半导体知识
半导体知识
3、扩散运动和漂移运动同时存在
在电场作用下，任何载流子都做漂移运 动，但是漂移电流主要是多数载流子的贡献， 而扩散情况下，只有光照产生的少数载流子 存在较大的浓度梯度，故对扩散电流的贡献 主要是少数载流子。
4、PN 结
在一块单晶半导体中，一部分掺有受主杂质是P型半导体， 另一部分掺有施主杂质是N型半导体时，P型半导体和N型 半导体的交界面附近的过渡区称为PN结。
• 只有最外层的电子的共有化特征最明显。
• 晶体中电子因为共有化特征，可以在原子间转移，但是它 只能在能量相同的量子态之间发生转移，所以，共有化的 量子态与原子的能级之间存在着直接的对应关系。
B、能带：能量近乎相同的能级相互靠的很近，组
成一定的能量区域，我们将这些能量区域中密集的
能级形象的称为能带。
温度愈高，晶体中产生的 自由电子愈多。
导电过程
在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补， 出现了一个新的空穴，其结果相当于空穴的运动(相当于正 电荷的移动)。
在半导体中将出现两部分电流： (1) 自由电子作定向运动：电子电流。 (2) 价电子递补空穴：空穴电流。 自由电子和空穴都称为载流子。
同质结：用同一种半导体材料制成的PN结； 异质结：由禁带宽度不同的两种半导体材料（如GaAl/GaAs、 InGaAsP/InP等）制成的PN结。
制造PN结的方法有合金法、扩散法、离子注入法和外延生长 法等。制造异质结通常采用外延生长法。
5、半导体对光的吸收
h Eg Eg / h v c/
间的半导体。 • 电阻率<10-3欧姆•厘米——导体：金属 • 电阻率>1012欧姆•厘米——绝缘体：玻璃 • 电阻率介于导体和绝缘体之间——半导体：硫化镉
半导体的基本 知识
们通常把导电性和导电导热性差或不好的材料，如金刚石、人工晶体、 墟泊、陶瓷等，称为绝缘体。而把导电、导热都比较好的金属如金、 银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单地把介于导和绝缘体之间 的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚 的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存 在才真正被学术界认可。 • 半导体的发现实际上可以追溯到很久以前，1833年，英国巴拉迪 最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，一般情 况下，金属的电阻随温度升高而增加，但巴拉迪发现硫化银材料的
• 半导体材料很多，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大 类。锗和硅是最常用的元素半导体;化合物半导体包括l一V族化合物 (砷化嫁、磷化嫁等),II一VI族化合物(硫化福、硫化锌等)、氧化物(锰、 铬合物组成的 固溶体(嫁铝砷、嫁砷磷等)。除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻 璃半导体、有机半导体等。
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第一节 半导体的基本知识
• 三、杂质半导体 • 半导体中的杂质对电导率的影响非常大，本征半导体经过掺杂就形
成杂质半导体，一般可分为N型半导体和P型半导体。半导体中掺入 微量杂质时，杂质原子附近的周期势场受到干扰并形成附加的束缚状 态，在禁带中产生附加的杂质能级。能提供电子载流子的杂质称为施 主杂质，相应能级称为施主能级，位于禁带上方靠近导带底附近。例 如四价元素锗或硅晶体中掺入五价元素磷、砷、锑等杂质原子时，杂 质原子作为晶格的一分子，其五个价电子中有四个与周围的锗(或硅) 原子形成共价键，多余的一个电子被束缚于杂质原子附近，产生类氢 浅能级一施主能级。施主能级上的电子跃迁到导带所需能量比从价带 激发到导带所需能量小得多，很易激发到导带成为电子载流子，因此 对于掺入施主杂质的半导体，导电载流子主要是被激发到导带中的电 子，属电子导电型，称为N型半导体。
半导体的基本知识
半导体的基本知识半导体是一种电导率介于导体和绝缘体之间的材料。
半导体的电性质可以通过施加电场或光照来改变，这使得半导体在电子学和光电子学等领域有广泛的应用。
以下是关于半导体的一些基本知识：1. 基本概念：导体、绝缘体和半导体：导体（Conductor）：电导率很高，电子容易通过的材料，如金属。
绝缘体（Insulator）：电导率很低，电子很难通过的材料，如橡胶、玻璃。
半导体（Semiconductor）：电导率介于导体和绝缘体之间的材料，如硅、锗。
2. 晶体结构：半导体通常以晶体结构存在，常见的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）等。
3. 电子能带：价带和导带：半导体中的电子能带分为价带和导带。
电子在价带中，但在施加电场或光照的作用下，电子可以跃迁到导带中，形成电流。
能隙：价带和导带之间的能量差称为能隙。
半导体的能隙通常较小，这使得它在室温下就能够被外部能量激发。
4. 本征半导体和杂质半导体：本征半导体：纯净的半导体材料，如纯硅。
杂质半导体：在半导体中引入少量杂质（掺杂）以改变其导电性质。
掺入五价元素（如磷、砷）形成n型半导体，而掺入三价元素（如硼、铝）形成p型半导体。
