半导体的基本特性
电工电子技术-半导体的基本特性
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。
9.1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。
半导体的特性
半导体的特性
半导体主要有以下特性。
1、半导体：导电能力随着掺入杂质、输入电压（电流）、温度和光照条件的不同而发生很大变化,人们把这一类物质称为半导体。
2、载流子：半导体中存在的两种携带电荷参与导电的“粒子”。
自由电子：带负电荷。
空穴:带正电荷。
特性:在外电场的作用下,两种载流子都可以做定向移动,形成电流。
3、电子技术的核心是半导体半导体之所以得到广泛的应用，是因为人们发现半导体有一下的三个特性。
(1)掺杂性:在纯净的半导体中掺入及其微量的杂质元素,则它的导电能力将大大增强。
(2)热敏性:温度升高,将使半导体的导电能力打发增强。
（3)光敏性：对半导体施加光线照射时，光照越强，导电能力越强。
3.P型半导体和N型半导体(重点)N型半导体:主要靠电子导电的半导体。
即:电子是多数载流子,空穴是少数载流子。
P型半导体:主要靠空穴导电的半导体。
即:空穴是多数载流子，电子是少数载流子。
PN结:经过特殊的工艺加工,将P型半导体和N型半导体紧密地结合在一起,则在两种半导体的交界面就会出现一
个特殊的接触面，称为PN 结。
半导体的特性
1.半导体的特性：光敏特性、热敏特性、掺杂特性。
2.杂质半导体分为N型半导体和P型半导体，N型半导体的元素是4价硅P型半导体元素是3价硼。
3.N型半导体多子是电子P型半导体多子是空穴。
4.PN结的单向导电性：正向导通，反向截止。
5.三极管按结构分可分为：PNP、PNP型；三极管由集电极c、基极b、发射极e组成。
6.三极管的工作区域：截止区（集电结反偏，发射结反偏）、放大区（发射结正偏、集电结反偏）、饱和区（集电结正偏、发射结正偏）7.电压关系：NPN:U C>U B>U E；PNP：U C<U B<U E；电流关系：I E=I C+I B；I C=βI B；β=ΔIC/ΔIB8.共集电极放大电路的放大倍数为：19.多级放大电路的耦合方式分为阻容耦合和直接耦合10.多级放大电路的输入电阻就是其第一级的输入电阻输出电阻就是其最后一级的输出电阻放大倍数Au=Au1Au2……Aun11.|1+AF|是衡量反馈程度的量用D表示；满足|1+AF|>>1条件的负反馈称为深度负反馈12.电路的电压增益接近于1且相位相同，故称为电压跟随器13.集成运放由输入级、中间级、输出级、偏置电路四部分组成14.功率放大器可分为甲类、甲乙类、乙类；乙类放大器的效率通常为78.5%导通角为θ=180°15.直流稳压电源的组成由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成。
16.直流通路围边等效电路根据直流通路对放大电路的静态进行计算b CC R V R V V I ≈-=b BE CC B ；B C I βI =；c C CC CE R I V V -=交流负载线1.从B 点通过输出特性曲线上的Q 点做一条直线， 其斜率为-1/R'L 。
2.R'L= RL ∥Rc ，是交流负载电阻。
3.E bb'be/ mV 26I r r += 4.L c L //= 'R R R 5.be L V r R A '-=∙β be be b r r R R ≈=//i C o R R =。
半导体的特性
一、本征半导体的导电特性1.导体、绝缘体和半导体自然界中的物质从其电结构和导电性能上区分，可分为导体、绝缘体和半导体。
如金、银、铜、铝、铁等金属材料很容易导电，我们称它们为导休。
导体的电阻率小于10-6cm。
如陶瓷、云母、塑料、橡胶等物质很难导电，我们称它们为绝缘体。
