材料学基础杂质半导体

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杂质补偿半导体

杂质补偿半导体
（实用版）
目录
1.半导体概述
2.杂质补偿半导体的概念和原理
3.杂质补偿半导体的应用
4.杂质补偿半导体的发展前景
正文
1.半导体概述
半导体是一种电子材料，介于导体和绝缘体之间，具有特殊的电导率特性。

半导体可以分为两大类：元素半导体和化合物半导体。

元素半导体主要包括硅（Si）、锗（Ge）等，化合物半导体包括砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）等。

半导体材料可以制成二极管、晶体管、场效应管等多种电子元件，广泛应用于电子、光电子和微电子领域。

2.杂质补偿半导体的概念和原理
杂质补偿半导体是指在半导体材料中掺杂一定量的杂质元素，以改变半导体的电导率特性。

杂质补偿半导体通常采用五价元素（如磷、砷）和三价元素（如硼、铟）进行掺杂。

掺杂过程中，五价元素会取代半导体晶格中的一部分四价元素，形成“空穴”（电子空位），而三价元素会取代半导体晶格中的一部分四价元素，形成“电子”。

这样，半导体材料中的电子浓度和空穴浓度得到平衡，使得半导体的电导率特性得到改善。

3.杂质补偿半导体的应用
杂质补偿半导体广泛应用于半导体照明、太阳能电池、光电子器件、微电子器件等领域。

例如，在半导体照明领域，通过杂质补偿可以提高 LED 器件的发光效率和稳定性；在太阳能电池领域，杂质补偿半导体可以提高
电池的光电转换效率，从而提高太阳能的利用率。

