元素半导体和化合物半导体
1）射频半导体工艺——GaAs半导体材料可以分为元素半导体和化合物
1.)射频半导体工艺——GaAs半导体材料可以分为元素半导体和化合物半导体两大类，元素半导体指硅、锗单一元素形成的半导体，化合物指砷化镓、磷化铟等化合物形成的半导体。
砷化镓的电子迁移速率比硅高5.7 倍，非常适合用于高频电路。
砷化镓组件在高频、高功率、高效率、低噪声指数的电气特性均远超过硅组件，空乏型砷化镓场效晶体管(MESFET)或高电子迁移率晶体管(HEMT/PHEMT)，在3 V 电压操作下可以有80 %的功率增加效率(PAE: power addedefficiency)，非常的适用于高层(high tier)的无线通讯中长距离、长通信时间的需求。
砷化镓元件因电子迁移率比硅高很多，因此采用特殊的工艺，早期为MESFET 金属半导体场效应晶体管，后演变为HEMT ( 高速电子迁移率晶体管)，pHEMT( 介面应变式高电子迁移电晶体)目前则为HBT ( 异质接面双载子晶体管)。
异质双极晶体管(HBT)是无需负电源的砷化镓组件，其功率密度(power density)、电流推动能力(current drive capability)与线性度(linearity)均超过FET，适合设计高功率、高效率、高线性度的微波放大器，HBT 为最佳组件的选择。
而HBT 组件在相位噪声，高gm、高功率密度、崩溃电压与线性度上占优势，另外它可以单电源操作，因而简化电路设计及次系统实现的难度，十分适合于射频及中频收发模块的研制，特别是微波信号源与高线性放大器等电路。
砷化镓生产方式和传统的硅晶圆生产方式大不相同，砷化镓需要采用磊晶技术制造，这种磊晶圆的直径通常为4-6 英寸，比硅晶圆的12 英寸要小得多。
磊晶圆需要特殊的机台，同时砷化镓原材料成本高出硅很多，最终导致砷化镓成品IC 成本比较高。
磊晶目前有两种，一种是化学的MOCVD，一种是物理的MBE。
2.)SiGe1980 年代IBM 为改进Si 材料而加入Ge，以便增加电子流的速度，减少耗能及改进功能，却意外成功的结合了Si 与Ge。
半导体化学3、化学基础知识
X射线衍射分析
X射线衍射原理
利用X射线在晶体中的衍射现象，通过分析衍射图谱获得晶体结 构信息。
半导体材料中的应用
用于确定半导体材料的晶体结构、晶格常数、晶体取向等。
实验方法与技巧
样品制备、实验参数设置、数据收集与处理等。
电子显微分析
1 2
电子显微技术
包括透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜 （SEM），利用电子束与物质相互作用产生的信 号进行成像分析。
气相沉积法
化学气相沉积（CVD）
在高温下，通过气体之间的化学反应在基片上沉积出固态薄膜。
物理气相沉积（PVD）
通过蒸发、升华或溅射等物理过程，使源材料从靶材上转移到基片上形成薄膜。
分子束外延（MBE）
在高真空或超高真空条件下，由装有各种所需组分的炉子加热而产生的蒸气，经小孔准直 后形成的分子束或原子束，直接喷射到适当温度的单晶基片上，同时控制分子束对衬底扫 描，就可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。
半导体化学3化学基础知识
目录
• 半导体化学概述 • 半导体材料基础知识 • 半导体材料制备技术 • 半导体材料表征技术 • 半导体器件加工工艺简介 • 半导体化学应用前景展望
01 半导体化学概述
半导体定义与分类
半导体定义
半导体是指常温下导电性能介于 导体与绝缘体之间的材料。
半导体分类
根据化学成分不同，半导体可分 为元素半导体（如硅、锗等）和 化合物半导体（如砷化镓、磷化 铟等）。
03
工程技术
与工程师合作，将半导体化学的研究成果应用于实际生产中，推动半导
体产业的创新发展。同时，通过不断的技术创新和改进，提高半导体器
件的性能和降低成本，满足不断增长的市场需求。
半导体材料的分类_及其各自的性能
其中晶态半导体又可以分为单晶半导体和多晶半导体。
上述材料中，锗(Ge)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)都是单晶，是由均一的晶粒有序堆积组成；而多晶则是由很多小晶粒杂乱地堆积而成。
对于非晶态半导体，有非晶态硅、非晶态锗等，它们没有规则的外形，也没有固定熔点，内部结构不存在长程有序，只是在若干原子间距内的较小范围内存在结构上的有序排列，称作短程有序。
