碳化硅等。

3. 绝缘体材料：绝缘体材料具有很高的电阻和介电常数，通常用于电子器件的绝缘层和封装材料。

常见的绝缘体材料包括玻璃、陶瓷、塑料等。

4. 导电聚合物材料：导电聚合物材料具有良好的导电性能和可塑性，可用于制造柔性电子器件和导电涂料。

典型的导电聚合物材料包括聚苯胺、聚噻吩、聚对苯二酮等。

5. 光电功能材料：光电功能材料能够将光能转换为电能或者将电能转换为光能，常用于光电器件和太阳能电池。

典型的光电功能材料包括硅、铟镓砷化物、有机光电材料等。

6. 磁电功能材料：磁电功能材料可以实现磁场与电场的相互转换，常用于传感器和电子存储器件。

典型的磁电功能材料包括铁电材料、铁磁材料、多铁材料等。

7. 储能功能材料：储能功能材料能够存储电能并具有可持续释放的特性，常用于储能器件和超级电容器。

典型的储能功能材料包括电解质、导电聚合物、石墨烯等。

二、电子功能材料的功能1. 电导率：电子功能材料具有不同的电导率，可用于制造导线、电极、晶体管等电子器件。

2. 磁性：电子功能材料具有不同的磁性，可用于制造磁记录器、传感器、电磁铁等磁性器件。

3. 光学：电子功能材料具有不同的光学性能，可用于制造光电器件、激光器件、光纤通信器件等。

4. 导热：电子功能材料具有不同的导热性能，可用于制造散热器、导热材料、热敏器件等导热器件。

5. 储能：电子功能材料具有不同的储能性能，可用于制造超级电容器、锂电池、太阳能电池等储能器件。

6. 传感：电子功能材料具有不同的传感性能，可用于制造温度传感器、压力传感器、湿度传感器等传感器。

三、电子功能材料的应用1. 电子器件：电子功能材料可用于制造电阻器、电容器、电感器、晶体管、集成电路等电子器件。

半导体器件物理复习指导纲要.doc

（3-26）
4•导出NPN缓变基区晶体管：
1）基区的缓变杂质分布引入的自建电场:
2）基区内电子分布（3-55）：
3）电流（3-56）：
4）基区输运因子（3-59）：
解:1•教材P112-113推导
2•学习指导
5.利用和Z间的关系证明：o
证明：
比较，有：
06.根据基区电荷控制方程导出：（3-98）。
解：详见学习指导
%1.《半导体器件物理学习指导》孟庆巨编吉林大学国家精品课程网站一半导体器件物理
四•学生作业
五…历年期末试题
六.历年吉林大学微电了学与固体电了学专业攻读硕士学位研究生入学试题及复试试题
第二章PN结
一.基本概念与问题解释(37个)
PN结同质结异质结O同型结O异型结O高低结金属-半导体结突变结线性缓变结单边突变结空间电荷区中性区耗尽区耗尽近似势垒区少子扩散区扩散近似正向注入反向抽取正偏复合电流反偏产牛电流隧道电流产纶隧道电流的条件隧道二极管的主要特点过渡电容(耗尽层电容)扩散电容等效电路反向瞬变电荷贮存贮存电荷隧道击穿雪崩击穿临界电场雪崩倍增因子雪崩击穿判据
※乞导出基区穿通电压
解：见学习指导
三重要图、表（8个）
1.画出图3.6并根据图3-6说明BJT的放大作用。
解:教材P98-99
2.画出BJT电流分量示意图3.7,写出各极电流及极电流之间关系公式。（3T）~ （3-4）。
解：教材P100
3.解释图3.13中的电流增益随集电极电流的变化。
解答：1•学习指导
2.学生作业
2-19（补）解答:学生作业。
五更高能力考察问题（3个）
1.利用少子分布示意图2-22定性解释PN结反向瞬变现象。