4.杂质补偿半导体的发展前景
随着科技的不断发展，对半导体材料的性能要求越来越高。

杂质补偿半导体技术作为一种提高半导体材料性能的有效手段，具有很大的发展潜力。

半导体分类

半导体分类
半导体是指导电性介于导体和绝缘体之间的材料。

根据半导体的具体性质和用途，可以将其分为以下几类：
1. 基础半导体：基础半导体是指具有半导体特性的单一材料。

常见的基础半导体包括硅、锗、碲等。

2. 掺杂半导体：为了调节半导体的电性能，可以向其中掺入少量的杂质。

掺入少量的五价元素（如磷）会使半导体中出现多余的电子，形成n型半导体；而掺入少量的三价元素（如硼）会使半导体中出现少量的空穴，形成p型半导体。

3. 复合半导体：复合半导体通常由两种或两种以上不同的基础半导体通过特定的工艺方法组合而成。

复合半导体的性能一般比单一的基础半导体好，可以应用在更广泛的领域中。

4. III-V族半导体：III-V族半导体是指由III族元素和V族元素组成的半导体材料。

常见的III-V族半导体有氮化镓、砷化镓等，这些材料已经广泛应用于高频电子器件、光电器件等领域。

5. II-VI族半导体：II-VI族半导体是指由II族元素和VI族元素组成的半导体材料。

常见的II-VI族半导体有硫化锌、硒化镉等，这些材料在太阳能电池、蓝绿光发光二极管等领域有广泛的应用。

总之，半导体具有广泛的应用前景，不同类型的半导体材料和器件在不同的领域中都有着独特的应用价值。

- 1 -。

半导体基础

1.稳压管的伏安特性
1.3 稳压二极管
2.稳压管的主要参数 1).稳定电压 Uz 2).稳定电流 Iz 4）.动态电阻rz
5）.温度系数α
3）.额定功耗 PZM
1.3 稳压二极管
例：如图所示是一个简单的并联稳压电路。 R为限流电阻，求 R 上的电压值VR和电流值。
1k + +
Vz 7V
_
Dz
热敏元件、光敏元件
1.1 半导体基础知识
3．杂质半导体 ⑴ N型半导体
在本征半导体中掺入五价杂质（如磷），则形成N 型半导体，电子为多数载流子，空穴为少数载流子，主要依靠电子导电。
1.1 半导体基础知识
3．杂质半导体
⑵ P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质，则形成P 型半导体，空穴为多数载流子，电子为少数载流子，主要依靠空穴导电。
解：
1.2 半导体二极管
【例1－2】电路如图所示，二极管导通电压UD～ 0.7V，分别计算开关断开和关闭时输出电压的数值
解：利用压降模型分析电路开关断开时，输出电压为 U0=V1-UD=6-0.7=5.3V 开关闭合后，二极管外加反向电压截止，故输出电压为 V2＝12V
1.2 半导体二极管
1.1 半导体基础知识
1.1.2 PN结 1．PN结的形成
空穴电子浓度差
引起载流子扩散
空间电荷区（耗尽层）
平衡形成PN结
内建电场E 空间电荷区：只有少数载流子，导电性很差，看作绝缘区
1.1 半导体基础知识
PN结形成的动画
1.1 半导体基础知识
2．PN结的单向导电特性 ⑴ PN结加正向电压 ⑵ PN结加反向电压
形成空穴电流

固体与半导体物理-第九章半导体中的杂质和缺陷能级

贵州大学新型光电子材料与技术研究所
• 等电子陷阱俘获载流子后成为带电中心，这一带电中心又能俘获另一种相反符号的载流子，形成束缚激子。这种束缚激子在由间接带隙半导体材料制造的发光器件中起主要作用。
• 填隙式杂质：杂质原子位于格点之间的间隙式位置。填隙式杂质一般较小。
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2. 施主杂质和施主能级（以Si、Ge为例） • V族元素（如P）进入到在Si、Ge晶体中时，与近邻原
子形成四个共价键，还有一个多余的电子，同时原子所在处成为正电中心。 • V族元素取代Si、Ge后，其效果是形成一正电中心和一多余的电子，多余的电子只需很小的能量即可跃迁至导带成为自由电子。 • Si、Ge 晶体中的V族杂质能提供多余的电子，因此称为施主杂质。存在施主杂质的半导体导电时以电子导电为主，称n型半导体。
• 深能级测量：深能级瞬态谱仪。
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9.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物中的杂质能级
• Ⅲ-Ⅴ族化合物也是典型的半导体，具有闪锌矿型结构，杂质进入到半导体中，既可以占据正常格点位置成为替位式杂质，也可以占据格点间的间隙位置成为填隙式杂质。
• 因为Ⅲ-Ⅴ族化合物中有两种不同的原子，因而杂质进入到ⅢⅤ族化合物中情况要复杂得多：杂质替位式杂质既可以取代Ⅲ 族元素的原子，也可以取代Ⅴ族元素的原子。同样，填隙式杂质如果进入到四面体间隙位置，其周围既可以是四个Ⅲ族元素原子，也可以是四个Ⅴ族元素原子。
• 只有当掺入原子与基质晶体原子在电负性、共价半径方面具有较大差别时，才能形成等电子陷阱。
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• 同族元素原子序数越小，电负性越大，共价半径越小。