另外，在实际应用中，根据半导体材料中是否含有杂质，又可以将半导体材料分为本征半导体和杂质半导体。
在下面的章节中将会介绍，杂质的存在将对材料的性能产生很大的影响。
二. 半导体材料的结构及其性能1.几种半导体材料的结构1.1金刚石结构型材料Si、Ge等Ⅳ族元素有4个未配对的价电子，每个原子只能与周围4个原子共价键合，使每个原子的最外层都成为8个电子的闭合壳层，因此共价晶体的配位数(即晶体中一个原子最近邻的原子数)只能是 4。
方向性是指原子间形成共价键时，电子云的重叠在空间一定方向上具有最高密度，这个方向就是共价键方向。
共价键方向是四面体对称的，即共价键是从正四面体中心原子出发指向它的四个顶角原子，共价键之间的夹角为109°28′，这种正四面体称为共价四面体，见图 1.2。
图中原子间的二条连线表示共有一对价电子，二条线的方向表示共价键方向。
共价四面体中如果把原子粗略看成圆球并且最近邻的原子彼此相切，圆球半径就称为共价四面体半径。
单纯依靠图1.2那样的一个四面体还不能表示出各个四面体之间的相互关系，为充分展示共价晶体的结构特点，图1.3(a)画出了由四个共价四面体所组成的一个Si、Ge晶体结构的晶胞，统称为金刚石结构晶胞，整个Si、Ge晶体就是由这样的晶胞周期性重复排列而成。
它是一个正立方体，立方体的八个顶角和六个面心各有一个原子，内部四条空间对角线上距顶角原子1/4对角线长度处各有一个原子，金刚石结构晶胞中共有8个原子。
金刚石结构晶胞也可以看作是两个面心立方沿空间对角线相互平移 1/4 对角线长度套构而成的。
半导体物理1-8章重点总结
半导体重点总结（1-7章）绪论1. 制作pn 结的基本步骤。
（重点，要求能够画图和看图标出步骤）第一章． 固体晶体结构1. 半导体基本上可以分为两类：位于元素周期表IV 元素半导体材料和化合物半导体材料。
大部分化合物半导体材料是III 族和V 族化合形成的。
2. 元素半导体，如：Si 、Ge ； 双元素化合物半导体，如：GaAs （III 族和V 族元素化合而成）、InP 、ZnS 。
类似的也有三元素化合物半导体。
3. 固体类型：（a ）无定形（b ）多晶（c ）单晶 图见P6 多晶：由两个以上的同种或异种单晶组成的结晶物质。
多晶没有单晶所特有的各向异性特征 准晶体: 有长程的取向序，沿取向序的对称轴方向有准周期性，但无长程周期性。
似晶非晶。
4. 原胞和晶胞：原胞是可以通过重复形成晶格的最小晶胞。
晶胞就是可以复制出整个晶体 的小部分晶体。
5. （a ）简立方 1 个原子（b ）体心立方 2 个原子（c ）面心立方 4 个原子计算方法：顶点的一个原子同时被8个晶胞共享，因此对于所求晶胞而言只占有了该原子的1/8；边上、面心和体心原子分别同时被4,2,1个晶胞共享，对于所求晶胞而言分别占有了该原子的1/4,1/2,1/2.如此计算。
例如（c ）图中8*1/8+6*1/2=1+3=4. 6. 晶格常数：所取的立方体晶胞的边长。
单位为A ,1A=10^-8cm. 7. 原子体密度：原子个数/体积。
比如上图（c ）假设晶格常数为5A 。
求原子体密度。
8．密勒指数（取面与x,y,z 平面截距的倒数）：密勒指数描述晶面的方向，任何平行平面都有相同的密勒指数。
9. 特定原子面密度：原子数/截面面积。
计算方法：计算原子面密度时求原子个数的方法与求体密度时的方法类似，但是应当根据面的原子共用情况来计算。
其中有一种较为简便的算法：计算该面截下该原子的截面的角度除处以360，即为该面实际占有该原子的比例。
举例1：计算下图（a ）中所显示面所拥有的原子个数和原子面密度：该面截取了顶角四个原子和体心一个原子，顶角每个原子与面的截面角度为90度，90/360=1/4,体心原子与面的截面角度为360度，360/360=1，所以原子总数,1+1+1/4*4=2()223384 3.210510cm ρ-==⨯⨯个原子/举例2：第一次作业中有一道小题是计算硅晶体在晶面（1,1,1）的面密度，晶格常数为a ，如下图可以知道如图所示的等边三角形的边长为√2*a,三个角顶点截面角度为60度，所以该面实际占据这个三个点的比率都为1/6,三个面心点截面角度为180度，所以该面实际占据这个三个点的比率都为1/2.所以该面拥有原子数为3*1/6+3*1/2=1/2+3/2=2.等边三角形面积为√3/2*a^2,所以可以算出面密度为4/(√3a^2).10. 晶向：与晶面垂直的矢量（在非简立方体晶格中不一定成立）。
