(推荐)半导体器件的材料物理基础

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半导体器件的材料物理基础

直接复合寿命
寿命：
rad
1 B n0 p0 p
其中，B为直接辐射复合系数：
间接复合寿命
n0 n1 p p0 p1 p SRH p 0 n0 n0 po p n0 p0 p 1 1 其中 p 0 , n 0 NT rp NT rn
自由载流子在单位电场作用下的平均漂移速度。弱电场下，μ为常数；强电场下，μ随电场增加而减小
载流子迁移率与器件特性
载流子迁移率μ是决定半导体材料电阻率
ρ 大小的两个重要参数之一。
1 ρ = q(nun pu p )
电流承受能力和载流子迁移率有关
双极器件pn 结二极管为例，在外加电压U 作用下，电流密度j满足肖克莱方程
2 p0 1 h Ap 1 h An h
其注入比h=
n p0
小注入的俄歇复合寿命
小注入，即h<<1时， 1 对n型半导体： A An 0 ； 2 An n 0 1 对n型半导体： A Ap0 2 Ap p0
多种复合共同作用的寿命
掺杂载流子：
在半导体中掺入具有恰当化合价的杂质原子。 n型掺杂和p型掺杂；
注入载流子：光注入和电注入；
禁带窄化
本征或轻掺杂半导体中，导带、价带、禁带之间界限清晰；重掺杂（杂质原子百分比≥1/1000）时，会出现禁带窄化效应；杂质原子近距减小，相互作用增强，能带出现杂化，能级分裂成能带；
uI Ni T
1 1.5
载流子之间的散射
载流子对载流子的散射是运动着的多个电荷环绕其公共质心的相互散射。相同极性载流子散射对迁移率没有影响或很小。相反极性的载流子之间的散射可以使双方动量的弛豫，使迁移率下降。只考虑载流子散射作用的载流子迁移率：

半导体物理的基础知识

半导体物理的基础知识半导体物理是研究半导体材料及其电子行为的一门学科。

半导体是介于导体和绝缘体之间的材料，具有独特的电子特性。

本文将介绍半导体物理的基础知识，包括半导体材料的结构、能带理论、杂质掺杂以及PN结等内容。

一、半导体材料的结构半导体材料是由单晶、多晶或非晶三种形态构成。

单晶是指晶体结构完整、无缺陷的材料，拥有良好的导电性能。

多晶是由多个晶粒组成，晶界存在缺陷，导电性能较差。

非晶的特点是结构无序，导电性能较差。

半导体材料的基本结构由共价键和离散缺陷构成。

共价键是指半导体材料中相邻原子之间的化学键，它保持了材料的稳定性。

离散缺陷是指晶体中出现的缺陷，如杂质、空穴等。

这些离散缺陷的存在对半导体材料的导电性能有重要影响。

二、能带理论能带理论是解释物质的导电性能的基础理论。

根据这一理论，半导体材料的电子行为与能带结构有密切关系。

能带是电子能量的分布区域，分为价带和导带两部分。

价带中的电子具有固定位置，不能自由移动；而导带中的电子能够自由移动。

在纯净的半导体中，价带带满，导带没有电子。

半导体的导电性能是通过在半导体中掺入适量的杂质来改变的。

杂质的掺入会导致新的能带形成，同时增加或减少可自由移动的电子数量。

掺杂过程中形成的能带被称为禁带，其能量介于价带和导带之间。

三、杂质掺杂杂质掺杂是一种通过引入少量外来原子来改变半导体材料导电性能的方法。

根据杂质掺入的原子种类不同，可以分为n型和p型两种半导体。

n型半导体是通过掺入五价元素，如磷（P）或砷（As），在半导体中形成额外的自由电子，增加导电性能。

这些自由电子会填满主导带，并进入导带，从而形成导电能力。

n型半导体表现为电子富余。

p型半导体是通过掺入三价元素，如硼（B）或铋（Bi），在半导体中形成额外的空穴，增强导电性能。

空穴是一种电子缺失的状态，它通过与晶格中的自由电子结合来传导电荷。

p型半导体表现为电子贫缺。

四、PN结PN结是将p型半导体和n型半导体通过一定方法连接而成的结构。

大学物理课件半导体基础

+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区，也称耗尽层。
扩散运动
扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。
(1-19)
漂移运动
P型半导体
内电场E N型半导体
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。
(1-9)
空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子束缚电子
(1-10)
2.本征半导体的导电机理
本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。
+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。