本征半导体与杂质半导体

本征半导体与杂质半导体什么是半导体？半导体是指不同于导体和绝缘体的一种具有中间导电性质的材料。

在外界条件下，半导体的导电性介于导体和绝缘体之间，具有独特的电学和光学性质。

常见的半导体有硅、锗、砷化镓等。

本征半导体本征半导体是指不加杂质掺入的半导体材料。

它的导电性主要来自于半导体内在的电子、空穴和晶格振动。

在整个半导体晶体中，电子和空穴的浓度是相等的。

在零温度情况下，本征半导体没有自由电子和空穴参与导电，也就是不存在电流。

杂质半导体杂质半导体是指通过杂质元素的掺入来改变本征半导体的电学性质。

杂质掺入后，会形成少量带电的杂质离子，使半导体内部形成电势差，进而产生电流。

常用的掺杂元素有硼、磷、锗等。

杂质掺入后，半导体会出现P型和N型两种类型。

P型半导体P型半导体中, 杂质原子掺入后，少了一个电子，也就是说出现了一个空穴。

这些空穴具有正电荷，所以P型半导体的载流子以空穴为主。

N型半导体N型半导体中，杂质原子掺入后，多一个电子，这些电子以自由电子为主。

当外界施加电场时，自由电子会在材料内移动，这就产生了电流。

P-N结P型和N型半导体结合起来就可以构成P-N结。

P-N结是当前半导体器件最重要的基本器件，应用极为广泛。

在P-N结内部，P型和N型材料的电子和空穴进行了扩散，形成耗尽区。

在放置一个外部电压时，P-N结内就会产生正向偏置和反向偏置的电场。

本征半导体和杂质半导体的应用本征半导体材料特有的性质，使它在制造电子元器件方面具有广泛应用。

例如，对于太阳电池等光电器件而言，选择的都是杂质半导体材料。

而在集成电路和半导体激光器等微电子领域，则更多地采用本征半导体。

此外，半导体材料还可应用于热电器件、热像仪等科学领域。

通过本文，可以了解到半导体材料，以及其分类：本征半导体和杂质半导体。

这两种半导体材料在电子器件制造及微电子领域应用极广，是当今世界发展的关键技术领域之一。

半导体基础知识

PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。
结电容： C j Cb Cd
清华大学华成英 hchya@
§2 半导体二极管
一、二极管的组成二、二极管的伏安特性及电流方程三、二极管的等效电路四、二极管的主要参数五、稳压二极管
导通电压
0.6~0.8V 0.1~0.3V
反向饱和电流
开启电压
温度的电压当量
开启电压
0.5V 0.1V
反向饱和电流
1µA以下几十µA
从二极管的伏安特性可以反映出： 1. 单向导电性 u i IS (eU T 1) 正向特性为
指数曲线
若正向电压 UT，则i ISe u
u UT
3、本征半导体中的两种载流子
运载电荷的粒子称为载流子。外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数目很少，故导电性很差。温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。热力学温度0K时不导电。两种载流子
二、杂质半导体
1. N型半导体
多数载流子杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。
一、二极管的组成
将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。
小功率二极管
大功率二极管
稳压二极管
发光二极管
二、二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u )
i IS (e
u UT
1)
(常温下 UT 26m ) V
材料
硅Si 锗Ge

半导体中的杂质和缺陷

不含任何杂质
实际应用中的
极其微量的杂质和缺陷，能够对半导体材料的物理性质和化学性质产生决定性的影响
在硅晶体中，若以105个硅原子中掺入一个杂质原子的比例掺入硼(B)原子，则硅晶体的导电率在室温下将增加103倍。用于生产一般硅平面器件的硅单晶，位错密度要求控制在103cm-2以下，若位错密度过高，则不可能生产出性能良好的器件。(缺陷的一种)
添加标题
实验测得，Ⅴ族元素原子在硅、锗中的电离能很小，在硅中电离能约为0.04~0.05eV，在锗中电离能约为0.01eV，比硅、锗的禁带宽度小得多。
2.1.2 施主杂质、施主能级3
2.1.2 施主杂质、施主能级4
2.1.3 受主杂质、受主能级1
硅中掺入硼（B）为例，研究Ⅲ族元素杂质的作用。当一个硼原子占据了硅原子的位置，如图所示，硼原子有三个价电子，当它和周围的四个硅原子形成共价键时，还缺少一个电子，必须从别处的硅原子中夺取一个价电子，于是在硅晶体的共价键中产生了一个空穴。硼原子成为一个带有一个负电荷的硼离子（B-），称为负电中心硼离子。其效果相当于形成了一个负电中心和一个多余的空穴。
利用杂质补偿的作用，就可以根据需要用扩散或离子注入等方法来改变半导体中某一区域的导电类型，以制备各种器件。
若控制不当，会出现ND≈NA的现象，这时，施主电子刚好填充受主能级，虽然晶体中杂质可以很多，但不能向导带和价带提供电子和空穴，（杂质的高度补偿）。这种材料容易被误认为是高纯度的半导体，实际上却含有很多杂质，性能很差。
2.1.3 受主杂质、受主能级2
02
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03
单击此处添加小标题
单击此处添加小标题
01
2.1.3 受主杂质、受主能级3