半导体术语(荣)
2.1 半导体semiconductor：电阻率介于导体与绝缘体之间，其范围为的一种固体物质。
在较宽的温度范围内，电阻率随温度的升高而减小。
电流是由带正电的空穴和带负电的电子的定向传输实现的。
半导体按其结构可分为三类：单晶体、多晶体和非晶体。
2.2 元素半导体elemental semiconductor：由一种元素组成的半导体。
硅和锗是最常用的元素半导体。
2.3 化合物半导体compound semiconductor：由两种或两种以上的元素化合而成的半导体，如砷化稼、稼铝砷等。
2.4 本征半导体intrinsic semiconductor：晶格完整且不含杂质的单晶半导体，其中参与导电的电子和空穴数目相等。
这是一种实际上难以实现的理想情况。
实用上所说的本征半导体是指仅含极痕量杂质，导电性能与理想情况很相近的半导体。
2.5 导电类型conductivity type：半导体材料中多数载流子的性质所决定的导电特性。
2.6 n-型半导体n-type semiconductor：多数载流子为电子的半导体。
2.7 p-型半导体p-type semiconductor：多数载流子为空穴的半导体。
2.8 空穴hole：半导体价带结构中一种流动空位，其作用就像一个具有正有效质量的正电子电荷一样。
2.9 受主accepter：半导体中其能级位于禁带内，能“接受”价带激发电子的杂质原子或晶格缺陷，形成空穴导电。
2.10 施主donor：半导体中其能级位于禁带内，能向导带“施放”电子的杂质原子或晶格缺陷，形成电子导电。
2.11 载流子carrier：固体中一种能传输电荷的载体，又称荷电载流子。
例如，半导体中导电空穴和导电电子2.12 载流子浓度carrier concentration：单位体积的载流子数目。
在室温无补偿存在的情况下为电离杂质的浓度。
空穴浓度的符号为p,电子浓度的符号为n。
2.13 多数载流子majority carrier：大于载流子总浓度一半的那类载流子。
半导体材料分类
半导体材料分类
半导体材料是一种特殊的材料，其电学性质介于导体和绝缘体之间。
根据其化学成分和结构特点，半导体材料可以被分为以下几类： 1. 元素半导体：由单一的元素组成，例如硅(Si)、锗(Ge)等。
这些材料的导电性极弱，但在特定条件下能够被激活成为有效的导体。
2. 化合物半导体：由多个元素组合而成，例如氮化镓(GaN)、磷化铟(InP)等。
这些材料的导电性能较元素半导体更强，同时还具有
其他优良的物理和化学性能。
3. 合金半导体：由两种或两种以上的元素组合而成，例如锗硅
合金(GeSi)等。
这些材料的导电性能往往比单一化合物半导体更好，且还具有一些特殊的电学、光学等性质。
4. 有机半导体：由碳、氢、氧等有机分子组成，例如聚苯乙烯(Polyphenyl ethylene)、聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone)等。
这些材料的导电性能较差，但具有良好的可溶性、可加工性、透明性等特点，适用于柔性显示、光伏等领域。
5. 杂化半导体：由半导体材料和其他材料如金属、陶瓷等组合
而成，例如氧化铝浸涂硅片等。
这些材料具有特殊的结构和性质，适用于某些特定的应用领域。
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半导体材料硅基本性质
半导体材料硅的基本性质一．半导体材料固体材料按其导电性能可分为三类：绝缘体、半导体及导体，它们典型的电阻率如下：图1 典型绝缘体、半导体及导体的电导率范围半导体又可以分为元素半导体和化合物半导体，它们的定义如下：元素半导体：由一种材料形成的半导体物质，如硅和锗。
化合物半导体：由两种或两种以上元素形成的物质。
1)二元化合物GaAs —砷化镓SiC —碳化硅2)三元化合物As —砷化镓铝AlGa11AlInAs —砷化铟铝11半导体根据其是否掺杂又可以分为本征半导体和非本征半导体，它们的定义分别为：本征半导体：当半导体中无杂质掺入时，此种半导体称为本征半导体。
非本征半导体：当半导体被掺入杂质时，本征半导体就成为非本征半导体。
