第6章半导体导电性作业
半导体物理基础 第六章 MOS
QS QB qNa xd
2 qNa xd S 2k s 0
（6-5）
和
（6-6）
6.2 理想MOS电容器
代入（6-44）式解出 x
d
Xd
kS 0 kS 0 2VG 1 C0 2 C0 C0 qkS 0 N a
2 0 12
（6-45）
C 2C 1 qN k VG C0 a S 0
6.2 理想MOS电容器
积累区（ VG <0）
MOS系统的电容C基本上等于绝缘体电容 C0。当负偏压的数值逐渐减少时，空间电 荷区积累的空穴数随之减少，并且 QS 随 C也就变小。 平带情况（ VG =0）
S
的变化也逐渐减慢， C S 变小。总电容
C FB C0
1 k 0 LD 1 k s x0
（6-1）
掌握载流子积累、耗尽和反型和强反型的概念。 正确画出流子积累、耗尽和反型和强反型四种情况的能带图。 导出反型和强反型条件
6.2 理想MOS电容器
6.2 理想MOS电容器
系统单位面积的微分电容
微分电容C与外加偏压 VG 的关系称为MOS系统的电容—电压特性。
dQM C dVG
（6-1）
S =半导体表面的电场
k0 =氧化物的相对介电常数
k S =半导体相对介电常数
xd =空间电荷区在半导体内部的边界亦即空间电荷区宽度。
外加电压 VG 为跨越氧化层的电压
V0和表面势 S 所分摊：
（6-2）
VG V0 S
6.1 理想MOS结构的表面空S结构内的电位分布
（6-22）
dV0 d s 1 dVG C dQM dQM dQM
半导体的导电性
当前研究的不足与挑战
半导体导电性的调控机制尚不完全清楚，需要进一步深入研究。
一些高性能的半导体材料和器件仍然依赖进口，需要加强自主创新和知识产权保护。
半导体产业的发展面临着技术、环境、资金等多方面的挑战，需要积极应对。
发展智能制造和绿色制造，提高半导体产业的核心竞争力。
加强基础研究和应用研究，推动半导体材料和器件的创新发展。
实现半导体材料和器件的全链条自主可控，保障国家安全和产业安全。
未来发展的趋势与展望
THANKS
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影响因素
迁移率与材料的晶体结构、杂质和温度等因素有关。
迁移率
载流子密度是衡量半导体材料中载流子数量的参数，定义为材料的电阻率与电阻率的乘积，即n=ρσ，其中ρ为电阻率。
定义
载流子密度与材料的纯度、晶体结构和掺杂等因素有关。
影响因素
载流子密度
03
半导体导电性的测量与实验技术
四探针电阻测量技术是一种非接触式测量方法，通过施加电流和测量电压来计算电阻率。
温度依赖Hall效应
通过测量不同温度下半导体内部的霍尔电压，研究温度对载流子浓度和迁移率的影响。
Hall效应测量
深能级瞬态谱技术
利用光脉冲激发半导体中的电子，并测量电子在各个时间点的分布情况，从而了解半导体中的缺陷、杂质等特性。
时间分辨深能级瞬态谱技术
通过使用超快激光脉冲，对半导体内部电子的动态行为进行高时间分辨率的测量，研究电子在半导体中的输运过程。
半导体导电性的基本概念
半导体导电主要通过自由电子和空穴两种载流子实现。
在半导体内部，自由电子和空穴的数量受温度、光照等因素影响。
当加电压时，自由电子和空穴的数量增加，从而导致电流增加。
半导体物理学第六章解读
ND X D ND NA
1
Q=eND
Xn
2
0e
(
NDNA ND NA
)(VD
V
2 )
♦单边突变结:
XD
2
e
0
1
(VD V NB
)
2
♦势垒区主要在轻掺杂 一边
• 对p+-n结, NB代表ND • 对p-n+结, NB代表NA
xn X D
xp XD
P+-n结
3. 突变结的势垒电容
电势
图6-8
电子势能(能带)
6.1.5p-n载流子的分布 ♦ 当电势零点取x=-xp处,则有: EC (x) EC qV (x)
EV (x) EV qV ( x)
x x p , EC ( x) EC x xn , EC (x) EC qVD
♦势垒区的载流子浓度为:
EC qV ( x ) EF
• 反向偏压下的突变结势垒电容(单位面积):
1
CT A
dQ dV
2(
0eND NA
ND NA )(VD
V
)
2
CT 0
A XD
CT
(VD
1 V )1/ 2
• 几点说明:
① p-n结的势垒电容可以等效为一个平行
板电容器,势垒宽度即两平行极板的距离