绝缘体的电阻率大于108cm。
有一类物质，如硅、锗、硒、硼及其一部分化合物等，它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，故称之为半导体。
半导体的电阻率在10-6～108之间。
众所周知，导体具有良好的导电性，绝缘体具有良好的绝缘性，它们都是很好的电工材料。
我们用导体制成电线，用绝缘体来防止电的浪费和保障安全。
而半导体却在很长时间被人们所不齿，因为它的导电性能不好，绝缘性能又差。
然而它的不公正待遇随着人们对它所产生的愈来愈浓厚的兴趣消失了，它终于登上了大雅之堂！这是为什么呢？这是因为它具有一些可以被人们所利用的奇妙特性。
半导体在不同情况下，导电能力会有很大差别，有时犹如导体。
在什么情况下呢？①掺杂：在纯净的半导体中适当地掺入极微量（百万分之一）的杂质，就可以引起其导电能力成百万倍的增加。
②温度：当温度稍有变化，半导体的导电能力就会有显著变化。
如温度稍有增高，半导体的电阻率就会显著减小。
同理光照也会影响半导体的导电能力。
2.本征半导体的原子结构本征半导体——非常纯净且原子排列整齐的半导体。
（纯度约为99.999999999%。
即杂质含量为10的9次方分之一。
）硅原子一14个带负电的电子围绕带正电的原子核运动，并按一定的规律分布在三层电子轨道上。
锗原子一32个带负电的电子围绕带正电的原子核运动，并按一定的规律分布在四层电子轨道上。
由于原子核带正电与电子电量相等，正常情况下原子呈中性。
由于内层电子受核的束缚较大，很少有离开运动轨道的可能。
所以它们和原子核一起组成惯性核。
外层电子受原子核的束缚较小。
叫做价电子。
硅、锗都有四个价电子，故都是四价元素，其简化图见电子课件。
半导体的基本特性
半导体的基本特性自然界的物质依照导电程度的难易可大略分为三大类导体、半导体和绝缘体顾名思义半导体的导电性介於容易导电的金属导体和不易导电的绝缘体之间。
半导体的种类很多有属於单一元素的半导体如矽Si和锗Ge也有由两种以上元素结合而成的化合物半导体如砷化镓GaAs和砷磷化镓铟GaxIn1-xAsyP1-y等。
在室温条件下热能可将半导体物质内一小部分的原子与原子间的价键打断而释放出自由电子并同时产生一电洞。
因为电子和电洞是可以自由活动的电荷载子前者带负电后者带正电因此半导体具有一定程度的导电性。
电子在半导体内的能阶状况可用量子力学的方法加以分析见图一。
在高能量的导电带内Ec以上电子可以自由活动自由电子的能阶就是位於这一导电带内。
最低能区Ev以下称为「价带」被价键束缚而无法自由活动的价电子能阶就是位於这一价带内。
导电带和价带之间是一没有能阶存在的「禁止能带」或称能隙Eg在没有杂质介入的情况下电子是不能存在能隙里的。
在绝对温度的零度时一切热能活动完全停止原子间的价键完整无损所有电子都被价键牢牢绑住无法自由活动这时所有电子的能量都位於最低能区的价带价带完全被价电子占满而导电带则完全空著。
价电子欲脱离价键的束缚而成为自由电子必须克服能隙Eg提升自己的能阶进入导电带。
热能是提供这一能量的自然能源之一。
以矽半导体为例能隙Eg为1.1电子伏特在室温300 K下热能打断价键而产生电子和电洞的速率与电子和电洞的再结合速率达到帄衡时电子的密度约为1.5×1010cm-3。
因为矽的原子密度约为5×1022cm-3可知因室温热能而被打断的价键数在比例上是微乎其微的。
在电子被释放出来的同时必然留下一带正电荷的电洞在价带上见图一a。
温度越高被热能释放出来的电子和电洞的数量也越多。
因此纯半导体又称本质半导体的导电性遂因温度的升高而增大这与金属导体的电阻随温度的升高而变大的现象正好相反。
我们再以矽半导体为例来探讨杂质的掺入对於半导体导电性的影响。
半导体的基本特征
半导体的基本特征
半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，具有一些独特的特征。