5. p-n 结：p-n 结：将p型半导体和n型半导体通过特定工艺连接在一起形成p-n 结。
这是许多半导体器件的基础，如二极管和晶体管。
6. 半导体器件：二极管（Diode）：由p-n 结构构成，具有整流特性。
晶体管（Transistor）：由多个p-n 结构组成，可以放大和控制电流。
集成电路（Integrated Circuit，IC）：在半导体上制造出许多微小的电子器件，形成集成电路，实现多种功能。
7. 半导体的应用：电子学：微电子器件、逻辑电路、存储器件等。
光电子学：光电二极管、激光二极管等。
太阳能电池：利用半导体材料的光伏效应。
这些是半导体的一些基本知识，半导体技术的不断发展推动了现代电子、通信和计算机等领域的快速进步。
第三节 半导体
第三节半导体
半导体是当今电子行业最基础的材料之一，其作用和意义不容小觑。
在此我们将深入探讨半导体的相关知识。
一、什么是半导体？
半导体是指在室温下，其导电性介于导体和绝缘体之间的材料。
有
时也被称为半导体晶体。
二、半导体的种类
从其晶体结构来看，半导体可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅、蓝宝石、碳化硅、氮化硅等。
三、半导体的应用
1、集成电路 - 由于半导体表现出了半导体-绝缘体-金属场效应，能
够强制控制流经半导体器件的电流强度和方向，因此可用于制作各种
逻辑、振荡器等集成电路。
2、光电器件 - 利用半导体光电特性制作出的器件，如太阳能电池、发光二极管、激光器等。
3、功率器件 - 利用半导体导电性能和电特性，制作出高变换效率、低损耗、高可靠性的功率电子元器件，如IGBT器件等。
4、传感器 - 利用半导体的光电、温度、湿度、压力等特性制作出的传感器器件。
四、半导体技术的发展趋势
1、晶体管微型化和集成化 - 在实际应用中，需要更高的速度、更小的面积和功耗，因此晶体管制作微型化和集成化是半导体技术的重要趋势。
2、功率器件的高效率和大功率 - 随着人们生活水平的提高，需要更高效、更可靠、更节能的电子设备，因此功率器件的高效率和大功率是半导体技术的趋势。
3、新型材料的开发 - 蓝宝石、碳化硅等新型材料在一定应用领域已得到广泛的应用，半导体技术发展也将趋于多样化。
总而言之，半导体技术因其广泛的应用领域和重要的作用被越来越广泛地关注着，也将成为电子行业长期的研究方向之一。
半导体知识点总结
半导体知识点总结半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，它具有一些特殊的电子性质，因此在现代电子技术中具有重要的应用。
本文将对半导体的基本概念、特性、原理以及应用进行详细的介绍和总结。
一、半导体的基本概念1、半导体材料半导体材料是一类电阻率介于导体和绝缘体之间的材料，它具有一些特殊的电子能带结构。
常见的半导体材料包括硅(Si)、锗(Ge)、GaAs等。
2、半导体的掺杂半导体材料经过掺杂后，可以改变其电子结构和导电性质。
常见的掺杂有N型和P型两种类型，分别通过掺入杂质原子，引入额外的自由电子或空穴来改变半导体的导电性质。
3、半导体的结构半导体晶体结构通常是由大量的晶格排列组成，具有一定的晶格参数和对称性。
在半导体器件中，常见的晶体结构有晶体管、二极管、MOS器件等。
二、半导体的特性1、能带结构半导体的能带结构是其特有的性质，它决定了半导体的导电性质。
半导体的能带结构通常包括价带和导带，其中价带中填充电子的能级较低，而导带中电子的能级较高，两者之间的能隙称为禁带宽度。
2、电子迁移和载流子在外加电场的作用下，半导体中的自由电子和空穴可以在晶体内迁移，并形成电流。
这些移动的载流子是半导体器件工作的基础。
3、半导体的导电性半导体的导电性是由自由电子和空穴共同贡献的，通过掺杂和外加电场的调制，可以改变半导体的导电性。
三、半导体的原理1、P-N结P-N结是半导体器件中最基本的结构之一，它由P型半导体和N型半导体组成。
P-N结具有整流、放大、开关等功能，是二极管、光电二极管等器件的基础。
2、场效应器件场效应器件是一类利用外加电场控制半导体导电性质的器件，包括MOS场效应管、JFET场效应管等。
场效应器件具有高输入电阻、低功耗等优点，在数字电路和模拟电路中得到广泛应用。
3、半导体光电器件半导体光电器件是一类利用光电效应将光能转化为电能的器件，包括光电二极管、光电导电器件等。
光电器件在光通信、光探测、光伏等领域有着重要的应用。
半导体基础知识
容易导电的物质叫导体，如：金属、石墨、人体、大地以及各种酸、碱、盐的水溶液等都是导体。 不容易导电的物质叫做绝缘体，如：橡胶、塑料、玻璃、云母、陶瓷、纯水、油、空气等都是绝缘体。 所谓半导体是指导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。如：硅、锗、砷化镓、磷化铟、氮化镓、碳化硅等。半 导体大体上可以分为两类，即本征半导体和杂质半导体。本征半导体是指纯净的半导体，这里的纯净包括两个意思， 一是指半导体材料中只含有一种元素的原子；二是指原子与原子之间的排列是有一定规律的。本征半导体的特点是导 电能力极弱，且随温度变化导电能力有显著变化。杂质半导体是指人为地在本征半导体中掺入微量其他元素（称杂质） 所形成的半导体。杂质半导体有两类：N 型半导体和 P 型半导体。
多晶则是有多个单晶晶粒组成的晶体，在其晶界处的颗粒间的晶体学取向彼此不同，其周期性与规则性也在此 处受到破坏。
7．常用半导体材料的晶体生长方向有几种？