半导体基础知识

半导体基础知识1．什么是导体、绝缘体、半导体？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。

2．半导体材料的特征有哪些？（1）导电能力介于导体和绝缘体之间。

（2）当其纯度较高时，电导率的温度系数为正值，随温度升高电导率增大；金属导体则相反，电导率的温度系数为负值。

（3）有两种载流子参加导电，具有两种导电类型：一种是电子，另一种是空穴。

同一种半导体材料，既可形成以电子为主的导电，也可以形成以空穴为主的导电。

（4）晶体的各向异性。

3．简述N型半导体。

常温下半导体的导电性能主要由杂质来决定。

当半导体中掺有施主杂质时，主要靠施主提供电子导电，这种依靠电子导电的半导体叫做N型半导体。

例如：硅中掺有Ⅴ族元素杂质磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、铋（Bi）时，称为N型半导体。

4．简述P型半导体。

当半导体中掺有受主杂质时，主要靠受主提供空穴导电，这种依靠空穴导电的半导体叫做P型半导体。

例如：硅中掺有Ⅲ族元素杂质硼（B）、铝（Al）、镓（Ga）、铟（In）时，称为P型半导体。

5．什么是半绝缘半导体材料？定义电阻率大于107Ω*cm的半导体材料称为半绝缘半导体材料。

如：掺Cr的砷化镓，非掺杂的砷化镓为半绝缘砷化镓材料。

掺Fe的磷化铟，非掺杂的磷化铟经退火为半绝缘磷化铟材料。

半导体材料定义

半导体材料定义
半导体材料是指在温度介于绝对零度和金属化温度之间时，逆转密度
从绝缘体增加至与金属相当，且具有良好电导率和半导体特性的材料。

这类材料可以分为两类：本质半导体和杂质半导体。

本质半导体指纯净的半导体材料，其中掺杂原子只有单一种类，如硅（Si）和锗（Ge）等材料。

这些材料在纯净的情况下，没有自由电子
或空穴存在，因此位于能带的中间，其电导率比金属和导体低，比绝
缘体高。

杂质半导体则是在本质半导体中掺入极少量的杂质原子，如磷（P）、硼（B）等，从而改变了能带结构和电流的传导方式。

这种杂质掺入的过程叫做“掺杂”，掺杂后的材料称为“掺杂半导体”，其中“施主
离子”和“受主离子”分别被用来描述杂质掺杂的两种情况。

施主离
子指掺入杂质后形成“自由电子”，受主离子则是指形成了“空穴”。

半导体材料具有较高的导热率和热扩散性能，使其在高温、高压下依
然能够保持良好的电性能，而且对电压、电流、光等各种信号的响应
速度都比较快，因此广泛应用于半导体器件、光电子器件、光伏、光
催化等方面，是现代电子技术和信息技术的基础材料之一。