半导体物理学基本概念

半导体物理学基本概念能带（energy band）相邻原子在组成固体时，其相应的电子能级由于原子间的相互作用而分裂，由于固体中包含的原子数很大，分离出来的能级十分密集，形成一个在能量上准连续的分布即能带。

由不同的原子能级所形成的允许能带之间一般隔着禁止能带。

导带与价带根据能带理论，固体中的电子态能级分裂为一系列的带，在带内能级分布是准连续的，带与带之间存在有能量间隙。

在非导体中，电子恰好填满能量较低的一系列能带，再高的各带全部都是空的，在填满的能带中尽管存在很多电子，但并不导电。

在导体中，则除了完全填满的一系列能带外，还有只是部分地被电子填充的能带，这种部分填充带中的电子可以起导电作用，称为导带。

半导体属于上述非导体的类型，但满带与空带之间的能隙比较小。

通常把半导体一系列满带中最高的能带称为价带，把半导体中一系列空带中最低的能带称为导带。

直接带隙直接带隙半导体材料就是导带最小值（导带底）和满带最大值在k 空间中同一位置。

电子要跃迁到导带上产生导电的电子和空穴（形成半满能带）只需要吸收能量。

间接带隙间接带隙半导体材料（如Si、Ge）导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中不同位置。

形成半满能带不只需要吸收能量，还要改变动量。

杂质电离能使中性施主杂质束缚的电子电离或使中性受主杂质束缚的空穴电离所需要的能量。

施主（donor）在半导体带隙中间的能级，能够向晶体提供电子同时自身成为正离子的杂质称为施主杂质。

受主（acceptor）在半导体带隙中间的能级，能接受电子同时自身成为负离子的杂质称为受主杂质。

杂质能级（impurity level）由于杂质的存在，半导体材料中的杂质使严格的周期性势场受到破坏，从而有可能产生能量在带隙中的局域化电子态，称为杂质能级。

施主能级离化能很小，在常温下就能电离而向导带提供电子，自身成为带正电的电离施主，通常称这些杂质能级为施主能级。

受主能级离化能很小，在常温下就能电离而向价带提供空穴，自身成为带负电的电离受主，通常称这些杂质能级为受主能级。

半导体物理50本书

半导体物理50本书1、半导体激光器基础633/Q003 (日)栖原敏明著科学出版社;共立出版2002.72、半导体异质结物理211/Y78虞丽生编著科学出版社1990.53、超高速光器件9/Z043 (日)斋藤富士郎著科学出版社;共立出版2002.74、半导体超晶格物理214/X26夏建白，朱邦芬著上海科学技术出版社19955、半导体器件:物理与工艺6/S52 (美)施敏(S.M.Sze)著科学出版社1992.56、材料科学与技术丛书.第16卷,半导体工艺5/K035(美)R.W.卡恩等主编科学出版社19997、光波导理论与技术95/L325李玉权,崔敏编著人民邮电出版社2002.128、半导体光学性质240.3/S44沈学础著科学出版社1992.69、半导体硅基材料及其光波导571.2/Z43赵策洲电子工业出版社199710半导体器件的材料物理学基础612/C49陈治明，王建农著科学出版社1999.511、半导体导波光学器件理论及技术666/Z43赵策洲著国防工业出版社1998.612、半导体光电子学631/H74黄德修编著电子科技大学出版社1989.913、分子束外延和异质结构523.4/Z33 <美>张立刚，<联邦德国>克劳斯·普洛格著复旦大学出版社1988.614、半导体超晶格材料及其应用211.1/K24康昌鹤，杨树人编著国防工业出版社1995.1215、现代半导体器件物理612/S498 (美)施敏主编科学出版社2001.616、外延生长技术523.4/Y28杨树人国防工业出版社1992.717、半导体激光器633/J364江剑平编著电子工业出版社2000.218、半导体光谱和光学性质240.3/S44(2)沈学础著科学出版社200219、超高速化合物半导体器件572/X54谢永桂主编宇航出版社1998.720、半导体器件物理612/Y75余秉才，姚杰编著中山大学出版社1989.621、半导体激光器原理633/D807杜宝勋著兵器工业出版社2001.622、电子薄膜科学524/D77 <美>杜经宁等著科学出版社1997.223、半导体超晶格─材料与应用211.1/H75黄和鸾，郭丽伟编著辽宁大学出版社1992.624、半导体激光器及其应用633/H827黄德修，刘雪峰编著国防工业出版社1999.525、现代半导体物理O47/X172夏建白编著北京大学出版社200026、半导体的电子结构与性能22/Y628 <英>W.施罗特尔主编科学出版社200127、半导体光电子技术9/Y770余金中编著化学工业出版社2003.428、半导体器件研究与进展.三6/W36/3王守武主编科学出版社1995.1029、国家自然科学基金重大项目“半导体光子集成基础研究”学术论文集:项目编号：69896260(2001.7-2002.5)638/G936/2001-022002.630、半导体激光器件物理学665/T23 <英>G.H.V.汤普森著电子工业出版社198931、半导体的检测与分析34/Z66中国科学院半导体研究所理化分析中心研究室编著科学出版社198632、材料分析测试技术:材料X射线衍射与电子显微分析55/Z78周玉,武高耀编著哈尔滨工业大学出版社1998.833、光纤通信用光电子器件和组件TN929.11/H800.2黄章勇编著北京邮电大学出版社200134、硅微机械加工技术571.2/H76黄庆安科学出版社1996.35、X射线结构分析与材料性能表征O72/T49滕凤恩科学出版社1997.1236、非线性光学频率变换及激光调谐技术O436.8/Y35姚建铨科学出版社;1995.337、半导体光检测器631.5/Z22 (美)W.T.Tsang主编电子工业出版社1992.338、介观物理O462/Y17阎守胜,甘子钊主编北京大学出版社1995.439、人工物性剪裁:半导体超晶格物理、材料及新器件结构的探索211.1/Z57郑厚植编著湖南科学技术出版社1997.40、光学薄膜原理O437.14/L63林永昌,卢维强编著国防工业出版社199041、半导体物理学2/L71B刘恩科，朱秉升等编国防工业出版社1979.1242、半导体物理学2/L33李名复著科学出版社1991.243、半导体物理与器件2/X58忻贤坤编著上海科学技术文献出版社1996.244、砷化镓微波功率声效应晶体管及其集成电路624.26/L35李效白编著科学出版社1998.245、半导体测试技术55/S98孙以材编著冶金工业出版社1984.1046、X射线衍射与电子显微分析基础O439.634/M18马咸尧主编华中理工大学出版社1993.847、砷化镓的性质572.162/Y14亚当斯.A.R.等著科学出版社199048、高等激光物理学O45/L31李福利编著中国科技大学出版社1992.849、半导体器件工艺616/D52电子工业半导体专业工人技术教材编写组上海科学技术文献出版社1984.150、凝聚态物理学新论O462.031/F61N冯端,金国钧著上海科学技术出版社1992.12“压力传感器的设计制造与应用”目录压力传感器的设计制造与应用作者：孙以材出版：北京冶金工业出版社2000 年出版尺寸：20cmISBN：7-5024-2400-8形态：615 页- 107 章节定价：CNY40.00附注：河北省教育委员会学术著作出版基金资助浏览：在线阅读全文下载摘要本书主要介绍压阻型压力传感器的原理、弹性力学应力机械加工到芯片封接与引线;介绍压力传感器的技术特性、选用及各种热漂移补偿技术等。