以下是半导体的基本特征：
1. 导电性能：半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间。
在纯净的半
导体中，电子和空穴数量相等，因此电导率很低。
但是，通过掺杂或
施加电场等方法，可以增加半导体的导电性能。
2. 能带结构：半导体的能带结构是其特征之一。
半导体的能带结构由
价带和导带组成。
在纯净的半导体中，价带和导带之间存在能隙，电
子必须获得足够的能量才能跃迁到导带中。
3. 温度特性：半导体的电导率随温度的变化而变化。
在低温下，半导
体的电导率很低，但随着温度的升高，电导率会增加。
这是因为温度
升高会增加电子和空穴的数量，从而增加半导体的导电性能。
4. 光电特性：半导体具有光电效应，即当光照射到半导体上时，会产
生电子和空穴。
这种现象被广泛应用于太阳能电池和光电器件等领域。
5. PN结：PN结是半导体器件的基础。
PN结是由P型半导体和N型半导体组成的结构，具有整流和放大等功能。
6. 控制特性：半导体的电性能受到外部电场的控制。
通过施加电场，可以控制半导体中电子和空穴的数量和移动方向，从而实现对半导体器件的控制。
总之，半导体具有介于导体和绝缘体之间的导电性能，能带结构、温度特性、光电特性、PN结、控制特性等特征。
这些特征使得半导体在电子器件、光电器件、太阳能电池等领域得到广泛应用。
半导体指的是什么东西
半导体指的是什么东西半导体是一种电子材料，具有介于导体和绝缘体之间的电导率。
它的电导率介于导体和绝缘体之间，当半导体处于不同的电场中或受到光照时，其电导率会发生变化。
半导体在电子学和光电子学领域有着广泛的应用，是现代电子行业中至关重要的材料之一。
半导体的基本特性1.导电性质半导体的导电性介于导体和绝缘体之间，当外加电压或光照作用于半导体材料时，会产生载流子，从而改变其电导率。
这种特性使得半导体可以被用于制造各种电子器件，如晶体管、二极管等。
2.能带结构半导体的导电性取决于其能带结构，包括价带和导带。
在基本结构中，价带中填充了电子，当电子受到激发或加热时，会跃迁到导带中，从而形成电子与空穴对，使半导体具有导电性。
3.半导体材料常见的半导体材料包括硅、锗、砷化镓等。
其中，硅是最为广泛应用的半导体材料，其稳定性和可控性较高，适用于各种电子器件的制造。
半导体的应用领域1.微电子器件半导体器件的制造和发展推动了微电子技术的进步，例如集成电路、晶体管等，广泛应用于计算机、通信设备等领域。
2.光电子器件某些半导体材料还具有光电转换特性，可以用于制造激光器、太阳能电池等光电子器件，将光能转化为电能。
3.传感器半导体传感器利用半导体材料的导电性变化来感知温度、压力、光照等物理量，广泛应用于工业控制、汽车电子等领域。
未来发展趋势随着技术的不断创新和发展，半导体材料和器件的研究也在不断向着更高性能、更小尺寸的方向发展。
纳米技术、量子技术等将为半导体领域带来全新的突破，推动电子学、光电子学等领域的进步。
总的来说，半导体作为一种介于导体和绝缘体之间的电子材料，在现代电子领域中发挥着不可替代的作用。
通过不断的研究和应用，将为人类带来更多更好的科技产品和服务。
半导体的三大特性
半导体的三大特性
1.热敏特性
半导体的电阻率随温度变化会发生明显地改变。
例如纯锗，湿度每升高10度，它的电阻率就要减小到原来的1/2。
温度的细微变化，能从半导体电阻率的明显变化上反映出来。
利用半导体的热敏特性，可以制作感温元件热敏电阻，用于温度测量和控制系统中。
值得注意的是，各种半导体器件都因存在着热敏特性，在环境温度变化时影响其工作的稳定性。
2.光敏特性
半导体的电阻率对光的变化十分敏感。
有光照时、电阻率很小;无光照时，电阻率很大。