总之，半导体材料是一种特殊的材料，具有介于导体和绝缘体之间的电性能，被广泛应用于电子、信息、光电领域，是现代科技发展进步的重要推动力。

半导体物理学-半导体中杂质和缺陷能级

氢原子中电子的能量：En
m0q4
802h2n2
n=1时,基态电子能量 E18m 002qh42 13.6eV
n=时，氢原子电离 E=0
氢原子的电离能
E 0E E 11.6 3eV
精选课件ppt
26
mn* 0.12m0
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
晶体内杂质原子束缚的电子与类氢模型相比：
m0mn*, mp*; 0 r0
●● ●● ●● ●●
对于Si中的P原子，剩余电子的运动
半径：r ~ 6○5 Å
精选课件ppt
对于Ge中的P 原子，r 85 Å
10
多余价电子
+4 +4
磷原子
+5 +4
Ⅴ族元素有5个价电子，其中的四个价电子与周围的四个硅原子形成共价键，还剩余一个电子，同时Ⅴ族原子所在处也多余一个正电荷，称为正离子中心，所以，一个Ⅴ族原子取代一个硅原子，其效果是形成一个正电中心和一个多余的电子。
施主杂质的电离能： E D8m r 2n *q 0 24 h2m m 0 n *E r 2 01.6 3 m m 0n *r 2
Si: mn* 0.26m0 r 12 ED0.02e5V
Ge: mn* 0.12m0 r 16 ED0.00e6V 4
受主杂质的电离能 E A 精选课件p8 ptm r 2 P *q 0 2h 42m m P * 0E r 2 0 1.6 3 m m 0P * 2r 72
金钢石晶体结构中的四面体间隙位置内部4个原子构成T空隙
金钢石晶体结构中的六角形间隙位置 3个邻位面心+3个内部原子构成H空隙
精选课件ppt
7
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级