半导体材料吉大讲义绪论

超晶格的出现是半导体材料发展的里程碑，它推动着量子阱激光器、高速二维电子器件和光集成器件的发展，为器件制作从“杂质工程”走向“能带工程” 开拓了广阔的道路。
6
20世纪90年代初获得了高质量P型GaN外延薄层材料。制作了高亮度蓝色发光二极管并迅速产业化，为实现全彩显示奠定了基础，开辟了半导体在显示领域应用的新天地。蓝色激光器达到了实用化的水平，GaN及其多元化合物还是半导体照明的首选材料。根据材料的重要性和开发成功的先后，分别称Si为第一代，GaAs为第二代，GaN为第三代半导体材料。
Si Ge B C 灰-Sn P 灰-As 灰-Sb S Se Te I
熔点 (℃ )
1412 958 2300 4027 230 44 817 431 119 217 450 113
禁带宽度 Eg(eV)
1.119 0.6643
1.6 5.4 0.08 2 1.2 0.1 0.24 1.8 0.3 1.3
13
连续单管激光器类
阵激光器类
光电二极管
高速光电探测器大面积InGaAs光电二极管高功率脉冲激光二极管
LED
IC
14
以Si材料为例，半导体器件对材料的要求，归纳起来有三方面：
1. 器件对掺杂量的要求； 2. 器件对半导体单晶材料晶体完整性的要
求； 3. 对单晶材料均匀性和大尺寸方面的要求。
半导体
无机
结晶型无定型
元素
（处于IIIA和VIIA的金属与非金属交界处，如：Si、Ge、Se、Te、Sn ）
化合物（统计可能有四千多种，研究出的有一
千多种）
元素 a-Si，a-Ge
化合物 a-GaAs，a-SiC 有机分子晶体、高分子聚合物。如蒽、聚乙炔等

半导体物理知识点及重点习题总结

半导体物理知识点及重点习题总结半导体物理是现代电子学中的重要领域，涉及到半导体材料的电学、热学和光学等性质，以及半导体器件的工作原理和应用。

本文将对半导体物理的一些重要知识点进行总结，并附带相应的重点习题，以帮助读者更好地理解和掌握相关知识。

一、半导体材料的基本性质1. 半导体材料的能带结构半导体材料的能带结构决定了其电学性质。

一般而言，半导体材料具有禁带宽度，可以分为导带（能量较高）和价带（能量较低）。

能量在禁带内的电子处于被限制的状态，称为束缚态，能量在导带中的电子可以自由移动，称为自由态。

2. 掺杂和杂质掺杂是将少量的杂质原子引入纯净的半导体材料中，以改变其导电性质。

掺入价带原子的称为施主杂质，掺入导带原子的称为受主杂质。

施主杂质会增加导电子数，受主杂质会增加载流子数。

3. P型和N型半导体掺入施主杂质的半导体为P型半导体，施主杂质的电子可轻易地跳出束缚态进入导带，形成载流子。

掺入受主杂质的半导体为N型半导体，受主杂质的空穴可轻易地跳出束缚态进入价带，形成载流子。

二、PN结和二极管1. PN结的形成和特性PN结是P型和N型半导体的结合部分，形成的原因是P型半导体中的空穴与N型半导体中的电子发生复合。

PN结具有整流作用，使得电流在正向偏置时能够通过，而在反向偏置时被阻止。

2. 二极管的工作原理二极管是基于PN结的器件，正向偏置时，在PN结处形成正电压，使得电子流能够通过。

反向偏置时，PN结处形成反电压，使得电流无法通过。

3. 二极管的应用二极管广泛用于整流电路、电压稳压器、振荡器和开关等领域。

三、晶体管和放大器1. 晶体管的结构和工作原理晶体管是一种三端器件，由三个掺杂不同的半导体构成。

其中，NPN型晶体管由N型掺杂的基区夹在两个P型掺杂的发射极和集电极之间构成。

PNP型晶体管的结构与之类似。

晶体管的工作原理基于控制发射极和集电极之间电流的能力。

2. 放大器和放大倍数晶体管可以作为放大器来放大电信号。

半导体器件物理复习指导纲要

半导体器件物理复习指导纲要半导体器件物理复习指导纲要说明：1.《半导体器件物理复习指导纲要》（以下简称《纲要》）是为吉林大学电子科学与工程学院本科生准备《半导体器件物理》课程的学期末考试所提供的参考资料。