我们实际使用单晶材料都是按一定的方向生长的，因此单晶表现出各向异性。单晶生长的这种方向直接来自晶 格结构，常用半导体材料的晶体生长方向是<111>和<100>。
29．半导体芯片制造对厂房洁净度有什么要求？
空气中的一个小尘埃将影响整个芯片的完整性、成品率，并影响其电学性能和可*性，所以半导体芯片制造工艺需 在超净厂房内进行。1977 年 5 月，原四机部颁布的《电子工业洁净度等级试行规定》如下：
电子工业洁净度等级试行规定
洁净室等 洁净度 温度（℃） 相对湿度 正压值 噪声
电阻率 ρ=1/σ，单位为 Ω*cm
9．PN 结是如何形成的？它具有什么特性？
如果用工艺的方法，把一边是 N 型半导体另一边是 P 型半导体结合在一起，这时 N 型半导体中的多数载流子电子 就要向 P 型半导体一边渗透扩散。结果是 N 型区域中邻近 P 型区一边的薄层 A 中有一部分电子扩散到 P 型区域中去了， 如图 2-6 所示（图略）。薄层 A 中因失去了这一部分电子 而带有正电。同样，P 型区域中邻近 N 型区域一边的薄层 B 中有一部分空穴扩散到 N 型区域一边去了，如图 2-7 所示（图略）。结果使薄层 B 带有负电。这样就在 N 型和 P 型两 种不同类型半导体的交界面两侧形成了带电薄层 A 和 B（其中 A 带正电，B 带负电）。A、B 间便产生了一个电场， 这个带电的薄层 A 和 B，叫做 PN 结，又叫做阻挡层。
半导体基础知识
一．名词解释：1..什么是半导体？半导体具有那些特性？导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体热敏性：导电能力受温度影响大，当环境温度升高时，其导电能力增强。
可制作热敏元件。
光敏性：导电能力受光照影响大，当光照增强时候，导电能力增强。
可制作光敏元件。
掺杂性：导电能力受杂质影响极大，称为掺杂性。
2.典型的半导体是SI和Ge , 它们都是四价元素。
Si是一种化学元素，在地壳中含量仅次于氧，其核外电子排布是？。
3.半导体材料中有两种载流子，电子和空穴。
电子带负电，空穴带正电，在纯净半导体中掺入不同杂质可得到P型和N型半导体，常见P型半导体的掺杂元素为硼，N型半导体的掺杂元素为磷。
P型半导体主要空穴导电，N型半导体主要靠电子导电。
4. 导体：导电性能良好，其外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流，常见的导体有铁，铝，铜等低价金属元素。
5.绝缘体：一般情况下不导电，其原子的最外层电子受原子核束缚很强，只有当外电场达到一定程度才可导电。
惰性气体，橡胶等。
6.半导体：一般情况下不导电，但在外界因素刺激下可以导电，例如强电场或强光照射。
其原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体和绝缘体之间。
Si,Ge等四价元素。
7. 本征半导体：无杂质的具有稳定结构的半导体。
8晶体：由完全相同的原子，分子或原子团在空间有规律的周期性排列构成的有一定几何形状的固体材料，构成晶体的完全相同的原子，分子，原子团称为基元。
9.晶体结构：简单立方，体心立方，面心立方，六角密积，NACL结构，CSCL结构，金刚石结构。
10.七大晶系：三斜，单斜，正交，四角，六角，三角，立方。
11.酸腐蚀和碱腐蚀的化学反应方程式：SI+4HNO3+HF=SIF4+4NO2+4H2OSI+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H212.自然界的物质，可分为晶体和非晶体两大类。
常见的晶体有硅，锗，铜，铅等。
常见的非晶体有玻璃，塑料，松香等。
晶体和非晶体可以从三个方面来区分：1.晶体有规则的外形 2.晶体具有一定的熔点 3.晶体各向异性。
半导体知识
晶闸管（可控硅）（2）
晶闸管导通后，V2管始终有V1管的集电极电流流过， 门极电流失去控制作用。所以加在门极上的电压称 为触发电压。 晶闸管关断； 1；使阳极电流减小，使之不能维持正反馈程度。 2；改变电压，关断电源或反向。
晶闸管的主要参数
1；正向重复峰值电压UDRM 晶闸管关断下的两端最高电压。 2；反向重复峰值电压URRM
结 束
PN接外加反向电压
PN结截止
二极管
二极管的结构与类型； 点接触；PN结面积小，因而结电容小， 通过的电流小，常用于高频、检波等。 面接触；PN结面积大，结电容较大，只 能在低频下工作，允许通过的电流大， 常用于整流。
将PN结P区和N区各引出一条 线，封装后就形成二极管。
P-阳（正）极 N-阴（负）极
U RM
单相全波整流电路
特点； 虽克服了单相半波整流的缺点，能使整 流的电压波动减小一些，但其本身也有 一定的缺点，变压器绕组增加，整流元 件反向所承受的最大电压较高。
U L 0.9U 2 IF 1 0.45U 2 IL 2 RL
U RM 2 2U 2
单相全波桥式整流电路
特点； 输出电压脉动小，每只整流元件承受的最 大反向电压与半波整流一样，变压器效率 高。 U L 0.9U 2 1 U I F I L 0.45
特点；电流小，电压高
2U2
2U2
当U2正半周时，经V1对C1 充上 2U2 的电压，当U2负 半周时，经V2对C2充上 2U2 电压，因而在AC和BC之间 分别得到正的和负的 2U2 电 压输出，在AB之间则有 2 2U 2 电压输出 。
2U2
当U2正半周时，经V1对C1充上 的峰值电压Uc1，当U2负半周时， C1上的电压Uc1 与电源电压U2 相加经V2对C2充电，其电压是 U2+Uc1，因此接近于二倍U2。