例如，常用的硫化镉光敏电阻，在没有光照时，电阻高达几十兆欧姆，受到光照时.电阻一下子降到几十千欧姆，电阻值改变了上千倍。
利用半导体的光敏特性，制作出多种类型的光电器件，如光电二极管、光电三极管及硅光电池等.广泛应用在自动控制和无线电技术中。
3.掺杂特性
在纯净的半导体中，掺人极微量的杂质元素，就会使它的电阻率发生极大的变化。
例如.在纯硅中掺人.百万分之的硼元素，其电阻率就会从
214000Ω-cm一下于减小到0.4Ω-cm.也就是硅的导电能为提高了50多万倍。
人们正是通过掺入某些特定的杂质元素，人为地精确地控制半。
半导体的特性
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。
实际上，半导体与导体、绝缘体的区别在不仅在于导电能力的不同，更重要的是半导体具有独特的性能（特性）。
1．在纯净的半导体中适当地掺入一定种类的极微量的杂质，半导体的导电性能就会成百万倍的增加—-这是半导体最显著、最突出的特性。
例如，晶体管就是利用这种特性制成的。
2．当环境温度升高一些时，半导体的导电能力就显著地增加；当环境温度下降一些时，半导体的导电能力就显著地下降。
这种特性称为“热敏”，热敏电阻就是利用半导体的这种特性制成的。
3．当有光线照射在某些半导体时，这些半导体就像导体一样，导电能力很强；当没有光线照射时，这些半导体就像绝缘体一样不导电，这种特性称为“光敏”。
例如，用作自动化控制用的“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。
由此可见，温度和光照对晶体管的影响很大。
因此，晶体管不能放在高温和强烈的光照环境中。
在晶体管表面涂上一层黑漆也是为了防止光照对它的影响。
最后，明确一个基本概验：所谓半导体材料，是一种晶体结构的材料，故“半导体”又叫“晶体”一个PN结构成晶体二极管P性半导体和N型半导体----前面讲过，在纯净的半导体中加入一定类型的微量杂质，能使半导体的导电能力成百万倍的增加。
加入了杂质的半导体可以分为两种类型：一种杂质加到半导体中去后，在半导体中会产生大量的带负电荷的自由电子，这种半导体叫做“N型半导体”（也叫“电子型半导体”）；另一种杂质加到半导体中后，会产生大量带正电荷的“空穴”，这种半导体叫“P型半导体”（也叫“空穴型半导体”）。
例如，在纯净的半导体锗中，加入微量的杂质锑，就能形成N型半导体。
同样，如果在纯净的锗中，加入微量的杂质铟，就形成P型半导体。
一个PN结构成晶体二极管----设法把P型半导体（有大量的带正电荷的空穴）和N型半导体（有大量的带负电荷的自由电子）结合在一起，见图1所示。
半导体的三个特性
铟)而形成，也称为（空穴半导体）。
多余 电子
+ +++++
++4+ + ++4+ +
+ + +－+－+－+－ － － + + +－+－+－+－ －N载－型流半子导是体什中么的？
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 质的浓关度系相++，等5起。+ 导+ 电++作4+用+的主要+ 是N+多型+子－半+。导－近+体－似+－认为－多－子与杂
6.1 半导体
6.1.1 半导体的三个特性
6.1.2 PN 结
6.1 半导体
导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是 导体，如铁、铜、铝等。
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。
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2.掺杂特性 往纯净半导体中掺入某些杂质，会使其导电能力明显改变。
N 型半导在体本：征在半硅导或体锗中晶掺体入中某掺些入微少量量的的杂五质价，元就素会磷使（半或导锑体）