② 这里求得的势垒电容, 主要适用于反向 偏置情况
xn
NAXD ND NA
, xp
ND X D ND NA
• 代入上式
VD
q
2 0
( NAND ND NA
)
X
2 D
♦则，平衡p-n结
1
XD
6-1 半导体的导电特性
6-1 半导体二极管半导体元器件是现代电子技术的重要组成部分，是构成各种电子电路的核心，常用的半导体元器件有二极管、晶体管、场效应管等。
半导体元器件由半导体材料制成，因此，学习电子技术应首先了解半导体材料的特性，这将有助于对半导体元器件的学习、掌握和应用。
6-1-1 半导体的导电特性1. 半导体的导电机理导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体，这类材料大都是三、四、五价元素,主要有：硅、锗、磷、硼、砷、铟等，他们的电阻率在10-3～107欧.厘米。
绝对纯净的硅、锗、磷、砷、硼、铟叫做本征半导体。
（1）本征半导体及特点半导体材料的广泛应用，并不是因为它们的导电能力介于导体与绝缘体之间，而是它们具有一些重要特性：1）当半导体受到外界光和热的激发（本征激发）时，其导电能力发生显著的变化；2）若在本征半导体中加入微量的杂质（不同的本征半导体）后，其导电能力显著的增加；半导体的这些特点取决于这类物质的化学特性。
（2）半导体的共价键结构1)半导体的化合价物质的化学和物理性质都与物质的价电子数有密切的关系，半导体材料大都是三、四、五价元素。
硅、锗（四价）、磷、砷（五价）、硼、铟（三价）。
2)化学键物质化学键分离子键、共价键和金属键三种，半导体物质的化学键都属于共价键的晶体结构，同时它们的键长一般很长，故原子核对价电子的束缚力不象绝缘物质那样紧，当价电子获得一定的能量后，就容易挣脱原子核的束缚成为自由电子。
+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4可见半导体中的载流子有两种，即自由电子（●）和空穴(○)。
本征半导体的载流子是由本征激发而产生的，其自由电子与空穴是成对出现，即有一个自由电子，就一定有一个空穴，故称电子空穴对。
由于空穴带正电，容易吸引邻近的价电子来填补，从而形成了共有价电子的运动，这种运动无论从效果上，还是从现象上，都好象一个带正电的空穴在移动，它不同于自由电子的运动，故称之为空穴运动。
物质的导电是靠物体内带电粒子的移动而实现的，这种粒子称作载流子。
半导体工艺第六章
半导体工艺第六章第六章习题6-1 解释欧姆接触，并说明形成欧姆接触的常用方法。
欧姆接触是指金属与半导体之间的电压与电流的关系具有对称和线性关系，而且接触电阻尽可能低，不产生明显的附加阻抗。
常用方法：扩散法和合金法扩散法：是在半导体中先扩散形成重掺杂区以获得N+N或P+P 的结构，然后使金属与重掺杂的半导体区接触，形成欧姆接触。
合金法：是利用合金工艺对金属互联线进行热处理，使金属与半导体界面形成一层合金层或化合物层，并通过这一层与表面重掺杂的半导体形成良好的欧姆接触。
6-2 列出并描述集成电路制造中对金属薄膜的要求。
要求：（1）具有高的导电率和纯度（2）与下层衬底（通常是二氧化硅或氮化硅）具有良好的粘附性（3）与半导体材料连接时接触电阻低（4）能够淀积出均匀而且没有“空洞”的薄膜，易于填充通孔（5）易于光刻和刻蚀，容易制备出精细图形（6）很好的耐腐蚀性（7）在处理和应用过程中具有长期的稳定性6-3 列出半导体制造中使用的金属种类，并说明每种金属的用途。
种类：铝、铝铜合金、铜、阻挡层金属、硅化物和钨铝：作为金属互连的材料，以薄膜的形式在硅片中连接不同器件。
铝铜合金：有效解决电迁徙问题。
铜：作为互连线。
阻挡层金属：防止上下层材料相互扩散。
硅化物：减小接触电阻。
钨：填充通孔。
6-4 解释铝已被选择作为微芯片互连金属的原因。
（1）较低的电阻率（2）铝价格低廉（3）工艺兼容性（4）铝膜与下层衬底（通常是硅、二氧化硅或氮化硅）具有良好的粘附性6-5 哪种金属已经成为传统互连金属线?什么是它的取代物？铝已经成为传统互连金属线，铝铜合金是它的取代物6-6 描述结尖刺现象，如何解决结尖刺问题？由于硅在铝中的溶解度比较高，形成合金时，硅会从衬底向铝中溶解，这样就在接触区下层的硅中留下空洞，从而有可能发生尖刺效应。
解决方法：在接触区引入阻挡层金属可阻止上下层材料互相混合。