半导体知识点总结大全
半导体知识点总结大全引言半导体是一种能够在一定条件下既能导电又能阻止电流的材料。
它是电子学领域中最重要的材料之一，广泛应用于集成电路、光电器件、太阳能电池等领域。
本文将对半导体的知识点进行总结，包括半导体基本概念、半导体的电子结构、PN结、MOS场效应管、半导体器件制造工艺等内容。
一、半导体的基本概念（一）电子结构1. 原子结构：半导体中的原子是由原子核和围绕原子核轨道上的电子组成。
原子核带正电荷，电子带负电荷，原子核中的质子数等于电子数。
2. 能带：在固体中，原子之间的电子形成了能带。
能带在能量上是连续的，但在实际情况下，会出现填满的能带和空的能带。
3. 半导体中的能带：半导体材料中，能带又分为价带和导带。
价带中的电子是成对出现的，导带中的电子可以自由运动。
（二）本征半导体和杂质半导体1. 本征半导体：在原子晶格中，半导体中的电子是在能带中的，且不受任何杂质的干扰。
典型的本征半导体有硅（Si）和锗（Ge）。
2. 杂质半导体：在本征半导体中加入少量杂质，形成掺杂，会产生额外的电子或空穴，使得半导体的导电性质发生变化。
常见的杂质有磷（P）、硼（B）等。
（三）半导体的导电性质1. P型半导体：当半导体中掺入三价元素（如硼），形成P型半导体。
P型半导体中导电的主要载流子是空穴。
2. N型半导体：当半导体中掺入五价元素（如磷），形成N型半导体。
N型半导体中导电的主要载流子是自由电子。
3. 载流子浓度：半导体中的载流子浓度与掺杂浓度有很大的关系，载流子浓度的大小决定了半导体的电导率。
4. 质量作用：半导体中载流子的浓度受温度的影响，其浓度与温度成指数关系。
二、半导体器件（一）PN结1. PN结的形成：PN结是由P型半导体和N型半导体通过扩散结合形成的。
2. PN结的电子结构：PN结中的电子从N区扩散到P区，而空穴从P区扩散到N区，当N区和P区中的载流子相遇时相互复合。
3. PN结的特性：PN结具有整流作用，即在正向偏置时具有低电阻，反向偏置时具有高电阻。
半导体基础知识
半导体基础知识 Prepared on 24 November 2020一．名词解释：1..什么是半导体半导体具有那些特性导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体热敏性：导电能力受温度影响大，当环境温度升高时，其导电能力增强。
可制作热敏元件。
光敏性：导电能力受光照影响大，当光照增强时候，导电能力增强。
可制作光敏元件。
掺杂性：导电能力受杂质影响极大，称为掺杂性。
2.典型的半导体是SI和Ge , 它们都是四价元素。
Si是一种化学元素，在地壳中含量仅次于氧，其核外电子排布是。
3.半导体材料中有两种载流子，电子和空穴。
电子带负电，空穴带正电，在纯净半导体中掺入不同杂质可得到P型和N型半导体，常见P型半导体的掺杂元素为硼，N型半导体的掺杂元素为磷。
P型半导体主要空穴导电， N型半导体主要靠电子导电。
4. 导体：导电性能良好，其外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流，常见的导体有铁，铝，铜等低价金属元素。
5.绝缘体：一般情况下不导电，其原子的最外层电子受原子核束缚很强，只有当外电场达到一定程度才可导电。
惰性气体，橡胶等。
6.半导体：一般情况下不导电，但在外界因素刺激下可以导电，例如强电场或强光照射。
其原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体和绝缘体之间。
Si,Ge等四价元素。
7. 本征半导体：无杂质的具有稳定结构的半导体。
8晶体：由完全相同的原子，分子或原子团在空间有规律的周期性排列构成的有一定几何形状的固体材料，构成晶体的完全相同的原子，分子，原子团称为基元。
9.晶体结构：简单立方，体心立方，面心立方，六角密积， NACL结构，CSCL结构，金刚石结构。
10.七大晶系：三斜，单斜，正交，四角，六角，三角，立方。
11.酸腐蚀和碱腐蚀的化学反应方程式：SI+4HNO3+HF=SIF4+4NO2+4H2OSI+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H212.自然界的物质，可分为晶体和非晶体两大类。
半导体基础知识
半导体基础知识1. 半导体的概念与分类1.1 半导体的定义半导体是一种电导率介于导体和绝缘体之间的材料，其电导率会随着外界条件（如温度、光照、掺杂等）的变化而变化。
常见的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）等。
1.2 半导体的分类根据半导体材料的类型，可分为元素半导体和化合物半导体。
•元素半导体：如硅（Si）、锗（Ge）等。
•化合物半导体：如砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）等。
根据导电类型，半导体可分为n型半导体和p型半导体。
•n型半导体：掺杂有五价元素（如磷、砷等）的半导体材料。
•p型半导体：掺杂有三价元素（如硼、铝等）的半导体材料。
2. 半导体物理基础2.1 能带结构半导体的导电性能与其能带结构密切相关。
一个完整的周期性晶体结构可以分为价带、导带和禁带。
•价带：充满电子的能量状态所在的带，电子的能量低于价带顶。
•导带：电子的能量高于导带底时，可以自由移动的状态所在的带。