2.《纲要》也可作为吉林大学微电子学与固体电子学专业攻读硕士学位研究生入学考试参考资料。

作为研究生入学考试将出现百分之五～百分之十的更高能力考察题，这些题可能出现也可能没有出现在《纲要》中。

3. 本科生的学期末考试将不考察《纲要》中所出现的"更高能力考察题" （※题）。

4.试题可能在《纲要》原题基础上略加变化。

5.○题-自《纲要》发布起两年内两年（含当年）不考试。

6.为适应不断深入的教学改革的需要，《纲要》的内容可能每年有所变化。

变化将在国家精品课程《半导体器件物理与实验》网站《论坛》中通知。

7. 《纲要》仅为参考资料，错误之处请谅解并欢迎指正。

复习内容一．基本概念与问题解释二．主要理论推导与命题证明三．主要图、表四．重要习题解答五．更高能力考察问题（包括※题）参考资料一. 孟庆巨刘海波孟庆辉著《半导体器件物理》科学出版社2005.1第一次印刷～2007.3第三次印刷二．学生课堂笔记三.《半导体器件物理学习指导》孟庆巨编吉林大学国家精品课程网站－半导体器件物理四.学生作业五..历年期末试题六．历年吉林大学微电子学与固体电子学专业攻读硕士学位研究生入学试题及复试试题第二章PN结一．基本概念与问题解释（37个）PN结同质结异质结○同型结○异型结○高低结金属-半导体结突变结线性缓变结单边突变结空间电荷区中性区耗尽区耗尽近似势垒区少子扩散区扩散近似正向注入反向抽取正偏复合电流反偏产生电流隧道电流产生隧道电流的条件隧道二极管的主要特点过渡电容(耗尽层电容) 扩散电容等效电路反向瞬变电荷贮存贮存电荷隧道击穿雪崩击穿临界电场雪崩倍增因子雪崩击穿判据利用热平衡费米能级恒定的观点分析PN结空间电荷区的形成。

电子技术知识点用半导体器件复习要点

第1章：常用半导体器件-复习要点基本概念: 了解半导体基本知识和PN结的形成及其单向导电性；掌握二极管的伏安特性以及单向导电性特点，理解二极管的主要参数及意义，掌握二极管电路符号;理解硅稳压管的结构和主要参数, 掌握稳压管的电路符号；了解三极管的基本结构和电流放大作用, 理解三极管的特性曲线及工作在放大区、饱和区和截止区特点, 理解三极管的主要参数，掌握NPN型和PNP型三极管的电路符号。

分析依据和方法: 二极管承受正向电压（正偏）二极管导通，承受反向电压（反偏）二极管截止。

稳压管在限流电阻作用下承受反向击穿电流时，稳压管两端电压稳定不变（施加反向电压大于稳定电压，否者，稳压管反向截止）；若稳压管承受正向电压，稳压管导通（与二极管相同）。

理想二极管和理想稳压管：作理想化处理即正向导通电压为零，反向截止电阻无穷大。

三极管工作在放大区: 发射结承受正偏电压; 集电结承受反偏电压;三极管工作在饱和区: 发射结承受正偏电压; 集电结承受正偏电压;三极管工作在截止区: 发射结承受反偏电压; 集电结承受反偏电压;难点：含二极管和稳压管电路分析，三极管三种工作状态判断以及三极管类型、极性和材料的判断。

常用填空题类型:1 •本征半导体中价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子，留下一个空位称为空穴, 它们分别带负电和正电，称为载流子。

2. 在本征半导体中掺微量的五价元素，就称为 N 型半导体，其多数载流子是自由电子，少数载流子是空穴，它主要依靠多数载流子导电。

3. 在本征半导体中掺微量的三价元素，就称为P 型半导体，其多数载流子是5穴，少数载流子是自由电子，它主要依靠多数载流子导电。

4. PN 结加正向电压时，有较大的电流通过,其电阻较小，加反向电压时处于截止状态，这就是PN 结的单向导电性。

5. 在半导体二极管中，与P 区相连的电极称为正极或阳极，与N 区相连的电极称为负极或阴极。

9.三极管IB 、IC 、IE 之间的关系式是(E = IB + IC ), IC/IB 的比值叫直流电流放大系数，△ IC/AIB 的比值叫交流电流放大系数。

吉林大学电子科学与工程学院半导体材料

固态无限互溶
Cu-Ni、Au-Ag、Ge-Si
固态互相不溶解
Au-Si
溶解度有限固溶体
Sn-Pb、Au-Ni、Al-Si
固态形成化合物
吉林大学Ⅲ电-Ⅴ子科材学料与工程学院半导体材料
形成连续固溶体的二元相图
吉林大学电子科学与工程学院半导体材料
形成连续固溶体的二元相图
吉林大学电子科学与工程学院半导体材料
几个基本概念
5. Gibbs相律：描述平衡体系中独立组元
数，相数和自由度数之间的关系。任何相
图都必须遵从相律。
F=0，无变量系统
F=C-P+2
F=1，单变量系统
¾ F是自由度数；
F=2，双变量系统
¾ C是组成材料系统的独立组元数；
¾ P是平衡相的数目。
相律可以用来确定系统处于平衡时可能存在的最多平衡相的数目，也可以用来判断测绘的相图是否正确。
例如 CaCO3加热分解：CaCO3 ⇔ CaO + CO2 独立组元数=3-1=2
吉林大学电子科学与工程学院半导体材料
• 凝聚态系统
凡是能够忽略气相影响，只考虑液相和固相的系统。忽略压力影响，只有温度，组分浓度变量
F = C−P +1
吉林大学电子科学与工程学院半导体材料
相图
一、相与相平衡二、单元系相图三、二元系相图
特征：
空气、盐水等
① 一个相中可以包含几种物质，即几种物质可以形成一个相；
② 一种物质可以有几个相；水有固相、液相和气相
③ 固体机械混合物中有几种物质就有几个相；糖+砂 ④ 一个相可以连续成一个整体，也可以不连续。