6-7 描述电迁徙现象，如何解决电迁徙现象？电迁徙现象:在大电流密度的情形下，大量电子对金属原子的持续碰撞，会引起原子逐渐而缓慢的移动。
半导体与电子器件半导体的导电性与器件的工作原理
半导体与电子器件半导体的导电性与器件的工作原理半导体是一种介于导体与绝缘体之间的材料，具有较好的电导性能。
在现代电子技术中，半导体材料被广泛应用于各种电子器件中，如晶体管、二极管、集成电路等。
本文将介绍半导体的导电性及其在电子器件中的工作原理。
一、半导体的导电性半导体的导电性是由其特殊的能带结构决定的。
在半导体中，能带可以分为价带和导带。
价带中的电子是被束缚在原子核周围的，无法自由运动；而导带中的电子是能够自由移动的。
两者之间被称为禁带，即存在能量差异。
在纯净的半导体中，禁带宽度较大，导带的电子数量很少，因此半导体呈现出绝缘体的导电性质。
但通过掺杂，即向半导体中引入杂质，可以改变其导电性能。
掺杂分为两种类型：N型掺杂和P型掺杂。
N型掺杂是指向半导体中引入杂质，这些杂质的原子结构比半导体中的主体原子结构多出一个外层电子。
这些外层电子能够进入导带，形成移动自由的电子，从而增加半导体的导电性能。
P型掺杂是指向半导体中引入杂质，这些杂质的原子结构比半导体中的主体原子结构少一个外层电子。
因此，这些杂质原子会形成空穴，即正电荷载体，从而也增加了半导体的导电性能。
掺杂后的N型和P型半导体可以通过形成P-N结的方式来提高导电性能。
P-N结是将P型和N型半导体材料放置在一起形成的结构。
P-N 结横跨的区域称为耗尽层。
当施加正向偏压时，耗尽层变薄，导电性增强；当施加反向偏压时，耗尽层变厚，导电性减弱。
二、电子器件的工作原理1. 晶体管晶体管是一种用于放大和开关电路的重要电子器件。
它由三个区域构成：发射区、基区、集电区。
发射区为N型半导体，基区为P型半导体，集电区为N型半导体。
在晶体管工作时，可以通过施加适当的电压来控制电流的流动。
当在基极施加正向偏压时，基极与发射极之间形成薄的空穴层，流经发射区的电子开始与空穴复合，导电性增强。
此时晶体管处于放大状态。
当在基极施加反向偏压时，空穴被排斥，流经发射区的电子数量减少，导电性降低。
电路与模拟电子技术 第六章习题解答
第六章二极管与晶体管6.1半导体导电和导体导电的主要差别有哪几点？答：半导体导电和导体导电的主要差别有三点，一是参与导电的载流子不同，半导体中有电子和空穴参与导电，而导体只有电子参与导电；二是导电能力不同，在相同温度下，导体的导电能力比半导体的导电能力强得多；三是导电能力随温度的变化不同，半导体的导电能力随温度升高而增强，而导体的导电能力随温度升高而降低，且在常温下变化很小。
6.2杂质半导体中的多数载流子和少数载流子是如何产生的？杂质半导体中少数载流子的浓度与本征半导体中载流子的浓度相比，哪个大？为什么？答：杂质半导体中的多数载流子主要是由杂质提供的，少数载流子是由本征激发产生的，由于掺杂后多数载流子与原本征激发的少数载流子的复合作用，杂质半导体中少数载流子的浓度要较本征半导体中载流子的浓度小一些。
6.3什么是二极管的死区电压？它是如何产生的？硅管和锗管的死区电压的典型值是多少？答：当加在二极管上的正向电压小于某一数值时，二极管电流非常小，只有当正向电压大于该数值后，电流随所加电压的增大而迅速增大，该电压称为二极管的死区电压，它是由二极管中PN的内电场引起的。
硅管和锗管的死区电压的典型值分别是0.7V和0.3V。
6.4为什么二极管的反向饱和电流与外加电压基本无关，而当环境温度升高时又显著增大？答：二极管的反向饱和电流是由半导体材料中少数载流子的浓度决定的，当反向电压超过零点几伏后，少数载流子全部参与了导电，此时增大反向电压，二极管电流基本不变；而当温度升高时，本征激发产生的少数载流子浓度会显著增大，二极管的反向饱和电流随之增大。
6.5怎样用万用表判断二极管的阳极和阴极以及管子的好坏。
答：万用表在二极管档时，红表笔接内部电池的正极，黑表笔接电池负极（模拟万用表相反），测量时，若万用表有读数，而当表笔反接时万用表无读数，则说明二极管是好的，万用表有读数时，与红表笔连接的一端是阳极；若万用表正接和反接时，均无读数或均有读数，则说明二极管已烧坏或已击穿。
半导体的导电性
通过升高温度，使半导体材料内部的缺陷和杂质激活，从而改变其导电性能。
退火工艺
将半导体材料加热到一定温度并保持一段时间，然后缓慢冷却。这种方法可以消 除材料内部的应力，并提高其导电性能。