•禁带：价带和导带之间的区域，电子不能存在于这个区域。
2.2 掺杂效应掺杂是向半导体材料中引入少量其他元素，以改变其导电性能的过程。
掺杂分为n型掺杂和p型掺杂。
•n型掺杂：向半导体中引入五价元素，如磷、砷等，使得半导体中的自由电子浓度增加。
•p型掺杂：向半导体中引入三价元素，如硼、铝等，使得半导体中的空穴浓度增加。
2.3 载流子在半导体中，自由电子和空穴是载流子，负责导电。
n型半导体中的载流子主要是自由电子，而p型半导体中的载流子主要是空穴。
2.4 霍尔效应霍尔效应是研究半导体中载流子运动的一种重要物理现象。
当半导体中的载流子在外加磁场作用下发生偏转时，会在半导体的一侧产生电势差，即霍尔电压。
3. 半导体器件3.1 半导体二极管半导体二极管（DIODE）是一种具有单向导电性的半导体器件。
它由p型半导体和n型半导体组成，形成PN结。
当外界电压正向偏置时，二极管导通；反向偏置时，二极管截止。
(完整word版)半导体基础知识
1.1 半导体基础知识概念归纳本征半导体定义：纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。
电流形成过程：自由电子在外电场的作用下产生定向移动形成电流。
绝缘体原子结构:最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子。
绝缘体导电性:极差。
如惰性气体和橡胶.半导体原子结构：半导体材料为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧.半导体导电性能：介于半导体与绝缘体之间.半导体的特点：★在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。
★在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化.晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵,称为晶格。
共价键结构:相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子)不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。
自由电子的形成：在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚变成为自由电子.空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。
电子电流：在外加电场的作用下，自由电子产生定向移动,形成电子电流。
空穴电流:价电子按一定的方向依次填补空穴(即空穴也产生定向移动），形成空穴电流。
本征半导体的电流：电子电流+空穴电流.自由电子和空穴所带电荷极性不同，它们运动方向相反。
载流子：运载电荷的粒子称为载流子。
导体电的特点：导体导电只有一种载流子，即自由电子导电。
本征半导体电的特点:本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。
本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发.复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。
动态平衡：在一定的温度下,本征激发所产生的自由电子与空穴对,与复合的自由电子与空穴对数目相等,达到动态平衡。
载流子的浓度与温度的关系：温度一定，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。
半导体基础知识详细
半导体基础知识详细半导体是一种电子特性介于导体和绝缘体之间的材料。
它的电阻率介于导体和绝缘体之间，而且在外界条件下可以通过控制电场、光照、温度等因素来改变其电子特性。
半导体材料广泛应用于电子器件、太阳能电池、光电器件、传感器等领域。
1. 半导体的基本概念半导体是指在温度为绝对零度时，其电阻率介于导体和绝缘体之间的材料。
在室温下，半导体的电阻率通常在10^-3到10^8Ω·cm之间。
半导体的导电性质可以通过控制材料中的杂质浓度来改变，这种过程称为掺杂。
2. 半导体的晶体结构半导体的晶体结构分为两种：共价键晶体和离子键晶体。
共价键晶体是由原子间共享电子形成的晶体，如硅、锗等。
共价键晶体的晶格结构稳定，电子在晶格中移动时需要克服较大的势垒，因此其导电性较差。
离子键晶体是由正负离子间的静电作用形成的晶体，如氯化钠、氧化镁等。
离子键晶体的晶格结构较稳定，电子在晶格中移动时需要克服较小的势垒，因此其导电性较好。
3. 半导体的能带结构半导体的能带结构是指半导体中电子能量的分布情况。
半导体的能带结构分为价带和导带两部分。
价带是指半导体中最高的能量带，其中填满了价电子。
导带是指半导体中次高的能量带，其中没有或只有很少的电子。
当半导体中的电子受到外界激发时，可以从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。
4. 半导体的掺杂半导体的掺杂是指向半导体中加入少量的杂质原子，以改变其电子特性。
掺杂分为n型和p 型两种。
n型半导体是指向半导体中掺入少量的五价杂质原子，如磷、砷等。
这些杂质原子会向半导体中释放一个电子，形成自由电子，从而提高半导体的导电性能。