吉大电子学院半导体器件平面工艺实验期末复习

氧化：1.生长SiO2薄膜：【作用】1掩蔽杂质扩散；2对器件绝缘保护2.干氧氧化原理：Si+O2=SiO2氧化特点：氧化速率慢，SiO2氧化层致密，质量好3.湿氧氧化原理：Si+O2=SiO2 Si+2H2O=SiO2+2H2↑氧化特点：氧化速率较快，SiO2氧化层疏松，质量差4.清洗硅片步骤五个：①甲苯：除油污②乙醇：除甲苯③去离子水冲洗：除有机溶剂④浓硫酸煮：去金属离子（冒白烟）⑤冷热去离子水交替冲洗/去离子水质量标准：测量水的电阻率5.硅片颜色变化：【氧化前】亮灰【氧化后】蓝（薄）、紫红（厚）扩散：1. 实验步骤五个①烧源：【方程】2BN+3O2=2B2O3+N2②扩散片清洗：浓硫酸煮，去1光刻胶2杂质③氮化硼的活化及试片：1150度通氧30分④硼预沉积：【目的】控制杂质总量【条件】杂质表面浓度不变【方程】2B2O3+3Si=3SiO2+4B⑤硼再分布：【目的】控制硅片1表面浓度2扩散结深【条件】杂质总量不变/限定源2.方块电阻:反映扩散层质量的重要指标3.方块电阻的变化：反映硅片便面杂质浓度的变化情况（每次扩散后都要测）4.所谓方块电阻：表面为正方形的半导体薄层、在电流方向平行于正方形的边时所呈V)现的电阻，表示为：R□(R□=CI5.采用四探针测试法：排成直线彼此相距S四根钨丝构成、测量时针尖压在硅片表面，外面两个探针接通电流，测量中间两个探针间电压6.氮化硼扩散原理是什么？扩散目的是什么？①原理：物质分子或原子的热运动，物质分子或原子有高浓度向低浓度扩散，扩散速度有温度决定②目的：通过扩散将杂志引入半导体中，在半导体的特定区域形成具有某种导电类型的PN结7.扩散前为什么要活化源？①烧源反应：2BN+3O2=2B2O3+N2反应条件：高温+生成物过量= 可逆②预沉积：2B2O3+3Si=3SiO2+4B反应条件：高温+N2过量③B2O3与Si反应同时，B2O3被N2还原成BN④所以扩散前需要进行活化源8.测试方块电阻为什么要使用测试样片？①扩散片表面被SiO2分成许多小扩散窗口，不利于四探针法测量②SiO2绝缘，影响方块电阻的测量③测试样片与样品进行同一处理，扩散结深与表面杂志浓度均一致，则方块电阻相同④所以通过测量测试样片的方块电阻来测量样品的方块电阻9.双步扩散有哪些优点？①双步扩散就是预沉积和再分布②通过控制预沉积时间可以控制掺入杂质总量③通过控制在分布时间可以控制结深④双步扩散既可以控制掺入的杂质总量又可以控制扩散结深10.为什么再分布可以调整方块电阻？通过解扩散方程可知，随着扩散时间的增加①一方面，硅片杂质的扩散结深在不断增加，②另一方面，硅片的表面杂志浓度在不断减小，方块电阻不断增加③所以可以通过调节炉温和再分布的时间来调节方块电阻光刻：1.光刻一：【目的】刻扩散窗口，为扩散做准备2.光刻二：【目的】刻引线孔，为蒸发做准备3.光刻三：【目的】反刻铝电极，为性能测试做准备4.三次光刻不同：①掩膜版不同②腐蚀方法不同:1，2用氢氟酸缓冲液，水浴30-40分3用浓磷酸，水浴100度5.光刻步骤：①涂胶②前烘：红外灯③曝光④显影：除为感光部分光刻胶⑤坚膜⑥腐蚀：【二氧化硅】氢氟酸（HF）缓冲（氟化铵）剂（去离子水）【腐蚀速度】1000Å/分（紫红色二氧化硅厚度4500Å、时间4分半）【铝】浓磷酸5. 光刻流程图:蒸发：1.注意事项：①气压降到10Pa 以下，启动分子泵②气压降到1Pa 以下，启动电离型真空计2. 分子泵：2万-3万转/分机械泵：分子泵前级泵扩散泵：【气压】钟罩内：5*10-3Pa以下钟罩和系统间：降到10-2托，启动扩散泵【预热】40分【钨丝电流】60A3. 铝：①保存：无水乙醇②真空运动状态：直线运动③清洁：V型，浓磷酸加热煮1-2分，去离子水冲洗④镀铝时间：40-60s5.问答题①为什么要达到一定真空度才可以镀铝？答：普通大气中存在很多气体分子，高温蒸发出的金属原子或分子将不断与这些气体发生碰撞，这样会：1 改变金属原子或分子的运动方向，不能顺利到达基片表面2 空气中的氧极易使蒸汽原子氧化3 系统中气体也将跟基片表面不断碰撞，和金属原子一起沉积，形成疏松的金属膜，并使炙热的金属氧化膜氧化，影响镀膜质量。