掺入本征半导体中的杂质，按释放载流子的类型分为施主与受主，它们的定义分别为：施主：当杂质掺入半导体中时，若能释放一个电子，这种杂质被称为施主。
如磷、砷就是硅的施主。
受主：当杂质掺入半导体中时，若能接受一个电子，就会相应地产生一个空穴，这种杂质称为受主。
如硼、铝就是硅的受主。
图（a）带有施主（砷）的n型硅 (b)带有受主（硼）的型硅掺入施主的半导体称为N型半导体，如掺磷的硅。
由于施主释放电子，因此在这样的半导体中电子为多数导电载流子（简称多子），而空穴为少数导电载流子（简称少子）。
如图所示。
掺入受主的半导体称为P型半导体，如掺硼的硅。
由于受主接受电子，因此在这样的半导体中空穴为多数导电载流子（简称多子），而电子为少数导电载流子（简称少子）。
如图所示。
二．硅的基本性质硅的基本物理化学性质硅是最重要的元素半导体，是电子工业的基础材料，其物理化学性质（300K）如表1所示。
性质符号单位硅（Si）原子序数Z 14原子量M原子密度个/cm3 ×1022晶体结构金刚石型晶格常数 a Å熔点Tm ℃1420 密度(固/液) ρg/ cm3介电常数ε0个/ cm3×1010本征载流子浓度ni本征电阻率ρi Ω·cm ×105电子迁移率μn cm2/(V·S) 1350空穴迁移率μp cm2/(V·S) 480电子扩散系数Dncm2/S空穴扩散系数Dp cm2/S禁带宽度（25℃）Eg eV导带有效态密度Nc cm-3×1019价带有效态密度Nvcm-3×1019器件最高工作温度℃250表1 硅的物理化学性质（300K）硅的电学性质硅的电学性质有两大特点：一、导电性介于半导体和绝缘体之间，其电阻率约在10-4～1010Ω·cm二、导电率和导电类型对杂质和外界因素（光热，磁等）高度敏感。
半导体材料的概念
半导体材料的概念半导体是指具有半导体特性的材料，它们在导电性能上介于导体和绝缘体之间。
半导体材料在电子、通信、能源、医疗等领域有着广泛的应用。
本文将介绍半导体材料的几种主要类型，包括元素半导体、化合物半导体、非晶半导体、有机半导体、金属间化合物、氧化物半导体以及合金与固溶体。
1.元素半导体元素半导体是指只由一种元素组成的半导体材料，如硅、锗等。
其中，硅是最常用和最重要的元素半导体之一，它具有高导电性能、高热导率以及稳定的化学性质，因此在微电子、太阳能电池等领域得到广泛应用。
2.化合物半导体化合物半导体是指由两种或两种以上元素组成的半导体材料，如GaAs、InP等。
这些化合物半导体具有较高的电子迁移率和特殊的能带结构，因此在高速电子器件、光电子器件等领域具有广泛的应用前景。
3.非晶半导体非晶半导体是指没有晶体结构的半导体材料，它们通常由化学气相沉积、物理气相沉积等方法制备。
非晶半导体具有较低的晶格缺陷和较高的电子迁移率，因此在太阳能电池、电子器件等领域得到广泛应用。
4.有机半导体有机半导体是指由有机分子组成的半导体材料，如聚合物的分子晶体、共轭分子等。
有机半导体具有较低的制造成本、较高的柔性和可加工性，因此在柔性电子器件、印刷电子等领域具有广阔的应用前景。
5.金属间化合物金属间化合物是指由两种或两种以上金属元素组成的化合物，如Mg3N2、TiS2等。
这些金属间化合物具有特殊的物理和化学性质，因此在电子器件、催化剂等领域具有潜在的应用价值。
6.氧化物半导体氧化物半导体是指由金属元素和非金属元素组成的氧化物，如ZnO、SnO2等。
这些氧化物半导体具有较高的电子迁移率和稳定性，因此在太阳能电池、电子器件等领域得到广泛应用。
7.合金与固溶体合金与固溶体是指由两种或两种以上的金属或非金属元素组成的混合物，如Ag-Cu合金、Zn-S固溶体等。
这些合金与固溶体具有特殊的物理和化学性质，因此在电子器件、催化剂等领域具有潜在的应用价值。
各种半导体类型的区别
各种半导体类型的区别半导体材料有很多种，根据它们的导电性能和用途，主要有以下几种类型：1. 本征半导体：本征半导体是不含有任何杂质的纯净半导体。
其导电性能主要取决于其内部的电子浓度。
在极低温度下，本征半导体的导电性能可能会非常低，甚至达到绝缘体的程度。
2. 元素半导体：元素半导体是由单一元素构成的半导体，如硅（Si）和锗（Ge）。
这些半导体的导电性能主要由其内部电子和空穴的运动决定。
3. 化合物半导体：化合物半导体是由两种或多种元素构成的化合物，它们以一定的比例结合，形成半导体材料。
化合物半导体有很多种，如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等。
