半导体物理与器件

发光器件
发光原理
半导体中的载流子复合时，以光子的形式释放能量。
发光器件类型
包括发光二极管（LED）、激光器等。
工作原理
发光器件利用半导体中的载流子复合发光原理，将电能转换为光能。在外加电压或电流作用下，半导体 中的载流子获得能量并发生复合，以光子的形式释放能量并发出可见光或其他波段的光。
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CATALOGUE
氧化物半导体材料
如氧化锌（ZnO）、氧化铟镓（InGaO3）等，具有透明 导电、压电等特性，可用于透明电子器件、传感器等领域 。
有机半导体材料
具有柔韧性好、可大面积制备、低成本等优点，可用于柔 性电子器件、有机发光二极管（OLED）等领域。
二维材料在半导体器件中的应用
石墨烯
具有优异的电学、热学和力学性能，可用于 高速电子器件、柔性电子器件等领域。
品中。
陶瓷封装
使用陶瓷材料作为封装外壳，具有 优异的耐高温、耐湿气和机械强度 等性能，适用于高端电子产品和特 殊应用场合。
金属封装
利用金属材料（如铝、铜等）进行 封装，具有良好的散热性能和机械 强度，适用于大功率半导体器件。
测试技术
直流参数测试
通过测量半导体器件的直 流电压、电流等参数，评 估其性能是否符合设计要 求。
荷区，即PN结。
二极管的结构
由P型半导体、N型半导体以 及PN结组成，具有单向导电
性。
二极管的伏安特性
描述二极管两端电压与电流之 间的关系，包括正向特性和反
向特性。
二极管的主要参数
包括最大整流电流、最高反向 工作电压、反向电流等。
双极型晶体管
晶体管的结构
由发射极、基极和集电极组成 ，分为NPN型和PNP型两种。
过渡金属硫化物（TMDs）
如二硫化钼（MoS2）、二硫化钨（WS2）等，具 有层状结构、带隙可调等特点，可用于光电器件、 传感器等领域。
黑磷
具有直接带隙、高载流子迁移率等特点，可 用于光电器件、场效应晶体管等领域。
光子集成与光电子集成技术
硅基光子集成技术
利用硅基材料的光学性能，实现光子器件与电子器件的单片集成，用于光通信、光计算等领域。
缺陷
半导体中的缺陷包括点缺陷（如空位、间隙原子）和线缺陷 （如位错）。这些缺陷可以影响半导体的导电性能和机械性 能。例如，空位可以增加半导体的电阻率，而位错可以导致 半导体材料的脆性增加。
02
CATALOGUE
半导体器件基础
PN结与二极管
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PN结的形成
通过扩散和漂移过程，在P型 和N型半导体之间形成空间电
能带理论
根据量子力学原理，半导体中的电子能量分布形成能带结构，包括价带、导带 和禁带。价带中的电子被束缚在原子周围，而导带中的电子可以自由移动，形 成电流。
本征半导体
纯净的半导体材料称为本征半导体，其导电性能介于导体 和绝缘体之间。
载流子与输运现象
载流子
漂移运动
半导体中的载流子包括电子和空穴。 电子带负电荷，空穴带正电荷，它们 在电场作用下定向移动形成电流。
半导体集成电路
集成电路基本概念与制造工艺
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集成电路定义
将多个电子元件集成在一 块衬底上，完成特定功能 的电路系统。
制造工艺
包括晶圆制备、薄膜生长 、光刻、蚀刻、离子注入 、金属化等步骤。
封装与测试
将制造好的芯片进行封装 ，以便与外部电路连接， 并进行功能和性能测试。
数字集成电路
逻辑门电路
3
机械应力
半导体器件在受到机械应力（如振动、冲击）时 可能发生损坏，需要在设计和测试阶段考虑机械 应力的影响。
06
CATALOGUE
前沿领域及发展趋势
第三代半导体材料及应用
宽禁带半导体材料
如氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）等，具有高电子饱和 速度、高热导率等优点，适用于高温、高频、大功率电子 器件。
交流参数测试
利用交流信号对半导体器 件进行测试，了解其频率 响应、噪声等特性。
可靠性测试
对半导体器件进行长时间 、高应力条件下的测试， 以验证其可靠性和稳定性 。