半导体基重要础知识点

半导体基重要础知识点半导体是一种能够在特定条件下同时具备导电和绝缘特性的材料。

它在电子学和光电子学领域具有广泛的应用，如构建集成电路、光电器件等。

了解半导体材料的重要基础知识点对于深入理解和应用相关技术至关重要。

1. 常见半导体材料：常见的半导体材料包括硅（Si）和锗（Ge），它们是最常用的半导体材料。

此外，化合物半导体材料如砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）也具有重要的应用价值。

2. 能带理论：能带是描述半导体材料中电子能级分布的概念。

根据能带理论，半导体中的电子可以分布在价带和导带两个能级上。

价带是电子的基本稳定能级，导带是电子可以进行自由运动的能级。

同时，禁带能隙是价带和导带之间的能量间隔，用于描述半导体的导电特性。

3. 本征半导体和杂质半导体：本征半导体是指纯净的半导体材料，其导电性主要由少数载流子（电子和空穴）携带。

杂质半导体是通过掺杂少量的杂质原子来改变半导体的导电性能，例如掺入磷或硼等杂质可以形成P型和N型半导体。

4. P-N结：P-N结是P型半导体和N型半导体的结合部分，是构成二极管等电子器件的基础。

在P-N结中，P区域富含空穴而N区域富含电子，形成一个势垒。

当施加外加电压时，P-N结的导电性质会发生变化，实现了电流的单向导通。

5. 半导体器件：半导体材料可以用来制造各种各样的器件，如二极管、晶体管、场效应晶体管、光电二极管等。

这些器件在电子学和光电子学中扮演着重要的角色，用于信号放大、开关控制、光电转换等应用。

6. 器件封装与集成电路：半导体器件通常需要进行封装，以保护芯片并提供电路连接功能。

封装可以采用多种形式，如双列直插封装（DIP）、表面贴装封装（SMT）等。

此外，集成电路技术使得将多个器件集成在单个芯片上成为可能，实现了更高的集成度和功能复杂性。

以上是半导体基础知识的一些重要点，深入学习和理解这些内容将使你对半导体技术的应用和发展有更全面的认识。

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。

半导体材料的基础知识

半导体材料的基础知识半导体材料是一种在现代电子学和信息技术中应用广泛的材料。

它的基础性质和应用原理可以说是当代物理学和电子技术的重要研究内容。

在本文中，我们将介绍半导体材料的基础知识。

1. 半导体材料的基本结构半导体材料通常由硅，锗，蓝宝石，碳化硅等多种材料组成。

半导体材料的结构比较复杂，但是可以分为三个主要部分：晶格结构，杂质、缺陷与材料表面。

（1）晶格结构半导体材料是由晶体结构组成的，它具有一定的周期性和对称性。

硅族元素和氮族元素晶格结构通常为立方晶系，锗和砷的晶格结构则为钻石晶系。

晶格结构的大小和组成决定了材料的物理性质。

（2）杂质、缺陷和材料表面半导体材料的表面和晶界可能存在杂质和缺陷。

杂质是指掺入半导体晶体中的不同元素，通常称为掺杂。

这种掺杂可以改变材料的特性，如电导率、热导率等，从而使其达到所需的性能。

缺陷则是材料的晶体中的结构性变化。

他们可以导致材料的导电性变化，从而影响整个电子系统的运行效果。

2. 半导体物理特性半导体材料数电子学通常被用于发展系统和设备。

因为半导体材料具有一些特殊的物理和电学特性。

（1）导电类型半导体材料的导电型别主要有p型和n型。

它们的特点在于材料中的掺杂浓度不同。

p型是指加入含有三个电子的元素，取代了材料中原来的元素。

这些三价元素可以在p型半导体中留下空位置，其中可以容纳自由电子，从而形成电子空穴。

n型半导体与p 型有所不同，它是通过向材料中掺入含有五个电子的元素来形成的，如磷、硒等元素。

这些五价元素可以提供更多的自由电子，从而导致电子流通的过程。

（2）禁带宽度半导体材料有一个固有的能带结构，这个能带称为禁带。

当材料导电时，电子从导带中被激发到价带中。

而导带和价带之间的距离称为禁带宽度。

这个宽度影响材料的电性质，并且也很重要，因为它决定了材料能否被用作半导体器件的基础。

3. 典型半导体器件半导体材料不仅可以作为电子元器件的基础材料，还可以制成各种各样的器件。

半导体材料中的杂质

半导体材料中的杂质impurity in semiconductor material半导体晶格中存在的与其基体不同的其他化学元素原子。

杂质的存在使严格按周期性排列的原子所产生的周期性势场受到破坏，这对半导体材料的性质产生决定性的影响。

杂质元素在半导体材料中的行为取决于它在半导体材料中的状态，同一种杂质处于间隙态或代位态，其性质也会不同。

电活性杂质在半导体材料的禁带中占有一个或几个位置作为杂质能级。

按照杂质在半导体材料中的行为可分为施主杂质、受主杂质和电中性杂质。

按照杂质电离能的大小可分为浅能级杂质和深能级杂质。

浅能级杂质对半导体材料导电性质影响大，而深能级杂质对少数载流子的复合影响更显著。

氧、氮、碳在半导体材料中的行为比较复杂，所起的作用与金属杂质不同，以硅和砷化稼为例叙述杂质的行为。

硅中的杂质主要有金属杂质和氧、碳。

金属杂质分为浅能级杂质和深能级杂质。

l族元素硼、铝、稼、锢和v族元素磷、砷、锑，它们在硅中的能级，位于导带底或价带顶的附近，电离能级小，极易离化，因此称为浅能级杂质。