吉林省考研电子科学与技术复习资料半导体物理与器件原理

吉林省考研电子科学与技术复习资料半导体物理与器件原理吉林省考研电子科学与技术复习资料——半导体物理与器件原理半导体材料是电子器件中最重要的材料之一，它在当代电子科学与技术中占据着举足轻重的地位。

掌握半导体物理与器件原理是考研电子科学与技术专业的必备知识，本文将为吉林省考研电子科学与技术考生提供一些复习资料。

一、半导体材料的基本特性半导体材料是一种具有介于导体和绝缘体之间电导率的材料，其电导率与温度密切相关。

在室温下，半导体的电导率相对较低，但随着温度的升高，电导率会显著增加。

与金属导体相比，半导体材料的电子迁移率较低，因此在半导体中电流的传输主要是通过载流子的扩散和漂移实现的。

二、半导体材料的能带结构半导体材料的能带结构对于其电子传导特性具有重要影响。

能带结构有价带和导带两个部分，中间隔着禁带。

当半导体处于室温时，导带中没有自由电子，而价带中充满了价电子。

当外界施加电场或其他激励作用时，部分价电子会跃迁至导带形成自由电子和空穴对。

自由电子和空穴是半导体中重要的载流子，对电流的传导起到关键作用。

三、半导体器件的基本原理1. PN结PN结是半导体器件中最基本也是最常见的结构。

它由P型半导体和N型半导体组成，在P型区和N型区的结界面形成一个电势垒。

当PN结两端施加外加电压时，电势垒会发生变化，使得电子和空穴在结区域发生扩散和漂移。

这种物理效应被广泛应用于二极管、光电二极管等半导体器件中。

2. 势垒二极管势垒二极管是应用PN结原理制成的一种重要器件。

它具有单向导电性，正向偏置下电流通过，反向偏置下电流截止。

这种特性使得势垒二极管被广泛应用于电源稳压、信号检波等电路中。

3. 晶体管晶体管是一种利用PN结的电子输运特性来放大和开关电信号的器件。

它由三个PN结组成，分为NPN型和PNP型两种。

晶体管具有放大倍数高、体积小、功耗低等优点，广泛应用于电子电路中，如放大器、振荡器等。

四、常见的半导体器件1. 二极管二极管是最简单的半导体器件之一，具有单向导电性。

吉林大学半导体课件第八章(精)

第八章发光管与半导体激光器
一．名词、概念、术语与问题

LEDs and Lasers 辐射复合：在复合过程中电子多余的能量可以以辐射的形式（发射光子）释放出来，这种复合称为辐射复合，它是光吸收的逆过程。非辐射复合：在复合过程中电子的多余能量可以以其它形式释放出来，而不发射光子，这种复合称为非辐射复合。带间辐射复合：带间辐射复合是导带中的电子直接跃迁到价带与价带中的空穴复合。发射的光子的能量接近等于半导体材料的禁带宽度。带间辐射复合是本征吸收的逆过程。由于半导体材料能带结构的不同，带间复合又可以分为直接辐射复合和间接辐射复合两种。

电致发光；当正向偏压加于P-N结（或异质结）的两端时，载流子注入穿越P-N结（或异质结），使得载流子浓度超过热平衡值，形成过量载流子。过量载流子复合，能量可能以光（光子）的形式释放。在光子发射过程中，我们从偏压的电能量得到光能量。这种现象称为电致发光。注射效率 :可以产生辐射复合的二极管电流 I n 在二极管的总电流 I 中所占的百分比。辐射效率:发生辐射复合的电子数与注入的总电子数之比。