可靠性问题
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温度影响
半导体器件的性能受温度影响较大，需要在不同 温度下进行测试和验证，以确保其在不同工作环 境下的可靠性。
湿气影响
湿气可能导致半导体器件的腐蚀和性能下降，因 此需要采取防潮措施并进行相关测试。
半导体物理与器件
contents
目录
• 半导体物理基础 • 半导体器件基础 • 半导体光电器件 • 半导体集成电路 • 半导体器件封装与测试 • 前沿领域及发展趋势
01
CATALOGUE
半导体物理基础
晶体结构与能带理论
晶体结构
半导体材料通常具有特定的晶体结构，如硅的金刚石结构和锗 的面心立方结构。这些结构决定了半导体的基本物理性质。
02
将模拟信号与数字信号进行相互转换的电路，用于模拟与数字
混合信号处理。
电源管理电路
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为电子设备提供稳定、可靠的电源供应，包括线性稳压器、开
关稳压器等。
05
CATALOGUE
半导体器件封装与测试
封装技术
塑料封装
采用塑料材料对半导体器件进行 封装，具有成本低、工艺简单等 优点，广泛应用于中低端电子产
III-V族化合物半导体光电子集成技术
利用III-V族化合物半导体的优异光电性能，实现光电器件与电路的单片集成，用于高速光通信、 激光雷达等领域。
光电混合集成技术
将光子器件、电子器件和微纳加工技术相结合，实现光电混合集成系统，用于光传感、光计算等 领域。
THANKS
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场效应管的伏安特性
描述场效应管各极间电压与电流之间的关系 ，包括转移特性和输出特性。
场效应管的工作原理
利用栅极电压对源漏极间电流的控制作用， 实现电流的放大。
场效应管的主要参数
包括跨导、夹断电压、开启电压等。
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CATALOGUE
半导体光电器件
光电导器件
光电导效应
在光线作用下，半导体的电导率 发生变化的现象。
实现基本逻辑功能的电路，如与门、或门、非门等。
触发器与寄存器
具有记忆功能的数字电路，用于存储和传输二进制数据。
微处理器与微控制器
集成了运算器、控制器和存储器的复杂数字电路，用于执行各种 算术和逻辑操作。
模拟集成电路
运算放大器
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具有高放大倍数、低失真和低噪声等特点的模拟电据转换器
光电导器件类型
包括光电导开关、光电导探测器 等。
工作原理
光电导器件利用光电导效应，将 光信号转换为电信号。当光照射 到器件上时，半导体材料吸收光 子能量，导致载流子浓度增加，
电导率发生变化。
光伏器件
光伏效应
在光线作用下，半导体中产生电动势的现象。
光伏器件类型
包括太阳能电池、光电二极管等。
工作原理
光伏器件利用光伏效应，将光能转换为电能。当光照射到器件上时，半导体材料吸收光子 能量，产生电子-空穴对。在内建电场作用下，电子和空穴分离并分别向两极移动，形成 光生电动势。
在外加电场作用下，载流子受到电场力的作 用而定向移动，形成漂移电流。漂移电流与 电场强度成正比，与载流子的迁移率有关。
扩散运动
载流子在半导体中的扩散运动是由于浓 度梯度引起的。载流子从高浓度区域向 低浓度区域扩散，形成扩散电流。
半导体中的杂质与缺陷
杂质
半导体中的杂质可以改变其导电性能。例如，五价元素（如 磷、砷）作为施主杂质，可以提供额外的电子，增加半导体 的导电性；三价元素（如硼、铝）作为受主杂质，可以接受 电子，减少半导体的导电性。
晶体管的放大原理
利用基极电流对集电极电流的 控制作用，实现电流的放大。
晶体管的伏安特性
描述晶体管各极间电压与电流 之间的关系，包括输入特性、 输出特性和转移特性。
晶体管的主要参数
包括共射直流电流放大系数、 共基直流电流放大系数、截止
频率等。
场效应晶体管
场效应管的结构
由源极、漏极和栅极组成，分为N沟道和P 沟道两种类型。