它们是硅中主要的电活性杂质。

妞族元素起受主作用，v 族元素起施主作用，常用作硅的掺杂剂。

这两种性质相反的杂质，在硅中首先相互补偿，补偿后的净杂质量提供多数载流子浓度。

其他金属杂质，尤其是过渡元素(重金属)，如铜、银、金、铁、钻、镍、铬、锰、铂等，在硅中的能级位置一般远离导带底或价带顶，因此称为深能级杂质。

它们在硅中扩散快，并起复合中心作用，严重影响少子寿命。

它们本身可产生缺陷，并易与缺陷络合，恶化材料和器件的性能。

除特殊用途外，重金属元素在硅中都是有害杂质。

镍、钻、铜、铁、锰、铬和银所造成的“雾”缺陷，按次序降低。

铜和镍具有高的扩散系数和高的间隙溶解度，在“雾”缺陷形成中，它们会溶解、扩散并沉淀在硅中，而铁、铬、钻则在热处理中将留在硅的表面。

铿、钠、钾、镁、钙等碱金属和碱土金属离子，在电场作用下易在p一n结中淀积，使结退化，导致击穿蠕变，MOS闽电压漂移，沟道漏电，甚至反型。

半导体的基础知识

外加的正向电压有
一部分降落在PN结区，
方向与PN结内电场方向
相反，削弱了内电场。
于是,内电场对多子扩散
运动的阻碍减弱，扩散
电流加大。扩散电流远
大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。
图1.7 PN结加正向电压时的导电情况
（动画1-4）
模拟电子技术
(2) PN结加反向电压时的导电情况
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1、本征半导体的共价键结构
硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子。它们分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体（单晶体）。
这种结构的立体和平面示意图见图1.1。
(c)
(a) 硅晶体的空间排列 (b) 共价键结构平面示意图
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当外加正向电压不同时，扩散电流即外电路电流的大小也就不同。所以PN结两侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同，这就相当电容的充放电过程。势垒电容和扩散电容均是非线性电容。
图 1.10 扩散电容示意图
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4.PN结的击穿特性
当加于PN结两端的反向电压增大到一定值（击穿电压）时，二极管的反向电流将随反向电压的增加而急剧增大，这种现象称为反向击穿。反向击穿后，只要反向电流和反向电压的乘积不超过PN结容许的耗散功率， PN结一般不会损坏。
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图1.2 本征激发和复合的过程（动画1-1）
可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合，如图1.2所示。本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。

半导体材料相关知识介绍

半导体材料（semiconductor material）导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。

半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料，其电阻率在10（U-3）~10（U-9）欧姆/厘米范围内。

半导体材料的电学性质对光、热、电、磁等外界因素的变化十分敏感，在半导体材料中掺入少量杂质可以控制这类材料的电导率。

正是利用半导体材料的这些性质，才制造出功能多样的半导体器件。

半导体材料是半导体工业的基础，它的发展对半导体技术的发展有极大的影响。

半导体材料按化学成分和内部结构，大致可分为以下几类。

1.元素半导体有锗、硅、硒、硼、碲、锑等。

50年代，锗在半导体中占主导地位，但锗半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差，到60年代后期逐渐被硅材料取代。

用硅制造的半导体器件，耐高温和抗辐射性能较好，特别适宜制作大功率器件。

因此，硅已成为应用最多的一种增导体材料，目前的集成电路大多数是用硅材料制造的。

2.化合物半导体由两种或两种以上的元素化合而成的半导体材料。

它的种类很多，重要的有砷化镓、磷化锢、锑化锢、碳化硅、硫化镉及镓砷硅等。

其中砷化镓是制造微波器件和集成电的重要材料。

碳化硅由于其抗辐射能力强、耐高温和化学稳定性好，在航天技术领域有着广泛的应用。

3.无定形半导体材料用作半导体的玻璃是一种非晶体无定形半导体材料，分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃两种。

这类材料具有良好的开关和记忆特性和很强的抗辐射能力，主要用来制造阈值开关、记忆开关和固体显示器件。

4.有机增导体材料已知的有机半导体材料有几十种，包括萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等，目前尚未得到应用。