第二章半导体物理和半导体器件物理基础图文

温度升高使半导体导电能力增强，电阻率下降
如室温附近的纯硅(Si)，温度每增加8℃，电阻
率相应地降低50%左右
反之，纯净半导体在低温下的电阻率很高，呈
现出绝缘性
几种材料电阻率与温度的关系：
绝缘体
R
半导体
T
微量杂质含量可以显著改变半导体的导电能力以纯硅中每100万个硅原子掺进一个Ⅴ族杂质（比如磷）为例，这时硅的纯度仍高达99.9999%，但电阻率在室温下却由大约214,000Ωcm降至0.2Ωcm以下适当波长的光照可以改变半导体的导电能力如在绝缘衬底上制备的硫化镉(CdS)薄膜，无光照时的暗电阻为几十MΩ，当受光照后电阻值可以下降为几十KΩ 此外，半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而改变即半导体的导电能力可以由外界控制
电离受主 B 价带空穴
使空穴摆脱受主束缚的能量就是受主的电离能受主杂质B的电离能很小，只有0.045eV，因此受主上的空穴几乎都能全部电离，形成自由导电的空穴。
3.有机半导体
有机半导体通常分为有机分子晶体、有机分子络合物和高分子聚合物。酞菁类及一些多环、稠环化合物，聚乙炔和环化脱聚丙烯腈等导电高分子，他们都具有大π键结构。
2.2 半导体中的载流子
2.2.1 半导体的能带
量子态和能级
电子的微观运动服从不同于一般力学的量子力学规律，其基本的特点包含以下两种运动形式：（1）电子做稳恒的运动，具有完全确定的能量。这种恒稳的运动状态称为量子态，相应的能量称为能级。（2）一定条件下（原子间相互碰撞，或者吸收光能量等），电子可以发生从一个量子态转移到另一个量子态的突变，这种突变叫做量子跃迁。 **量子态的最根本的特点是只能取某些特定的值，而不能取随意值。

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2、三极管的开关特性截止工作状态
c b
e
调节偏流电阻RP的阻值，使基极的电流为零或很小时，三极管的两个PN结都处于反向偏置，集电极中没有电流通过，三极管处于截止状态，集电极与发射极之间电阻很大，相当开关断开。
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饱和工作状态
调节偏流电阻RP的阻值，使基极电流充分大时，集电极电流也随之变得非常大，三极管的两个PN结则都处于正向偏置。集电极与发射极之间的电压很小，小到一定程度会削弱集电极收集电子的能力，这时Ｉb再增大，Ｉc也不能相应地增大了，三极管处于饱和状态，集电极和发射极之间电阻很小，相当开关接通。
放大、截止和饱和三种工作状态。
1、三极管的放大作用
三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过内部载流子的传输体现出来。
外部条件：发射结正偏，集电结反偏。
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三极管内部载流子的传输过程
▪发射区：发射载流子 ▪集电区：收集载流子 ▪基区：传送和控制载流子
发射区的多数载流子自由电子不断通过发射结扩散到基区，形成发射极电
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2、反向截止特性：
给二极管加反向电压，则处于截止状态，二极管两引脚之间的电阻很大，反向电流很小，相当于开关断开。
当反向电压不超过某一范围时，反向电流的大小基本保持不变，所以通常把反向电流又称为反向饱和电流，但反向电流会随温度的升高而增长很快。
硅二极管的反向电流只有锗二极管的几十分之一或几百分之一，所以硅管的温度稳定性比锗管好。
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3、二极管反向击穿：
当所加的反向电压增大到一定数值时，反向电流迅速增大，这种现象称为反向击穿，二极管失去单向导电性，发生击穿时的反向电压叫反向击穿电压。此时如果没有适当的限流措施，因电流过大会使二极管过热而被烧毁。

《半导体器件物理》课件

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目录 Contents
• 半导体器件物理概述 • 半导体材料的基本性质 • 半导体器件的基本结构与工作原理 • 半导体器件的特性分析 • 半导体器件的制造工艺 • 半导体器件的发展趋势与展望
01
半导体器件物理概述
半导体器件物理的定义
半导体器件物理是研究半导体材料和器件中电子和空穴的行为，以及它们与外部因素相互作用的一门学科。
可以分为隧道器件、热电子器件、异质结器件等。
半导体器件的应用
01
通信领域
用于制造手机、卫星通信、光纤通信等设备中的关键元件。
能源领域
用于制造太阳能电池、风力发电系统中的传感器和控制器等。
03
02
计算机领域
用于制造计算机处理器、存储器、集成电路等。
医疗领域
用于制造医疗设备中的检测器和治疗仪器等。
04
02
半导体材料的基本性质
半导体材料的能带结构
总结词
能带结构是描述固体中电子状态的模型，它决定了半导体的导电性能。
详细描述
半导体的能带结构由价带和导带组成，它们之间存在一个禁带。当电子从价带跃迁到导带时，需要吸收或释放能量，这决定了半导体的光电性能。
载流子的输运过程
总结词
载流子输运过程描述了电子和空穴在半导体中的运动和相互作用。
•·
场效应晶体管分为N沟道和P沟道两种类型，其结构包括源极、漏极和栅极。
场效应晶体管在放大、开关、模拟电路等中应用广泛，具有功耗低、稳定性高等优点。
当栅极电压变化时，导电沟道的开闭状态会相应改变，从而控制漏极电流的大小。
04
半导体器件的特性分析
半导体器件的I-V特性