0
EF
PN V
Ec
Ev
h
q n
0 VF
V
Ec
Ev
q p h
（a）
（b）
图8-10P-N的电致发光结：（a）零偏压，（b）正向偏压

等电子陷阱能够有效地提高GaP的发光效率的物理原理是什么？等电子陷阱能够有效地提高GaP的发光效率的实际意义在于缓和间接能隙跃迁的选择定则。GaP材料是间接带隙半导体，带间电子跃迁几率是很小，不能实现有效的发光。当氮原子进入GaP取代磷原子形成等电子陷阱时，等电子杂质对电子的束缚是短程力，因此，被束缚的电子定域在杂质原子附近很窄的范围内。电子的波函数在位形空间中的定域是很确定的。根据海森堡测不准关系，电子波函数在动量空间中会扩展到很宽的范围，因而被束缚在等电子陷阱的电子在 k 空间中从到的几率改变，

吉林大学-半导体材料-课件-第五章5.6

在衬底表面被覆盖之后，这些腐蚀反应还会在衬底背面发生，造成Al、O等沾污。
衬底表面被腐蚀，会增加外延层中的缺陷，甚至局部长成多晶。
SiCl4对衬底的腐蚀大于SiH4，SOS外延生长采用 SiH4热分解法更为有利。
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为了解决生长和腐蚀的矛盾，可采用双速率生长和两步外延等外延生长方法。
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SOI材料制造技术分类
如何实现SOI?
熔融再结晶束致再结晶---激光或电子束
多晶/非晶（ZMR）区熔再结晶---石墨条加热
单晶化固相外延
或卤素灯
（SPE）
单晶衬底的隔离
氧离子注入形成SiO2埋层（SIMOX）多孔硅氧化隔离法（FIPOS）
硅片键合背面腐蚀法（BESOI）
体硅的问题：
超大规模集成电路取得快速发展的动力主要源于不断减小的器件尺寸和不断增加的芯片面积，当特征尺寸减小到 100nm以下时会出现以下一系列问题：
器件尺寸减小，导致热载流子效应，工作电源电压必须降低。为了保证电路性能，阈值电压应随之降低，导致关态漏电流的迅速增加。
体硅中的寄生可控硅闩锁效应。
智能剥离技术（Smart-cut）
硅单晶薄膜选择外延横向生长法（ELO）的沉积异质外延法（SOS,SOZ等）
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5-6 硅的异质外延
5-6-1 SOS技术 5-6-2 SOI技术
5-6-3 SiGe/Si
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1．异质外延衬底材料的选择首先要考虑的是外延层与衬底材料之间的相容性如晶体结构、熔点、蒸气压、热膨胀系数等