这些半导体的导电性能取决于其内部电子和空穴的浓度以及能带结构。
4. 掺杂半导体：掺杂半导体是在纯净的半导体中掺入其他元素，以提高其导电性能。
掺入的元素通常会使半导体的导带中产生额外的电子或使价带中产生额外的空穴，从而提高其导电性能。
5. 有机半导体：有机半导体是由有机材料构成的半导体。
这些材料的导电性能通常低于无机半导体，但其制备工艺相对简单，且材料具有良好的柔韧性，因此在某些领域有一定的应用前景。
6. 非晶半导体：非晶半导体是由非晶态材料构成的半导体。
这些材料的原子排列较为无序，但能带结构与晶体半导体类似，因此具有一定的导电性能。
非晶半导体在制备薄膜器件方面具有一定的优势。
7. 纳米半导体：纳米半导体是指尺寸在纳米量级的半导体材料。
由于量子限域效应的存在，纳米半导体的能带结构和光学性质会发生改变，从而具有一些特殊的光电性能。
以上就是各种半导体的主要区别，每种类型都有其独特的特性和应用领域。
半导体材料有哪些
半导体材料有哪些
常用的半导体材料分为元素半导体和化合物半导体。
元素半导体是由单一元素制成的半导体材料。
主要有硅、锗、硒等，以硅、锗应用最广。
化合物半导体分为二元系、三元系、多元系和有机化合物半导体。
二元系化合物半导体有Ⅲ-Ⅴ族（如砷化镓、磷化镓、磷化铟等）、Ⅱ-Ⅵ族（如硫化镉、硒化镉、碲化锌、硫化锌等）、Ⅳ-Ⅵ族（如硫化铅、硒化铅等）、Ⅳ-Ⅳ族（如碳化硅）化合物。
三元系和多元系化合物半导体主要为三元和多元固溶体，如镓铝砷固溶体、镓锗砷磷固溶体等。
有机化合物半导体有萘、蒽、聚丙烯腈等，还处于研究阶段。
此外，还有非晶态和液态半导体材料，这类半导体与晶态半导体的最大区别是不具有严格周期性排列的晶体结构。
制备不同的半导体器件对半导体材料有不同的形态要求，包括单晶的切片、磨片、抛光片、薄膜等。
半导体材料的不同形态要求对应不同的加工工艺。
常用的半导体材料制备工艺有提纯、单晶的制备和薄膜外延生长。
1.1半导体材料
1.1半导体材料半导体是导电性能介于金属和绝缘体之间的一种材料。
半导体基本上可分为两类：位于元素周期表Ⅳ族的元素半导体材料和化合物半导体材料。
大部分化合物半导体材料是Ⅲ族和V 族元素化合形成的。
表1.1是元素周期表的一部分，包含了最常见的半导体元素。
表1.2给出了—些半导体材料(半导体也可以通过Ⅱ族和Ⅵ族元素化合得到，但本文基本上不涉及)。
由一种元素组成的半导体称为元素半导体，如Si 和Ge 。
硅是集成电路中最常用的半导体材料，而且应用越来越广泛。
双元素化合物半导体，比如GaAs 或GaP ，是由Ⅲ族和V 族元素化合而成的。
GaAs 是其中应用最广泛的一种化合物半导体。
它良好的光学性能使其在光学器件中广泛应用，同时也应用在需要高速器件的特殊场合。
我们也可以制造三元素化合物半导体，例如1x x Al Ga As ，其中的下标x 是低原子序数元素的组分。
甚至还可形成更复杂的半导体，这为选择材料属性提供了灵活性。
表1.1 部分元素周期表表1.2 半导体材料GaP 磷化镓GaAs 砷化镓InP 磷化铟1.2 固体类型无定型、多晶和单晶是固体的三种基本类型。
每种类型的特征是用材料中有序化区域的大小加以判定的。
有序化区域是指原子或者分子有规则或周期性几何排列的空间范畴。
无定型材料只在几个原子或分子的尺度内有序。
多晶材料则在许多个原子或分子的尺度上有序,这些有序化区域称为单晶区域，彼此有不同的大小和方向。
单晶区域称为晶粒，它们由晶界将彼此分离。
单晶材料则在整体范围内都有很高的几何周期性。
单晶材料的优点在于其电学特性通常比非单晶材料的好，这是因为晶界会导致电学特性的衰退。
图1.1是无定型、多晶和单晶材料的二维示意图。
1.3空间晶格我们主要关注的是原子排列具有几何周期性的单晶材料。
一个典型单元或原子团在三维的每一个方向上按某种间隔规则重复排列就形成了单晶。
晶体中这种原子的周期性排列称为晶格。
1.3.1 原胞和晶胞我们用称为格点的点来描述某种特殊的原子排列。
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。
半导体的基本理论
论文题目：半导体的基本理论课程名称：功能材料概论专业名称：应用化学学号：1109341009 姓名：成绩：2014年3月30日半导体的基本理论摘要：半导体和绝缘体之间的差异主要来自两者的能带宽度不同。