半导体物理学基础知识

半导体物理学基础知识半导体是一种固体材料，它的电导率介于导体和绝缘体之间，因而得名。

半导体的特殊性质使得它在电子学、光电子学、计算机科学等众多应用领域具有重要的地位。

本文将介绍半导体物理学的基础知识，包括半导体材料的结构和性质，电子在半导体中的运动和掺杂等方面。

一、半导体材料的结构和性质半导体材料的基本结构由四个元素构成：硅、锗、砷和磷。

这些元素除了硅和锗是单质以外，其余的都是化合物。

半导体材料的晶体结构通常为立方晶体或四面体晶体。

半导体材料的电性质由其晶格结构和掺杂情况决定。

在材料内的原子构成规则的晶格结构中，每个原子都有定位，并与其他原子通过化学键相互链接。

晶格结构可以分为晶格点和间隙两个部分。

如果每个原子都占据晶格点，那么该半导体材料的结构就是类似于钻石的结构，实际上就是一个绝缘体。

但是，如果一些晶格点中有缺陷，或是有一些原子没有在晶格点上占据位置，则可以导致半导体材料成为电导率介于导体和绝缘体之间的半导体。

在半导体材料中，掺杂是一种常用技术，对于改变其电性质尤其有效。

掺杂就是在半导体中加入少量的另一种元素，以改变其电子结构和电导率。

掺杂元素是指半导体材料中所加入的杂质原子。

它们可以分为两类：施主和受主。

施主原子是比半导体材料中的原子更多的元素（例如磷或硼），在它占据晶格点时，它的外层电子一般比材料中的原子多，这些电子比较容易脱离施主原子并移动到其他位置，从而形成了自由电子。