外加电场与磁场的影响
外加电场
通过外加电场，可以改变半导体材料内部的载流子分布和运动状态，从而影响其导电性能。
测量方法
电导率的测量通常采用四 探针法，通过四个接触材 料表面的探针来直接测量 电流和电压。
应用
电导率的测量可用于研究 半导体材料的晶体结构、 缺陷和掺杂等微观性质。
电极化率的测量
概述
电极化率是衡量半导体材 料在电场作用下极化程度 的重要参数，它与材料的 介电常数密切相关。
测量方法
电极化率的测量通常采用 电容法，通过在材料两端 施加交变电场并测量电容 的变化来计算电极化率。
载流子的产生与复合
载流子的产生
半导体材料中的原子或分子受到外部能量的激发，会释放出电子和空穴。
载流子的复合
电子和空穴在运动过程中，可能会重新结合在一起，从而消失。这种过程称为 载流子的复合。
03
半导体材料的导电性测量与表征
电导率的测量
01
02
03
概述
电导率是衡量半导体材料 导电性能的重要参数，它 反映了材料中载流子的迁 移率。
日期:
半导体的导电性
汇报人：
目 录
• 半导体导电性概述 • 半导体材料的导电原理 • 半导体材料的导电性测量与表征 • 半导体材料的导电性调控 • 半导体导电性的应用
01
半导体导电性概述
半导体材料定义
• 半导体材料定义：半导体材料是一种在导电性能上处于绝缘体 和导体之间的材料，具有独特的电子和空穴导电性。它们通常 在一定的温度和光照条件下，能显著提高其导电性。
半导体物理课件：第六章 p-n结
当存在外间电压时，电压主要降落在这个势垒区，而扩散
区和中性区几乎没有。
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2020/9/30
重庆邮电大学微电子教学部
6.2 p-n结电流电压特性
6.2.1 p-n结电场和电势 泊松方程
何为泊松方程? 其来历? 反映一定区域电势、电场、电荷之关系。
由麦克斯韦方程的微分形式：
D
D r0E
dV 2
6.2.3 理想p-n结的电流电压关系
计算电流密度方法 – 计算势垒区边界处注入的非平衡少子浓度， 以此为边界条件，计算扩散区中非平衡少子 的分布 – 将非平衡载流子的浓度代入扩散方程，算出 扩散密度，再算出少数载流子的电流密度 – 将两种载流子的扩散密度相加，得到理想pn结模型的电流电压方程式
2
2020/9/30
重庆邮电大学微电子教学部
引言
6.1 p-n结及其能带图 6.2 p-n结电流电压特性 6.3 p-n结电容 6.4 p-n结击穿 6.5 p-n结隧道效应
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2020/9/30
重庆邮电大学微电子教学部
6.1 p-n结及其能带图
6.1.1 p-n结的形成及杂质分布
p型半导体和n型半导体结合，在 二者的交界面形成的接触结构， 就称为p–n结。
空穴漂移 电子扩散
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电子漂移 空穴扩散
2020/9/30
重庆邮电大学微电子教学部
6.2.2 非平衡p-n结的能带图
反向偏压V
(p负，n正，V<0)
外加电场n→p 内建场n→p →外加电场加强了内建 场的强度，势垒升高
→n区的EF低于p区的EF
p区电子被不断的抽走 ——少子的抽取
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2020/9/30
半导体的导电性ppt课件
太阳能电池板利用光电效应将太阳能转换为电能。当太阳光照射到电池板表面时 ，光子穿过减反射膜进入电池板内部，被PN结吸收并产生电流。随后，电流经 过金属电极流出电池板，供外部负载使用。
传感器中利用半导体性质实现功能介绍
温度传感器
利用半导体的温度敏感性质，可以制作出温度传感器。当温度变化时，半导体的电阻率或电压输出会发生变化， 从而实现对温度的测量。
三极管在集成电路中主要起到放大、开关等作用。通过控制三极管的基极电流 ，可以实现对集电极电流的控制，从而实现信号的放大和开关功能。
太阳能电池板中PN结应用探讨
PN结作用
在太阳能电池板中，PN结是实现光电转换的关键部分。当太阳光照射到PN结上 时，光子将能量传递给电子，使电子从价带跃迁到导带，从而产生电流。
迁移率
载流子在半导体中的迁移能力，影响半导体的导电性能。