p型半导体是指向半导体中掺入少量的三价杂质原子，如硼、铝等。
这些杂质原子会从半导体中吸收一个电子，形成空穴，从而提高半导体的导电性能。
5. 半导体器件半导体器件是利用半导体材料制造的电子器件，包括二极管、晶体管、场效应管、集成电路等。
二极管是一种由n型半导体和p型半导体组成的器件，具有单向导电性。
半导体主要知识点总结
半导体主要知识点总结一、半导体的基本概念1.1半导体的定义与特点：半导体是介于导体和绝缘体之间的一类材料，具有介于导体和绝缘体之间的电阻率。
与导体相比，半导体的电阻率较高；与绝缘体相比，半导体的电子传导性能较好。
由于半导体具有这种特殊的电学性质，因此具有重要的电子学应用价值。
1.2半导体的晶体结构：半导体晶体结构通常是由离子键或共价键构成的晶体结构。
半导体的晶体结构对其电学性质有重要的影响，这也是半导体电学性质的重要基础。
1.3半导体的能带结构：半导体的电学性质与其能带结构密切相关。
在半导体的能带结构中，通常存在导带和价带，以及禁带。
导带中的载流子为自由电子，价带中的载流子为空穴，而在禁带中则没有载流子存在。
二、半导体的掺杂和电子输运2.1半导体的掺杂：半导体的电学性质可以通过掺杂来调控。
通常会向半导体中引入杂质原子，以改变半导体的电学性质。
N型半导体是指将少量的五价杂质引入四价半导体中，以增加自由电子的浓度。
P型半导体是指将少量的三价杂质引入四价半导体中，以增加空穴的浓度。
2.2半导体中的载流子输运：在半导体中，载流子可以通过漂移和扩散两种方式进行输运。
漂移是指载流子在电场作用下移动的过程，而扩散是指载流子由高浓度区域向低浓度区域扩散的过程。
这两种过程决定了半导体材料的电学性质。
三、半导体器件与应用3.1二极管：二极管是一种基本的半导体器件，由N型半导体和P型半导体组成。
二极管具有整流和选择通道的功能，是现代电子设备中广泛应用的器件之一。
3.2晶体管：晶体管是一种由多个半导体材料组成的器件。
它通常由多个P型半导体、N型半导体和掺杂层组成。
晶体管是目前电子设备中最重要的器件之一，具有放大、开关和稳定电流等功能。
3.3集成电路：集成电路是将大量的电子器件集成在一块芯片上的器件。
它是现代电子设备中最重要的组成部分之一，可以实现各种复杂的功能，如计算、存储和通信等。
3.4发光二极管：发光二极管是一种将电能转化为光能的半导体器件，具有高效、省电和寿命长的特点。
半导体的基本知识
在本征半导体硅（或锗）中掺入微量五价元素磷，由于磷原子有5个价电 子，它与周围的硅原子组成共价键时，多余的一个价电子很容易摆脱原子核 的束缚成为自由电子。这种半导体导电主要靠电子，所以称为电子型半导体 或N型半导体，如下图所示。N型半导体中，自由电子是多子，空穴是少子。
第8页
半本
导征
电 工 电 子 技 术
过渡页
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半导体的基本知识
• 1.1 半导体的基本特性 • 1.2 本征半导体和杂质半导体
半
导
体
的 基 本 知
半 导 体 的 基
识本
物质大体可分为导体、绝缘体和半导体 三大类。其中，容易导电、电阻率小于10-4Ω·cm的物质称为导体，如铜、铝、 银等金属材料；很难导电、电阻率大于104Ω·cm的物质称为绝缘体，如塑料、 橡胶、陶瓷等材料；导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体，如 硅、锗、硒及大多数金属氧化物和硫化物等。
半导体之所以被作为制造电子器件的主要材料在于它具有热敏性、 光敏性和掺杂性。 ➢ 热敏性：是指半导体的导电能力随着温度的升高而迅速增加的特性。利 用这种特性可制成各种热敏元件，如热敏电阻等。 ➢ 光敏性：是指半导体的导电能力随光照的变化有显著改变的特性。利用 这种特性可制成光电二极管、光电三极管和光敏电阻等。 ➢ 掺杂性：是指半导体的导电能力因掺入微量杂质而发生很大变化的特性。 利用这种特性可制成二极管、三极管和场效应管等。
导 体 和 杂 质
识半
导
体
1.2
本征半导体在绝对温度T＝0K和 没有外界影响的条件下，价电子全部 束缚在共价键中。当温度升高或受光 照时，半导体共价键中的价电子会从 外界获得一定能量，少数价电子将挣 脱共价键的束缚，成为自由电子，同 时在原来共价键的相应位置上留下一 个空位，这个空位称为空穴，如右图 所示。
半导体基础知识
3. 反向电流 IR
指二极管加反向峰值工作电压时的反向电 流。反向电流大，说明管子的单向导电性 差，因此反向电流越小越好。反向电流受 温度的影响，温度越高反向电流越大。硅 管的反向电流较小，锗管的反向电流要比 硅管大几十到几百倍。
以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是 主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、 保护等等。下面介绍两个交流参数。
的扩散受抑制。少子漂
移加强，但少子数量有
限，只能形成较小的反
向电流。
+
N
内电场
外电场
R
E
(1-25)
2.1.3 半导体二极管
一、基本结构
PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
点接触型
触丝线
PN结
引线 外壳线
基片
二极管的电路符号： P
面接触型
N
(1-26)
二、伏安特性
I
死区电压 硅管 0.6V,锗管0.2V。
受主原子。
硼原子