受主原子是原子数比材料中的原子少的元素（例如锑或砷），因此它会在晶体中形成一些空位。

与施主原子不同的是，受主原子会接受电子，从而形成电子空穴。

二、电子在半导体中的运动在半导体中，电子的运动可以由以下几个方面来描述：载流子流动、漂移、扩散、复合效应。

载流子是电子在半导体中运动的基本单元，携带带电粒子的特性。

在半导体中，载流子通常包括自由电子和空穴。

电子的自由运动和空穴的自由运动是载流子流动的两种形式。

载流子流动的基本原理是，施主和受主原子的掺杂，带来了半导体内部电子和空穴的浓度不平衡，因此会发生电场和电流。

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。

半导体材料的电子结构及其物理特性

半导体材料的电子结构及其物理特性半导体材料是当今电子器件制造业中不可或缺的重要组成部分。

其电子结构以及物理特性对于材料性能和器件性能的研究至关重要。

在本文中，我们将探讨半导体材料的电子结构和一些重要的物理特性，以及它们对半导体器件的影响。

半导体材料的电子结构指的是在能带理论框架下，描述半导体能带结构的性质。

半导体材料由原子构成，而原子中的电子分布在不同的能级上。

在半导体晶体中，这些能级会具有特定的能带结构，包括价带和导带。

价带是最高被电子占据的能级，而导带则是电子可以自由运动的能级。

半导体材料的电子结构和物理特性与其晶体结构密切相关。

晶体结构可以分为两种主要类型：离子晶体和共价晶体。

离子晶体由正负离子组成，其中电子转移从阳离子到阴离子。

这种结构使得离子晶体具有较大的能带隙，因此它们通常表现为绝缘体。

共价晶体的晶格由原子共享价电子形成。

这种结构使得共价晶体具有可调控的能带结构，因此它们通常表现为半导体。

半导体材料的电子结构还涉及到带隙的概念。

带隙是指价带和导带之间的能量差。

在半导体材料中，带隙的大小决定了材料的导电性质。

能带结构中的带隙决定了材料的导电特性，这是因为在带隙范围内不存在自由电子。

只有当能带结构中存在足够的能量以克服带隙时，电子才能从价带跃迁到导带，从而形成电流。

除了带隙，掺杂也是调节半导体材料物理特性的重要因素之一。

掺杂是指向半导体中引入外部杂质以改变其导电性能。

掺杂可以分为n型和p型。

n型掺杂是向半导体中引入多余电子，形成导电电子。

p型掺杂是向半导体中引入缺少电子的杂质，形成导电空穴。

通过控制n型和p型掺杂，可以改变半导体材料的导电性能和电子结构，为器件设计提供了灵活性。

半导体材料的电子结构和物理特性对于半导体器件的性能起着重要的作用。

一种常见的半导体器件是二极管。

二极管的结构由n型和p型半导体材料构成。

当正向偏置时，电子会从n型半导体跃迁到p型半导体，形成电流。

当反向偏置时，由于半导体的带隙，电流无法通过器件，从而实现了二极管的整流特性。

大学物理课件半导体基础共94页PPT资料

绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。
(1-3)
半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：
• 当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。
势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是势垒电容。
-N
扩散电容：为了形成正向电流
+
（扩散电流），注入P 区的少子
P
（电子）在P 区有浓度差，越靠
近PN结浓度越大，即在P 区有电
子的积累。同理，在N区有空穴的
积累。正向电流大，积累的电荷
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。
(1-8)
二、本征半导体的导电机理 1.载流子、自由电子和空穴
在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为 0，相当于绝缘体。
i
iL
稳压管的技术参数:
UzW10V,Izmax20mA, ui
R
DZ
iZRL uo
Izmin5mA
负载电阻 RL 2k。要求当输入电压由正常值发
生20%波动时，负载电压基本不变。
求：电阻R和输入电压 ui 的正常值。

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。

半导体物理和器件物理基础

V VT
I I S (e
1)
VT —热电压 VT=KT/q IS—PN结反向饱和电流
在室温（T=300K)时，
讨论：
I I S (e
V VT
1)
（1）当V=0时，I=0
（2）当V>0，且V>>VT 时，
（3）当V<0，且|V|>>UT时，I-IS
2 PN结——伏安特性
VD I I
PN结单向导电特性
由前面的a、b合起来可以表述为：
PN结加正向电压时，电阻小，形成较
大正向电流ID，导通；
PN结加反向电压时，电阻大，形成反
向电流极小，不导通(截止)；这一特性称为单向导电性。
PN结的电压与电流关系
I
P
_ _ _ _ _
+ + + + +
N
V
PN结正、反向特性，可用理想的指数函数来描述：
+ + + + + +
+ + + + + +
P
E内 E PN结正向偏置
N
R
PN结变窄
+ + + + + + E + + + + + + + + + + + + + + + + + + R + + + + + + + + + + + +

《半导体器件基础》课件

计算机的CPU、内存等核心硬件都离不开半导体器件，如晶体管、电容
、电阻等。
03
消费电子中的半导体器件
手机、电视、音响等消费电子产品中，半导体器件广泛应用于信号处理
、显示控制等方面。
光电器件在通信与显示领域的应用
光纤通信中的光电器件
光纤通信系统中的光电器件，如激光器、光电探测器等，用于实现高速、大容量的信息传输。
成。
工作原理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
02
通过改变栅极电压来控制源极和漏极之间的电流。
特性
03
具有低噪声、高速、低功耗等优点，常用于高频率信号处理。
04
半导体器件的工作原理
半导体的能带模型
原子能级与能带
描述原子中的电子能级如何形成连续的能带结构。
价带与导带
解释半导体的主要能带特征，包括价带和导带的定义与特性。
禁带宽度
讨论禁带宽度对半导体性质的影响，以及如何利用禁带宽度进行电子跃迁。
半导体器件的交流参数
阐述半导体器件的交流参数，如频率响应、噪声系数等。
半导体器件的可靠性参数
介绍半导体器件的可靠性参数，如寿命、稳定性等。
05
半导体器件的应用
电子设备中的半导体器件
01
集成电路中的半导体器件
集成电路是现代电子设备的基础，其中的晶体管、二极管等半导体器件
起着关键作用。
02
计算机硬件中的半导体器件
ABCD
通过掺入不同元素，可以调控半导体的导电类型（ N型或P型）和导电性能。
在实际应用中，通常将硅或锗基体材料进行掺杂，以实现所需的导电性能。
宽禁带半导体材料
宽禁带半导体的特点是其具有高热导率、高击穿场强和高电子饱和速度等优异性能。