绝缘体的能带比半导体宽，意即绝缘体价带中的载流子必须获得比在半导体中更高的能量才能跳过能带，进入导带中。
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；化合物半导体包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物。
随着时代的发展，半导体的市场需求已经步入了黄金时期。
关键词:半导体；元素半导体；磁性材料；半导体元件；能带理论The Basic Theory of Semiconductors Abstract：Differences between the semiconductor and the insulator can be different from the width of the main two . Insulator band width than the semiconductor , an insulator means of the valence band of the carrier must be higher than the energy to jump in the semiconductor energy band into the conduction band .Many semiconductor materials, according to the chemical composition of the semiconductor elements can be divided into two categories, and compound semiconductors . Germanium and silicon is the most commonly used semiconductor element ; Ⅲfirst compound semiconductor comprises a first aromatic compound Ⅴ. With the development of the times , the needs of the semiconductor market has entered a golden age .Key words：semiconductors；element semiconductor；magnetic material；semiconductor components；energy band theory引言半导体是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。
半导体材料基础_基本特性
硅 检波器
硅 晶体管
1950年G.K.Teel 直拉法
较大的锗单晶
进 入 成 长 期 1950
1952年H.Welker 发现Ⅲ-Ⅴ族化 合物
1957年 第一颗砷化镓
单晶诞生
1960
1952年G.K.Teel 直拉法
第一根硅单晶
1955年德国西门子 氢还原三氯硅烷法
制得高纯硅
1958年 W.C.Da sh无位 错硅单
硅外延 技术
成 熟 期
1960
1963年 用液相外延法生长 砷化镓外延层，
半导体激光器
And then?
1970
1963年砷化镓 微波振荡效应
1965年 J.B.Mullin发 明氧化硼液封 直拉法砷化镓
单晶
分子束外延MBE 金属有机化学汽相沉积MOCVD 半导体超晶格、量子阱材料
杂质工程
能带工程
杂质半导体 在纯净的单晶体硅中，掺入微量的五价杂质元素，如磷、砷、
锑等，使原来晶格中的某些硅原子被五价杂质原子所取代，便
构成N型半导体。在纯净的单晶硅中掺入微量的三价杂质元素，
如硼、镓、铟等，便构成P型半导体。
＋4
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本征半导体 纯净的单晶半导体称为本征半导体，即不含任何杂质，结构完 整的半导体。绝对零度下，本征半导体相当于绝缘体；室温下， 一部分价电子挣脱共价键束缚，形成电子-空穴对。本征激发 很弱。
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价电子
共价键
空穴
自由
电子
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半导体物理基本知识