温度对半导体性能影响
温度对载流子浓度影响
温度对电阻率影响
随着温度升高，半导体中载流子浓度 增加，导电性能提高。
半导体电阻率随温度变化而变化，表 现出明显的热敏特性。
温度对迁移率影响
随着温度升高，载流子迁移率降低， 导致半导体导电性能下降。
P型半导体和N型半
实验步骤和注意事项说明
01
注意事项
02
03
04
1. 电源电压应逐渐增加，避 免电流过大损坏半导体器件。
2. 在测量过程中要保持电路 的稳定性，避免外界干扰对实
验结果的影响。
3. 实验结束后要及时关闭电 源，拆除实验电路。
数据处理方法和结果分析讨论
01
02
数据处理方法：根据实 验记录的数据，绘制二 极管的伏安特性曲线和 三极管的放大倍数曲线 。通过曲线拟合等方法 ，可以得到半导体器件 的相关参数。
半导体制造工艺第6章-金-属-化
溅射
总结词
溅射是一种利用高能粒子轰击靶材表面，使靶材原子或分子溅射出来并沉积到基材表面 的技术。
详细描述
在半导体制造中，溅射技术用于形成薄膜和涂层，常用金属、陶瓷等材料作为靶材。通 过物理碰撞将靶材原子或分子从表面溅射出来，并在基材表面沉积形成连续、均匀的薄 膜。溅射技术具有高沉积速率、大面积成膜、低损伤等优点，广泛应用于半导体制造。
容性，以确保制造过程的稳定性和可靠性。
CHAPTER 02
金属化工艺流程
清洁处理
01
02
03
目的
去除表面杂质，提高表面 洁净度，为后续工艺做准 备。
方法
使用各种清洗剂和清洗设 备，如超声波清洗、等离 子清洗等。
注意事项
避免使用对材料有害的清 洗剂，控制清洗时间和温 度。
预处理
目的
调整表面状态，增强与金属层的结合力。
金属化层的导电性能
金属化层的导电性能对半导体器件的电阻和电流 传导能力有直接影响，需要优化金属化材料的导 电性能。
制程兼容性问题
制程兼容性
在半导体制造过程中，金属化制程需要与其他制程步骤相 兼容，以确保整个制造流程的顺利进行。
制程温度和化学环境
金属化制程需要在特定的温度和化学环境下进行，与其他 制程的温度和化学环境可能存在差异，需要解决制程温度 和化学环境的兼容性问题。
化学气相沉积（CVD）
总结词
化学气相沉积是一种通过化学反应将气态前 驱体转化为固态薄膜的技术。
详细描述
在半导体制造中，CVD技术用于形成各种功 能性薄膜，如绝缘膜、导电膜等。通过控制 反应条件，使气态前驱体在基材表面发生化 学反应并形成固态薄膜。CVD技术具有高沉 积速率、大面积成膜、低损伤等优点，广泛
半导体物理第六章 PN结
非平衡载流子的电注入：正向偏压使非平衡载流子 进入半导体的过程。
正向偏压下pn结的能带图
在正向偏压下，p、n区均有非平衡少子注入，必须用 准费米能级EFn、EFp代替平衡时的统一费米能级
能带特征：
1. EFp 在p区及势垒
区为水平线，在空 穴扩散区(nn’到Lp 区)为斜线；
EFp 、Efn在扩散区为斜线的原因：由于复 合，存在浓度梯度，电子、空穴浓度逐渐 减小
PN结的形成机理（2）：
内电场作用促进少子的漂移运动，使N区的少子空穴向P区漂移，P区的少子电子向N 区漂移，漂移运动的方向正好与扩散运动的方向相反。从N区漂移到P区的空穴补充 了原来交界面上P区所失去的空穴，从P区漂移到N区的电子补充了原来交界面上N区 所失去的电子，这就使空间电荷减少，内电场减弱。因此，漂移运动的结果是使空间 电荷区变窄，扩散运动加强。 最后，多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。在P型半导体和N型半导体的结合面 两侧，留下离子薄层，这个离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。PN结的内电场方 向由N区指向P区。在空间电荷区，由于基本上没有自由载流子，所以也称耗尽层。P、 n两侧空间电荷总数相同，对外保持整体的电中性。
nn 0 1 两式相除取对数可得： ln (E Fn E Fp ) np 0 k0T
因为 n n 0 N D ,n p 0
ni NA
2
k0T nn 0 1 VD ( EFn EFp ) (ln ) q q np0
接触电势差：
PN结的载流子分布：
平衡时的pn结，取p区电势为零， 则势垒区中一点x的电势V(x)正值， x点的电势能为E(x)=-qV(x) 对非简并材料， x点的电子浓度 n(x)，应用第三章计算平衡时导 带载流子浓度计算方法