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【为什么需要上下移动动镜】
需要时两束光的光程差为半波长的整数倍，一束为反射光，一束为反射透射光。P16 图
【为什么差谱系数小于 1（0.99）】样本厚度 0.187，参比样本厚度 0.188，比值小于 1
【光谱差减法】样本文件减去参比文件的方法。硅自身振动原子引起晶格吸收，与碳氧吸收
峰会产生重叠，需减去。
【操作步骤】
1. 本底扫描：Measure -- BKG （View）
2. 样品扫描：Measure -- Sample
3. 参比样品扫描: Measure -- Sample（00-1）
4. 差谱:
a. Manipulation 2-- dataset (第一个)--
b. 选择样品--右键 set as --Souse
1. 单色 X 射线衍射法晶体定向
【原理】：如果用一固定波长的 X 射线(单色光)入射到一块晶体上，使其在某晶面上发生衍射，则该位置（θ角）满足布拉格方程：2 d sinθ = n λ，根据位置确定晶体取向。 1. θ1 = θ - δ + α
θ2 = θ - δ - α 2. Θ1，θ2 为测量的角，θ为 14°12´ 3. 内部晶面与外表面偏角 : α = （ θ1 - θ2 ）/ 2 4. 基准平面与 0 位偏差：δ = （ θ1 + θ2 ）/ 2- θ
硅氧键的吸收峰产生重叠，需要将晶格振动形成的吸收峰减去，所以需要参比样品。
5. SiO2 薄膜溶胶凝胶制备
【原理】：易水解金属化合物在某种溶剂中与水反应，经水解缩聚逐渐胶化，再干燥烧结制材料
【溶胶】液体介质中固体颗粒分散体【凝胶】含有液相成分和内部网状结构的固体，液相和固相高度分散，颗粒与溶剂间强相互作用，至少有一部分溶剂被结合【溶胶凝胶工艺分类】
【步骤操作】 1 称量 3.5g a. 打开开关，折纸放入 b. 按 Tare 清零 c. 药品称量 2 溶解+50ml 水+少许盐酸
配制氨水,1:4（25ml） 3 将氨水装入分液漏斗 4 搅拌子放入烧杯，打开搅拌 5 称量，轻的加去离子水 6 离心分离，结束后将溶液倒掉
加去离子水，摇晃清洗 7 离心分离
铬酸腐蚀去离子水清洗红外灯烘干【层错】三角形【位错】黑色坑【位错腐蚀机理】铬酸腐蚀硅外延片，发生化学反应，使晶体中原子失去周期性排列，破坏晶格完整性
3. 暗室技术
【步骤】： 1. 显影：【4 分】 18-20℃ 感光部溴化银遇显影液（对苯二酚）被还原为 Ag,颜色黑 2. 停显：【30 秒】醋酸 1 防显影过度 2 中和显影液碱性，保持定影液酸性 3. 定影：【15 分】16-24℃ 硫代硫酸钠溶解感光溴化银中未分解部分 4. 水冲：【50-60 分】流水冲洗【影响因素】 1. 显影：显影液 PH 2. 定影: 定影剂加速剂（氯化铵）中和剂（醋酸）保护剂（亚硫酸钠）坚膜剂（甲醛） 3. 时间，温度，搅拌情况【显影机理】
显示为实际加热温度 2. 搅拌子放入烧杯中间，烧杯放入铁盘中间 3. 打开转速开关，调整转子在烧杯中间高温注意事项： 1. 加热棒位置，加热棒放在外边，与铁盘接触，此时温度显示为实际加热温度 2. 搅拌子在烧杯中间，均匀搅拌 3. 转速不要过大，防止飞溅【匀胶机用法】 1. 打开电源，按吸片（一定要吸住，不然会飞片） 2. 打开转速 3. 低速时滴加 4. 盖上盖【实验步骤】 1. 衬底清洗，甲丙乙水超 2. 溶液配制，1 TEOS (26.75ml), 无水乙醇（47.66ml） 2 水（23.5ml）HCl（0.3ml） 3. 溶胶形成, 密封搅拌 50℃，1h 4. 薄膜涂覆, 匀胶机【移液管的使用】
跃迁，若频率不同，则不吸收。
3. 用连续变化频率的红外光照射试样，根据该试样对不同频率红外光吸收与否，使通
过的红外光在一些波长范围内较弱，另一些范围内较强，形成红外吸收光谱，根据光谱
吸收峰位置、形状推断未知结构
【实验原理】
硅中氧主要是填隙氧原子，硅中碳主要是替代式碳原子，硅氧键和硅碳键拉伸振动，在
红外光通过硅样品时，在振动频率附近会形成氧和碳的吸收
【影响颗粒大小因素】 1 材料种类 2 溶液浓度 3 搅拌转度 4 氨水的滴速 5 溶液 PH，加盐酸后 6 烧结温度
【配制溶液】 1.量筒的使用，读数规范，倒药品规范 2.瓶盖摆放 3.称完要混合搅拌，晃一晃，或者玻璃棒搅拌【离心机】
2. 半导体气敏材料元件制作
【气敏元件】气体被元件半导体表面吸附使电导率变化，电导率的变化随气体成分，种类，浓度不同而异，并与工作温度有关，这样的元件，为气敏元件【流程】称量，研磨，浆料，涂布，烘干，烧结，焊接，封装，测试，老化，复测，成品【如何降低阻值和调节灵敏度？】1.ZnO：Sb2O3;MgO=100mg:1mg:1mg