半导体物理基本知识一、导体、半导体和绝缘体物质就其导电性来说，可以分为绝缘体、半导体、和导体。
电阻率大于109欧姆·厘米的物体称为绝缘体，小于10-4欧姆·厘米的物体为导体，电阻率介于10-4～109欧姆·厘米的物体为半导体。
二、半导体材料的种类半导体材料种类繁多，从单质到化合物，从无机物到有机物，从单晶体到非晶体，都可以作为半导体材料。
半导体材料大致可以分为以下几类：1、元素半导体元素半导体又称为单质半导体。
在元素周期表中介于金属与非金属之间的Si、Ge、Se、Te、B、C、P等元素都有半导体的性质。
在单质元素半导体中具有实用价值的只有硅、锗、硒。
而硅和锗是最重要的两种半导体材料。
尤其半导体硅材料已被广泛地用来制造各种器件、数字和线性集成电路以及大规模集成电路等。
硒作为半导体材料主要用做整流器，但由于硅、锗制造的整流器比硒整流器性能良好，所以硒逐渐被硅、锗取代。
2、化合物半导体化合物半导体是AⅢBⅤ型化合物，由元素中期表中ⅢA族的Al、Ga、和ⅤA族的P、As、Sb等合成的化合物成为AⅢBⅤ型化合物。
如AlP、GaAs、GaSb、InAs、InSb。
在这一类化合物半导体中用最广泛的是GaAs，它可以用来制作GaAs晶体管、场效应管、雪崩管、超高速电路及微波器件等。
3、氧化物半导体许多金属的氧化物具有半导体性质，如Cu2O、CuO、ZnO、MgO、Al2O3等等。
4、固溶体半导体元素半导体和无机化合物半导体相互溶解而成的半导体材料成为固溶体半导体。
如：Ge-Si、GaAs-GaP，而GaAs-GaP是发光二极管的材料。
5、玻璃半导体玻璃半导体是指具有半导体性质的一类玻璃。
如氧化物玻璃半导体和元素玻璃半导体，氧化物玻璃半导体是由V2O5、P2O5、Bi2O3、FeO、CaO、PbO等中的某几种按一定配比熔融后淬冷而成。
元素玻璃半导体是由S、Se、Te、As、Sb、Ge、Si、P等元素中的某几种，一定配比熔融后淬冷而成。
半导体的材料组成
半导体的材料组成
半导体的材料组成主要是元素半导体和化合物半导体。
元素半导体是由单一元素构成的半导体，如硅、锗、硒等。
其中，硅是最常用的元素半导体材料之一，其原子结构为14个电子，其中4个为价电子，因此硅原子可以与其他硅原子共享电子，形成共价键，从而形成晶体结构。
锗也是一种常用的元素半导体材料，其原子结构与硅类似，但其导电性能比硅差。
硒是一种具有较高迁移率的元素半导体材料，但由于其化学性质活泼，易受空气中的氧气和水蒸气的影响，因此在实际应用中受到限制。
化合物半导体是由两种或多种元素构成的半导体，如砷化镓、磷化镓等。
其中，砷化镓是一种常用的化合物半导体材料，其原子结构为31个电子，其中3个为价电子。
与其他半导体材料相比，砷化镓具有较高的电子迁移率和空穴迁移率，因此被广泛应用于高速电子器件、光电子器件和微波器件等领域。
此外，还有非晶态半导体和有机半导体等其他类型的半导体材料。
非晶态半导体材料是由长程无序和短程有序的结构组成的，如非晶硅和非晶锗等。
有机半导体材料则是由有机化合物构成的半导体材料，如聚乙炔、酞菁等。
这些材料在柔性电子器件等领域具有广阔的应用前景。
元素半导体和化合物半导体
元素半导体和化合物半导体引言：半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，其导电性介于金属和非金属之间。
半导体材料广泛应用于电子技术领域，如集成电路、太阳能电池等。
根据构成半导体的化学元素类型，半导体可分为元素半导体和化合物半导体两大类。
本文将分别介绍这两类半导体的特点和应用。
一、元素半导体：元素半导体是由一种纯粹的化学元素构成的半导体材料，常见的元素半导体有硅(Si)和锗(Ge)。
这两种元素半导体具有以下特点：1. 硅和锗的晶体结构：硅和锗都属于周期表中的第四族元素，它们的晶体结构是钻石型结构，即每个原子与四个邻近原子通过共价键相连，形成三维网格。
2. 硅和锗的能带结构：元素半导体的能带结构决定了其导电性质。
在绝对零度时，硅和锗的价带都是完全填满的，而导带是空的。
这意味着在零度下，硅和锗是绝缘体。
3. 杂质掺杂：为了改变硅和锗的导电性质，常常将适量的其他元素引入其中，这个过程称为掺杂。
常见的掺杂元素有磷(P)和硼(B)。
掺杂磷或硼后，硅和锗的导电性发生了显著改变，成为了半导体。