P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。 (1-16)
三、杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P 型半导体
N 型半导体
杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。
但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。 近似认为多子与杂质浓度相等。
+4
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微观世界的奥秘：
• • • • • • • • 1、原子结构探密； 2、硅原子结构； 3、晶体与非晶体； 4、硅晶体； 5、单晶体与多晶体； 6、单晶硅与多晶硅； 7、微观世界的量子特性； 8、能带
原子结构探密：
• • • • • • • • • • • • • • 微观世界究竟是什么样的呢？原子又是由什么组成的，它的结构是什么样的？ 直到1803年道尔顿提出原子模型：原子是组成物质的基本粒子，它们是坚实的、不可再分的实心 球，从此揭开了研究微观世界的序幕。 1904年汤姆生提出原子的“葡萄干蛋糕模型”：原子是一个平均分布着正电荷粒子的球体，其中 镶嵌着许多电子，电子分布在球体中就像葡萄干点缀在一块蛋糕里，这些电子中和了正电荷，从而形成 了中性原子。 1911年英国物理学家卢瑟福创造性地提出原子的“太阳系模型”：在原子中心有一个带正电荷的 粒子，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就像行星环绕太阳运 转一样。 1913年玻尔提出了“玻尔原子模型”：电子在原子核外空间的一定的、不连续的、特定轨道上绕 核做高速的圆周运动，离核越远能量越高。当电子在这些可能的轨道上运动时原子不发射也不吸收能量， 只有当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时原子才发射或吸收能量。 1926—1935年科学家们提出电子云模型：电子在原子核外很小的空间内做高速运动，没有确定的 轨迹。密度大的地方表明电子出现的机会多。 现在，科学家们已能利用电子显微镜和扫描隧道显微镜拍摄表示原子图像的照片。 在原子结构中，原子核外电子中能与其他原子相互作用形成化学键的电子称为价电子，它们受原子 核的影响最小，因而最活跃，它们对物质的导电性起着很重要的作用。 原子结构引领我们进入奇妙的微观世界，让我们遨游在这个充满神奇的海洋中，探索其中 的奥妙。
硅晶体
• • • • 硅晶体结构特点是每个原子周围都有四个最近邻的原子，组成正四面体结构。 这四个原子分别处在正四面体的顶角上，任一顶角上的原子和中心原子各贡献 一个价电子为该两个原子所共有，即为“共价键”。这样，每个原子和周围四个原子组 成四个共价键。上述正四面体累积起来就得到金刚石结构。 全球制造的半导体95％以上、集成电路的99％都是用硅晶体材料制造的， 我们生活的时代因此被称作“硅时代”。 利用硅晶体材料制成的各种半导体器件取代了原来的电子管，在电子工业中有 着极其广泛的应用。由于它们的出现，电子产品的体积大大减少，成本大幅度降低。可 以说，没有半导体硅晶体，就没有电子工业的飞速发展，我们今天就不可能拥有随身听、 超薄电视和笔记本电脑等体积小巧、携带方便的电子产品了。
• • •
晶体与非晶体
• • • • • • • 在阳光下，晶莹剔透的钻石为什么会发出闪烁的光辉？冬天，漫天飘落的雪花是由什么构成 的？而从太空飞落到地球上的陨石又是由什么组成的？留心观察一下周围的事物，你将会产 生许多类似的问号。那么，你知道吗？这些问题的答案都和同一个名词有关！那就是"晶体"。 什么是晶体呢？虽然你还不知道它的定义，但是你早已经和它的家族成员见过面了。 不仅如此，你还吃过、用过它们呢！你瞧，自然界里的冰、雪，各种金属材料（如金、银、 铜），以至我们所吃的糖、盐和所用的各种装饰品（如宝石、钻石）等等，全都是晶体。所 以，毫不夸张地说，我们的世界是一个绚丽多彩的晶体的世界。 那么，到底什么是晶体呢？当微观粒子如原子在三维空间按一定的规则进行排列， 形成空间点阵结构时，就形成了晶体。晶体具有规则的几何外形，并有固定的熔点。 与晶体相对应的是非晶体，非晶体中的原子呈无规则的均匀排列，没有一个方向比 另一个方向特殊，如同液体中分子排列一样，形不成空间点阵，没有一定规则的形状。例如 松香、石蜡、玻璃、塑料等就是非晶体。非晶体的物理性质在各个方向上是相同的，称为 “各向同性”，且没有固定的熔点。 一位物理学家说过：“晶体是晶体生长工作者送给物理学家最好的礼物。”这是因 为，当物质以晶体状态存在时，它将表现出其它物质状态所没有的优异物理性能，因而是人 类研究固态物质结构和性能的重要基础。 半导体晶体目前是半导体工业最重要的基础材料。
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电子改变轨道时吸收或发射的能量
能带