电工电子技术第六章
图 6-1 本征激发
2.掺杂半导体 在本征半导体中，若掺入微量的五价或三价元素，会使其 导电性能发生显著变化。掺入的五价或三价元素称为杂质 杂质。掺 杂质 有杂质的半导体称为掺杂半导体 掺杂半导体或杂质半导体，按掺入杂质元 掺杂半导体 素不同，掺杂半导体可分为N 型半导体和P 型半导体两种。
6.1.2 本征半导体和掺杂半导体
1.本征半导体 纯净而且结构完整的半导体称为本征半导体 本征半导体，它未经人 本征半导体 为的改造，具有这种元素的本来特征。 在绝对零度时，半导体所有的价电子都被束缚在共价键中， 不能参与导电，此时半导体相当于绝缘体。当温度逐渐升高或 受光照时，由于半导体共价键重的价电子并不像绝缘体种束缚 得那样紧，价电子从外界获得一定的能量，少数价电子会挣脱 共价键的束缚，成为自由电子 自由电子，同时在原共价键处出现一个空 自由电子 位，这个空位称为空穴 空穴。显然，自由电子和空穴是成对出现的， 空穴 所以称它们为电子空穴对 电子空穴对。 电子空穴对
4.非晶态半导体 非晶态半导体 原子排列短程有序、长程无序的半导体称为非晶态半 导体，主要有非晶Si、非晶Ge、非晶Te、非晶Se等元素 半导体及GeTe，As2Te3，Se2As3等非晶化合物半导体。 5.有机半导体 有机半导体 有机半导体分为有机分子晶体、有机分子络合物和 高分子聚合物，一般指具有半导体性质的碳－碳双键有 机化合物。
在我们的自然界中，各种物质按导电能力划分为导体、 绝缘体、半导体。半导体 半导体指的是导电能力导体和绝缘体之 半导体 间的物质 半导体材料的最外层轨道上的电子是4个，根据其特性， 可以将半导体材料分成以下五类： 1.元素半导体 元素半导体大约有十几种，它们处于ⅢA－ⅦA族的金 属与非金属的交界处，例如Ge（锗），Si（硅），Se （硒），Te（碲）等。
半导体的导电性PPT课件
而实际半导体中的载流子的运动情况：
在实际晶体中存在破坏周期性势场 得作用因素：
一、载流子散射的概念: 1. 散射：载流子与其它粒子发生弹性或非弹性 碰撞，碰撞后载流子的速度的大小和方向发 生了改变。
2. 平均自由程和平均自由时间： 在连续两次散射间自由运动的路程称为自由路程 ，所用的时间称为自由时间；多次散射的平均路 程叫做平均自由程，平均时间称为平均自由时间 。 3. 散射几率P： 单位时间一个电子受到散射的次数。用来描述散 射强弱
于俘获电子，位错线周围形成了一个圆柱
形带正电空间电荷区，正电荷是电离了的
施主杂质，在圆柱形内形成电场，对载流
子有附加势场，受到散射。
４.合金散射 AlxGa1-xAs中，AlAs占据一套面心立方，
GaAs占据一套面心立方，但Al、Ga两种不同原
子在Ⅲ族位置上的排列是随机的，对周期性势 场产生一定的微扰作用，因而引起对载流子的 散射作用，称为合金散射。 合金散射是混合晶体特有的散射机制。在原 子有序排列的混合合金中，几乎不存在合金散
2
电子或空穴被晶格散射，就是电子和声子的 碰撞，且在这个相互作用的过程中遵守能量 守恒和准动量守恒定律。
分析得到：导带电子受长纵声学波的
散射几率
PS T
3 2
离子晶体中光学波对载流子的散射概率P0与温 度的关系
P0 e 1
hv kT
1
Ｔ，光学波的散射几率增大
三.其它因素引起的散射 1.等同的能谷间的散射 硅的导带具有六个极值能量相等的旋转椭球等 能面，载流子在这些能谷中分布相同，这些能 谷称为等同的能谷。 电子可以从一个极值附近散射到另一个极值附 近，这种散射称为能谷散射。 电子在一个能 谷内部散射 与长声学波散射：弹性散射 与长光学波散射：非弹性散射
半导体的导电性实验
半导体的导电性实验导言：半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的物质，具有特殊的导电性质。
了解和研究半导体的导电性是现代电子技术发展的基础之一。
本文旨在介绍半导体的导电性实验以及实验过程中的注意事项。
1. 实验目的通过实验探究半导体材料的导电性质，理解半导体的基本工作原理。
2. 实验材料与仪器2.1 材料：- N型半导体材料（如硅）- P型半导体材料（如硅）- 控制电源- 数字万用表- 探针导线2.2 仪器：- 实验台- 实验电路板- 示波器- 连接电缆3. 实验步骤步骤1：准备工作- 确认实验室环境安全，并将实验材料和仪器摆放整齐。