特性和参数半导体材料的导电性对某些微量杂质极敏感。

纯度很高的半导体材料称为本征半导体，常温下其电阻率很高，是电的不良导体。

在高纯半导体材料中掺入适当杂质后，由于杂质原子提供导电载流子，使材料的电阻率大为降低。

这种掺杂半导体常称为杂质半导体。

高一化学半导体知识点归纳总结

高一化学半导体知识点归纳总结在高中化学学习中，半导体是一个重要的知识点，它不仅在日常生活中有广泛的应用，还在现代科技领域中扮演着重要的角色。

本文将对高一化学半导体知识进行归纳总结，以帮助同学们更好地理解和掌握相关概念与原理。

一、半导体的概念和特性半导体是介于导体和绝缘体之间的一种物质，具有介于导体和绝缘体之间的导电能力。

它的电导率介于导体和绝缘体之间，而且受温度和杂质等因素的影响较大。

半导体材料有很多种类，常见的有硅和锗等。

半导体的导电性主要由其内部碳化物或氮化物等杂质的掺杂来实现。

杂质掺杂可以分为两种类型：n型半导体和p型半导体。

n型半导体中掺杂的杂质是五价的，也叫施主杂质；p型半导体中掺杂的杂质是三价的，也叫受主杂质。

当n型和p型半导体相接触时，形成的结叫做p-n 结。

二、半导体的导电性和能带理论半导体的导电性是通过能带理论来解释的。

能带理论认为，原子中的电子具有不同的能级，这些能级被分为两个区域：价带和导带。

价带中的电子是紧密地束缚在原子中，不能自由移动，而导带中的电子则可以自由运动。

在半导体中，能带之间存在一个称为禁带宽度的区域。

禁带宽度决定了半导体的导电特性，当禁带宽度比较小时，光子或热能的激发就可以使电子跃迁到导带中，从而使半导体表现出较好的导电性能。

三、pn结和二极管pn结是由n型半导体和p型半导体相接触而形成的结构。

在pn结中，由于杂质的掺杂作用，n型半导体中的自由电子会向p型半导体中移动，而p型半导体中的空穴会向n型半导体中移动，形成一个电子云和空穴云结合的区域，这个区域叫做耗尽层。

当外加正向电压作用于pn结时，电子从n区向p区移动，空穴从p 区向n区移动，导致耗尽层减小，pn结导通，此时形成正向偏置。

当外加反向电压作用于pn结时，电子从p区向n区移动，空穴从n 区向p区移动，导致耗尽层增大，pn结不导通，此时形成反向偏置。

二极管是基于pn结的一种电子器件，它具有只允许电流沿一个方向通过的特性。

半导体的基本分类是什么(精)

半导体的基本分类是什么？
分析：半导体可以分为本征半导体和杂质半导体。

1．本征半导体
纯净晶体结构的半导体称为本征半导体。

常用的半导体材料是硅和锗，它们都是四价元
图1
共价键中的价电子由于热运动而获得一定的能量，其中少数能够摆脱共价键的束缚而成为自由电子，同时必然在共价键中留下空位，称为空穴。

在外电场作用下，一方面自由电子产生定向移动，形成电子电流；另一方面，价电子也按一定方向依次填补空穴，即空穴产生了定向移动，形成所谓空穴电流。

2．杂质半导体
(1) N型半导体
在本征半导体中，掺入微量5价元素，如磷、锑、砷等，则原来晶格中的某些硅（锗）原子被杂质原子代替。

由于5价杂质原子可提供自由电子，故称为施主杂质。

N型半导体中，自由电子称为多数载流子；空穴称为少数载流子。

(2) P型半导体
在本征半导体中，掺入微量3价元素，如硼、镓、铟等，则原来晶格中的某些硅（锗）原子被杂质原子代替。

P型半导体中，自由电子称为少数载流子；空穴称为多数载流子。

P型半导体与N型半导体虽然各自都有一种多数载流子，但对外仍呈现电中性，它们的导电特性主要由掺杂浓度决定。

这两种掺杂半导体是构成各种半导体器件的基础。

材料学基础 杂质半导体

杂质补偿半导体

半导体 分类

半导体基础

固体与半导体物理-第九章 半导体中的杂质和缺陷能级

本征半导体与杂质半导体

半导体基础知识

半导体中的杂质和缺陷

半导体基础知识

半导体材料定义

半导体物理学-半导体中杂质和缺陷能级

半导体基重要础知识点

半导体基础知识详细

半导体材料的基础知识

半导体材料中的杂质

半导体的基础知识

半导体材料相关知识介绍

高一化学半导体知识点归纳总结

半导体的基本分类是什么(精)

材料学基础杂质半导体

半导体分类

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