1. 以金属盐溶液为原料的水基工艺， 2. 以金属醇盐为原料的醇基工艺【影响 TEOS 水解聚合因素】 1. 催化剂 2. 水和 TEOS 浓度比 3. 反应温度 4. 密封情况 5. 溶剂的选择【影响膜质量/粘度因素】TEOS 正硅酸乙酯 1. 水与 TOES 摩尔比。比值越大，反应速度越快，粘度越大 2. 相同水量下，溶液浓度。浓度越大，粘度越大 3. 溶液 PH 值。低 PH 下，催化能力好，反映加剧，粘度上升快，酸度过高，易裂开 4. 反应温度。提高陈化温度，反应快，粘度上升快【清洗衬底片】 1 甲苯 2 丙酮 3 乙醇 4 去离子水，每次都是超声清洗【磁力搅拌器用法】 1. 加热棒放在外边，与铁盘接触，此时温度
1 调所取量，旋钮在顶端 2 注意吸取和放液方法 3 不可倒放！
1. SnO2（氧化锡）气敏材料制备
【原理】：共沉淀法金属盐类水溶液中，适当控制反应条件，使沉淀剂与金属离子反应生成氧化物或难溶化合物，使溶质转为沉淀，经分离，干燥或热分解（氧化物）得到纳米颗粒。【实验原理】方程式很重要！要写沉淀符号！！
感光部溴化银遇显影液（对苯二酚）被还原为 Ag,颜色黑，未感光部分 Ag 不易被还原
【停显机理】使用药品停止显影，一是防止显影过度，二是中和显影液碱性，保持定影液酸性
【定影操作】胶片放置在定影液中，用手指肚轻轻反复擦洗胶卷内侧，再擦洗外侧
4. 傅里叶变换红外光谱法测量硅单晶碳氧含量
【红外吸收光谱产生原理】:
2. 调电流 3. 元件放入气瓶中，示数稳定读取【影响气敏元件灵敏度因素】 1. 元件的基本材料 2. 掺入的杂质种类数量 3. 测试工作温度 4. 测试气体浓度 5. 测试气体种类【影响响应恢复因素】气体浓度，气体种类，加热电流，元件材料【如何减小测量误差】 1. 配制气体时要清洗气瓶 2. 测量时，快速将元件放入气瓶，不要碰壁
寻找范围：12--16 8. 旋转 180°，重复上步操作注意：取片时，要关闭挡板，放好时，要打开挡板！！！【仪器】
2. 晶体缺陷观察
【原理：铬酸法腐蚀
4CrO3 + 3Si = 3SiO2 + 2Cr2O3 SiO2 + 6HF = H2(SiF6) + 2H2O
【配方】 1. 标准液：CrO3 50g ，去离子水 100ml 2. 标准液：HF（40％） = 1 ：1 较快【腐蚀】 a. 位错：15 分 15-20℃ b. 层错：硅外延片乙醇去油污，防止腐蚀不均匀
c. 选择 001--右键--set sa --Reference
d. Caculate -- OK--
5. Manipulation 1--Peaktable （倒数第二个）
6. Caculate -- ok
【为什么要用参比样本？】
硅中除化学键吸收红外光, Si 本身的晶格振动也存在吸收，会形成吸收峰，与硅碳键，
1. 水解生生白色沉淀氢氧化氧锡： SnCl4·5H2O + H2O = SnO(OH)2 + 4HCl
2. 酸性条件加热沉淀变 Sn4+，遇氨水生白色沉淀： SnCl4·5H2O + 4NH3H2O = Sn(OH)4 + 4NH4Cl
3. 沉淀加热分解： Sn(OH)4 = SnO2 + 2H2O
【氧】1025、1107 最强、517cm-1 ppm = 22.2 * A/d （A：峰高/光强，d:硅片厚度）
【碳】605
ppm = 5.07 * A/d
【会在光谱图中找到碳氧吸收峰】
【光谱图横纵坐标】横：波长倒数，纵：吸收光强
【为什么要用傅里叶变换？什么事傅里叶变换】
接收器接受的是干涉图样，需要进行傅里叶转换为透过率和吸光度。
【步骤】： 1. 打开电源，定向仪低压预热 10 分，打开高压 2. 调整 mA（2mA 以下），控制 X 射线管电流 3. 调整计数器置于 28°24´（衍射入射角 14°12´），拧紧固定 4. 调整准动手轮 15°（转盘），按‘复位’（红色按钮） 5. 将硅片放在样品台上（十字对准），打开吸泵开关 6. 打开挡板，红色开，绿色关 7. 转动手轮（右侧）使μA 率表（右下角）偏转最大，记录显示角度（右下数字）
【灵敏度公式】S=R0/Rg R0 元件在空气中阻值 Rg 元件在 1000ppm 待测气体稳定值
【响应时间】：放入气瓶到降低与稳定值差的 90％的时间【恢复时间】：离开气瓶到恢复与稳定值差的 90％的时间【操作】1ppm 为百万分之一，会配置气体！
1. 配制气体抽空气体吸住，放进空气再抽出，注射气体
1. 红外吸收光谱是由分子振动能级（沿化学键）的跃迁同时伴随转动能级（键角改
变）的跃迁而产生的。（前提都有共价键才能有红外吸收，如 NaCl 离子键不能被吸收）
2. 当一定频率的红外光照射时，如果分子某个基团的振动频率和它一样，二者会产生
共振，光的能量通过分子偶极矩传递给分子，基团吸收该频率的红外光，产生振动能级