- 检查仪器连接电线是否牢固，并保持实验电路板无尘。
步骤2：连接电路- 将N型半导体和P型半导体分别连接到实验电路板上。
- 将控制电源连接到实验电路板上，并调整到合适的电压。
步骤3：测量导电性- 使用示波器测量电流和电压。
- 通过改变电压值，记录相应的电流强度。
- 将数据记录并整理。
步骤4：分析实验结果- 根据实验数据绘制电流-电压曲线图。
- 分析曲线图，观察半导体材料的导电性质。
- 讨论实验结果，得出结论。
4. 注意事项4.1 安全注意事项- 在操作过程中，务必注意电流和电压的安全范围，避免触电事故。
- 在实验室内严禁吸烟、饮食和随意更动实验仪器。
4.2 实验精度注意事项- 保持实验环境稳定不受外界干扰，尽量减小误差。
- 确保实验仪器的准确性和可靠性，避免对实验结果的影响。
4.3 数据记录与分析注意事项- 在实验过程中，及时记录实验数据，确保数据准确性。
- 仔细分析实验结果，结合理论知识进行实验结果的解释。
结论：通过本次实验，我们成功探究了半导体材料的导电性质，了解到半导体的导电性在不同电压下表现出特定的电流强度，形成了电流-电压曲线。
本次实验对我们深入理解半导体的导电性质具有重要意义，为今后深入研究半导体材料的性质奠定了基础。
参考文献：[1] 电子技术实验教程. 卢荣山. 机械工业出版社，2008.[2] 理论物理学. 李政道,《进展》杂志全体编委会. 高等教育出版社，2003.（注：本文仅供参考，具体实验请在专业指导下进行。
半导体的导电性
表征半导体材料电阻的参数，由材料的电学性质决定。电阻率与材料的载流 子浓度和迁移率有关，可通过测量材料的电导率计算得到。
霍尔效应与载流子浓度
霍尔效应
在半导体材料中通入电流并施加磁场，由于洛伦兹力的作用，会产生横向的电压 ，称为霍尔电压。霍尔效应可用于测量半导体材料中的载流子浓度和载流子类型 。
本征半导体
没有杂质和缺陷，主要靠半导体内部电子的导电能力。
非本征半导体
含有杂质或缺陷，导电性主要靠杂质或缺陷辅助电子导电。
杂质半导体与导电性
杂质半导体
在半导体内部掺入其他元素或杂质，形成杂质能级，增强电子导电能力。
导电性增强
杂质能级上的电子导电能力较弱，但是可以提供额外的自由电子，增强半导体的 导电性。
半导体器件
半导体器件是利用半导体材料特性实现特定功能的电子器件 ，包括二极管、晶体管、场效应管、晶体振荡器等，广泛应 用于信号处理、功率放大、开关电路、传感器等领域。
太阳能电池与光伏效应
太阳能电池
利用半导体材料的光伏效应制成的太阳能电池，可将太阳能转化为电能，广 泛应用于太阳能电站、卫星通信、便携式电源等领域。
碳纳米管
具有高导电性和高强度，可用于制造高效能电子器件和复合材料 。
石墨烯纳米带
具有高导电性和高热导率，可为新一代电子器件的制造提供新途 径。
THANKS
半导体照明技术
利用半导体材料制成的LED照明技术具有节能、环保、长寿命等优点，相比于传 统照明技术更加高效、节能、环保。
05
代表性半导体材料及其导电性
硅和锗的导电性
硅和锗是常见的半导体材料，其导电 性介于导体和绝缘体之间。
在常温下，硅和锗的导电性较弱，但随着 温度的升高，自由电子数量增多，导电性 增强。
半导体物理学第6章(pn结)
电位V
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
V0
－ － － － － －
P型区
空间 电荷 区
N型区
③ 空间电荷区 —— 在PN结的交界面附近，由于扩散 运动使电子与空穴复合，多子的浓度下降，则在P 区和N 区分别出现了由不能移动的带电离子构成的区域，这就是 空间电荷区，又称为阻挡层，耗尽层，垫垒区。 （见下一页的示意图）
漂移运动 P型半导体 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + 内电场E
N型半导体
+ + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + +
所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡， 扩散运动 相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚 度固定不变。
Ei Ev
Ec Ei
Silicon (n-type)