4. p型和n型半导体：在掺杂过程中，掺入五价元素（如磷）的区域称为n型区，其中导电主要由自由电子负责；而掺入三价元素（如硼）的区域称为p型区，其中导电主要由空穴负责。
p型和n 型区域相接形成的结构称为p-n结，是半导体器件的基础。
5. 元素半导体的应用：元素半导体是现代电子技术的基础材料，被广泛应用于集成电路、太阳能电池、传感器等领域。
其中，硅是最主要的元素半导体材料，其在集成电路领域占据统治地位。
二、化合物半导体：化合物半导体是由两种或多种不同元素组成的半导体材料，常见的化合物半导体有砷化镓(GaAs)、磷化氮(GaN)等。
化合物半导体相较于元素半导体，具有以下特点：1. 晶体结构：化合物半导体的晶体结构较为复杂，常见的有锌刚石型、岩盐型、闪锌矿型等。
不同的晶体结构决定了化合物半导体的电子能带结构和导电性质。
2. 带隙宽度：化合物半导体的带隙宽度通常比元素半导体大，这使得化合物半导体在能带结构和导电性质上与元素半导体有所不同。
半导体材料的种类
半导体材料的种类
半导体材料可按化学组成来分，再将结构与性能比较特殊的非晶态与液态半导体单独列为一类。
按照这样分类方法可将半导体材料分为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体。
元素半导体：
在元素周期表的ⅢA族至IVA族分布着11种具有半导性的元素，其中C表示金刚石。
C、P、Se具有绝缘体与半导体两种形态;B、Si、Ge、Te 具有半导性；Sn、As、Sb具有半导体与金属两种形态。
P的熔点与沸点太低，Ⅰ的蒸汽压太高、容易分解，所以它们的实用价值不大。
As、Sb、Sn的稳定态是金属，半导体是不稳定的形态。
B、C、Te也因制备工艺上的困难和性能方面的局限性而尚未被利用。
因此这11种元素半导体中只有Ge、Si、Se 3种元素已得到利用。
Ge、Si仍是所有半导体材料中应用最广的两种材料。
无机化合物半导体：。
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元素半导体和化合物半导体
引言
半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，具有电导率较低的特点。
根据其组成和性质的不同，半导体可以分为元素半导体和化合物半导体。
本文将分别介绍这两种类型的半导体。
一、元素半导体
元素半导体是由单一元素构成的半导体材料，最常见的元素半导体是硅（Si）和锗（Ge）。
这两种元素都属于第四主族，具有四个价电子。
在晶体结构中，这些价电子形成共价键，使得电子在晶格中能够自由移动。
元素半导体的电导率通常较低，原因是在绝对零度时，晶体中的所有价电子都占据价带，没有自由电子。
但是，当元素半导体受到能量激发时，一部分价电子会跃迁到导带中，形成自由电子和空穴，从而增加了电导率。
元素半导体的电导率还可以通过掺杂来调控。
掺杂是向晶体中引入少量杂质，改变晶体中的电荷载流子浓度。
N型掺杂是向晶体中引入五价元素，如磷（P），使得晶体中形成多余的电子，增加了电导率。
P型掺杂是引入三价元素，如硼（B），使得晶体中形成多余的空穴，同样也会增加电导率。
二、化合物半导体
化合物半导体是由两种或多种元素组成的半导体材料，最常见的化合物半导体是砷化镓（GaAs）和硒化锌（ZnSe）。
化合物半导体的晶体结构比较复杂，通常采用砷化镓这样的III-V族化合物或硒化锌这样的II-VI族化合物。
化合物半导体相对于元素半导体来说，具有更高的电导率和更好的电子迁移性能。
这是因为化合物半导体的晶格结构中，不同元素的电子云有较大的重叠，电子之间的相互作用更强，电子迁移更容易。
此外，化合物半导体的能带结构和禁带宽度也与元素半导体有所不同，使得化合物半导体在特定的应用中具有优势。
化合物半导体的掺杂方式与元素半导体类似，通过引入杂质改变载流子浓度，从而调控电导率。
不同的是，化合物半导体通常采用III 族和V族元素掺杂（如砷化镓中的硅掺杂）或II族和VI族元素掺杂（如硒化锌中的铝掺杂）。
总结
元素半导体和化合物半导体是半导体材料的两种主要类型。
元素半导体由单一元素构成，如硅和锗，具有较低的电导率，可以通过掺杂来调控。
化合物半导体由两种或多种元素组成，如砷化镓和硒化锌，具有较高的电导率和电子迁移性能，也可以通过掺杂来改变电导率。
这两种半导体材料在电子学和光电子学等领域都有广泛的应用，为现代科技的发展做出了重要贡献。