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在原子中，原子核外的电子按照一定的壳层排列，每一壳层容纳一定数量的电子。每个壳层上的 电子具有不同的能量值，也就是说电子按能级分布。 晶体中大量的原子集合在一起，原子之间距离很近，致使相邻原子最外壳层交叠很多，内壳 层交叠较少，壳层交叠使电子不再局限于某个原子上，而可能转移到相邻原子的相似壳层上去， 再从相邻原子运动到更远的原子壳层上去，从而将可能在整个晶体中运动。这种现象称为电子的 共有化运动。 晶体中电子做共有化运动时其能量是怎样的呢？假设晶体中有N个原子，由于各原子间的相 互作用，对应于原来孤立原子的每一个能级便在晶体中形成了N条靠得很近的能级，称为能带。 能带中电子按能量从高到低的顺序依次占据能级。与最外层价电子能级对应的能带称为价带。 价带上方是未被电子占据的空能带。价电子到达该空带后将能参与导电，因此又称为导带。价带 和导带之间不存在能级的能量范围叫做禁带，亦称作带隙。 带隙反映了固体原子中最外层束缚电子变为自由电子所需的能量，因此决定了固体的导电特 性。
• 电子共有化运动
• 原子能级分裂成能带
揭秘半导体
☆何谓半导体 ☆半导体中的载流子 ☆半导体的秘密 ☆半导体的特性 ☆半导体家族 ☆半导体的主角 ☆P型半导体 ☆N型半导体 ☆奇妙的PN结
何谓半导体：
• 半导体究竟是什么呢？半导体是人们将物质按电学性质进行分 类时所赋予的一个名称。我们通常把导电性能介于导体和绝缘体 之间的物质称为半导体。常见的半导体有硅、锗、砷化镓、磷化 铟、氮化镓、碳化硅等等。 • 让我们来做个实验（此实验仅以部分半导体来说明其特性）， 当把待测物质连接到电路中，并加上电压后，能让电灯泡较亮发 光的物质为导体；不能让电灯泡发光的为绝缘体；能让电灯泡微 亮发光的物质则为半导体。 • 为什么会有这样的现象呢？这与半导体的能带以及特性有着很大 的联系。看完这一节的内容，你将知晓其中的奥妙。
•
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两种载流子的产生
半导体的秘密
• • • • • 大家知道，半导体的导电性介于导体和绝缘体之间，这种现象究竟是由于什么原因引起的呢，您知道吗，秘密在于半导 体能带的带隙。 能带中电子按能量从高到低的顺序依次占据能级。与最外层价电子能级对应的能带称为价带。价带上方是未被 电子占据的空能带。价电子到达该空带后将能参与导电，因此该空能带又称为导带。价带和导带之间不存在能级的能量 范围叫做禁带。禁带的能量宽度便称作带隙。 由于带隙反映了固体原子中最外层被束缚电子变为自由电子所需的能量，因此带隙决定了固体的导电特性。那 么半导体的带隙和绝缘体、金属的带隙又有什么区别呢？让我们一起了解一下。
半导体中的载流子
• • 半导体的性质为什么不同于导体或者绝缘体呢？答案是它们拥有的载流子数量不 同，它决定了半导体的导电性能。 具有无数载流子的物质就是导体，几乎没有载流子的物质则是绝缘体，而可以改 变载流子数量的物质就是半导体。 那么什么是载流子呢，载流子就是电荷的运输者（载体），也就是能够移动的荷 电粒子。电子、空穴等都是载流子。载流子的运动会产生电流。 在半导体中，存在两种载流子，即导带中的电子和价带中的空穴。所谓空穴，就 是价带中由于电子的移动而留下的空位。在电场的作用下，电子移动填充空穴， 相当于电子与空穴交换位置，电子和空穴不断地交换位置，从而产生电流。 半导体经过掺杂后，或者加热、光照产生的热激发、光激发都会使自由载流子数 增加，从而使半导体的导电性大大增强。
• •
单晶硅与多晶硅
• 单晶硅是硅的单晶体，超纯的单晶硅具有几乎 完美的点阵结构，其纯度相当高，可以达到 99.9999999％以上，是一种良好的半导体材 料，是制作半导体器件和集成电路最主要的材 料。 • • 多晶硅是硅的多晶体。在力学性能、 电学性能等方面，多晶硅均不如单晶硅。多晶 硅是生产单晶硅的直接原料，其成本低廉，在 电子工业中被广泛用于制造半导体器件以及太 阳能电池等的基础材料。
•
• •
半导体的特性
• •
大家知道：半导体的导电性能比导体差而比绝缘体强。但半导体与导体、绝缘体的区别 不仅在于导电能力的不同，更重要的是它具有独特的性质。那么，半导体究竟有什么独 特的性质呢？ 我们称纯净的半导体为本征半导体，它的电阻率通常很高，但适当地掺入极微量的“杂 质”元素后，其导电性能就显著地增加，这是半导体最显著、最突出的特性──“掺杂特 性”，也是半导体具有非凡能力之源。人们可以给半导体掺入微量的某种特定的杂质元 素，精确控制它的导电能力，用以制作各种各样的半导体器件。 半导体的导电能力还与温度有着密切的关系。当环境温度升高时，半导体的导电能力就 会显著地增加；当环境温度下降时，半导体的导电能力就会显著地下降。这种特性称为 半导体的“热敏性”。热敏电阻就是利用半导体的这种特性制成的。 此外，很多半导体对光十分敏感，当有光照射在这些半导体上时，这些半导体就像导体 一样，导电能力很强；当没有光照射时，这些半导体就像绝缘体一样不导电，这种特性 称为“光敏性”，光电二极管、光电三极管和光敏电阻等，就是利用半导体的光敏特性 制成的。
微观世界的量子特性
• • 1900年德国科学家普朗克提出了量子理论，他认为光波、X射线和电磁 波不能以任意波长辐射，而必须以某种称为量子的单位辐射，并假设波 的频率越高，该量子的能量越大。这种量子特性真正体现了微观世界的 本性。 此后，丹麦物理学家玻尔首次将量子理论应用到原子中，并对 原子光谱的不连续性作出了解释。原子中电子的能量只能取一系列离散 的数值，就如电子处在一个个不连续的“阶梯”上，只有这些“阶梯” 上的电子才处于稳定态，电子可以在这些“阶梯”上跳上跳下。当电子 从一个较高的“阶梯”向一个较低“阶梯”跃迁时才发射光子能量，反 之吸收光子能量。 微观世界的量子特性是电子能级和晶体能带的理论基础。
•金刚石结构
单晶体与多晶体