Ef
Ev
热平衡条件
内建电势
内建电势
PN结的内建电 势决定于掺杂 浓度ND、NA、 材料禁带宽度 以及工作温度
③接触电势差: ♦ pn结的势垒高度—eVD 接触电势差—VD ♦ 对非简并半导体,饱和电离近似,接触 电势为:
半导体的导电性资料PPT教案学习
• 在一定温度下，原子在其平衡位置附近作热振 动，称为晶格热振动。由这种晶格振动而引起 的载流子的散射叫做晶格散射；
• 为什么会产生晶格散射？格波，声学波 • 晶格散射强度跟什么有关系？其数学表达
式？
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2010年11月26日星期四
§ 4.2 载流子的散射 2. 半导体的主要散射机制
q Pm *
q m*
AT 3/ 2
1 BN IT 3/ 2
据此，我们可以分析迁移率同温度与杂质浓度的关系。
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2010年11月26日星期四
q q
1
Pm * m * AT 3/ 2 BN IT 3/ 2
迁移率 与杂质浓度NI 关系 从 的表达式上看，NI升高， 下降；
在温度一定时，晶格散射强度不变，而杂质浓度越高， 电离杂质散射越强，导致迁移率 下降。
3. 迁移率与杂质和温度的关
系总的散射几率
P P1 P2 P3 ...
平均自由时间
1
1
P P1 P2 P3 ...
1
P1
P2
P3
...
1
1
1
2
1
3
...
1 1 1 1 ...
2 3
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2010年11月26日星期四
对掺杂的硅、锗等半导体，主要散射机构为声学波和电离散 射：
2010年11月26日星期四
9、（16分）什么是载流子的迁移率？迁移率与载流子的平均自由时 间成正比。有两种载流子的散射机构，平均自由时间分别为1， 2，如果1〉2，总迁移率是不是由1散射机构决定？解释之。
12、（18分）当温度升高时，本征半导体的电 阻率与金属的电阻率随温度变化有何不同？ 为什么？一块N型样品的电阻率随温度的变 化又如何？解释之。
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第六章 半导体导电性作业
1． 一块n 型硅半导体，其施主浓度315/10cm N D =，本征费米能级i E 在禁带正中，费米能级F E 在i E 之上eV 29.0处，设施主电离能eV E D 05.0=∆，试计算在K T 300=时，施主能级上的电子浓度。
2． 一块n 型硅材料，掺有施主浓度315/105.1cm N D ⨯=，在室温（K T 300=）时本征载流子浓度312/103.1cm n i ⨯=，求此时该块半导体材料的多数载流子浓度和少数载流子浓度。
3．一硅半导体含有施主杂质浓度315/109cm N D ⨯=，和受主杂质浓度316/101.1cm N A ⨯=，求在K T 300=时（310/103.1cm n i ⨯=）的电子和空穴浓度以及费米能级位置。
4. 若锗在300=T K 时，319101.1-⨯=cm N C ，3191051.0-⨯=cm N V ，禁带宽度为67.0=g E eV ，试计算：
（1）电子和空穴的有效质量*e m 和*h m ；
（2）300=T K 时的本征载流子浓度；
（3）在77K 时的，C N ，V N 及本征载流子浓度（77=T K 时，70.0=g E eV ）。
5、试用能带论解释为何固体有导体，半导体和绝缘体之分？
晶体电子的状态由分立的原子能级分裂为能带，电子填充能带的情况分为满带、不满带和空带，对于半导体和绝缘体，只存在满带和空带，最高满带称价带，最低满带称导带，导带与价带之间的间隔称带隙，一般绝缘体带隙较大，半导体带隙较小。
对于导体，出满带和空带外，还存在不满带，即导带。
满带电子不导电，而不满带中的电子参与导电。
半导体的带隙较小，价带电子受到激发后可以跃迁至导带参与导电，绝缘体的带隙较大，价电子须获得很大的能量才能激发，故一般情况下，不易产生跃迁现象。
已知 Si 的Eg=1.12eV,T=300K 时，Nc=2.9x1019/cm 3 ,Nv=1.1x1019/cm 3 310/103.1cm n i ⨯=。