的导电性能而发形生成显。著也变称化为。（其电原子因半是导掺体杂）半。导体的某种 P 型载半流导子体浓：度在大硅大或增锗加晶。体中掺入少量的三价元素，如硼(或
半导体材料基础基本特性
半导体材料的电子态和光学性 质
电子态和光学性质的基本概念
电子态：半导体材料中的电子分布 状态包括能带结构、电子密度等
电子态与光学性质的关系：电子态 决定了半导体材料的光学性质如能 带结构决定了材料的吸收光谱
添加标题
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光学性质：半导体材料对光的吸收、 反射、透射等性质包括折射率、吸 收系数等
半导体材料的电子态和光学性质的 应用：在光电子学、太阳能电池、 LED等领域有广泛应用
直接和间接带隙半导体
直接带隙半导 体：电子从价 带跃迁到导带 需要吸收能量
如硅、锗等
间接带隙半导 体：电子从价 带跃迁到导带 需要吸收能量 如砷化镓、磷
化铟等
直接带隙半导 体的光学性质： 吸收光谱较宽 发光效率较高
载流子散射：影响载流子迁移率的因素 包括晶格缺陷、杂质等
载流子浓度：影响半导体材料导电性的重 要因素
载流子复合：载流子之间的相互作用影 响半导体材料的导电性
半导体材料的能带结构
金属能带结构
金属能带结构：由电子填充的能带 电子填充：电子在能带中填充形成电子云 电子云：电子在能带中的分布状态 电子填充与能带结构：电子填充影响能带结构能带结构决定电子填充
砷化镓：具有高电子迁移率、高热导率 等优点广泛应用于高速电子器件、光电 子器件等领域
磷化铟：具有高电子迁移率、高热导率 等优点广泛应用于高速电子器件、光电 子器件等领域
碳化硅：具有高热导率、高电子迁移率 等优点广泛应用于高速电子器件、光电 子器件等领域
氮化镓：具有高电子迁移率、高热导率 等优点广泛应用于高速电子器件、光电 子器件等领域
半导体的能带结构
能带：半导体材料中电子的能量分布 价带：电子能量最低的能带 导带：电子能量最高的能带 禁带：价带和导带之间的能量区域 电子跃迁：电子从价带跃迁到导带产生电流 半导体的导电性：取决于电子在能带中的分布和跃迁情况
半导体材料基础_基本特性
为直接跃迁。相当于电子由价带竖直地跃迁到导带，所以也
称为垂直跃迁。对应的材料为直接带隙半导体。k = k'+ hv
间接跃迁
c
若导带底和价带顶位于k空间的不同位置，则任
何竖直跃迁所吸收的光子能量都应该比禁带宽
度大。但实验指出，引起本征吸收的最低光子
能量还是约等于Eg。
——推论：除竖直跃迁，还存在另一类跃迁过
激子吸收不会改变半导体的导 电性。
Eenx
=
1
2 r
m* m
13.6 n2 (eV )
iii) 杂质吸收
杂质可以在半导体的禁带中引入杂质能级，占据杂质 能级的电子或空穴的跃迁可以引起光吸收，这种吸收 称为杂质吸收，可以分为下面三种类型： a.吸收光子可以引起中性施主上的电子从基态到激发 态或导带的跃迁； b.中性受主上的空穴从基态到激发态或价带的跃迁； c.电离受主到电离施主间的跃迁；
自由载流子吸收也需要声子参与， 因此也是二级过程，与间接跃迁过 程类似。但这里所涉及的是载流子 在同一带内不同能级间的跃迁。
自由载流子吸收不会改变半导体的 导电性。
v) 子带间的跃迁
电子在价带或导带中子带（sub-band）之间的跃迁。 在这种情况下，吸收曲线有明显的精细结构，而不同 于由自由载流子吸收系数随波长单调增加的变化规律 。
由于杂质能级是束缚态，因而动量没有确定的值，所 以不必满足动量守恒的要求，因此跃迁几率较大。
杂质吸收的长波长总要长于本征吸收的长波长。杂质 吸收会改变半导体的导电性，也会引起光电效应。
电子在杂质能级及杂质能级与带间的跃迁
浅能级杂质：红外区 深能级杂质：可见、紫外区
iv) 自由载流子吸收
当入射光的波长较长，不足以引起 带间跃迁或形成激子时，半导体中 仍然存在光吸收，而且吸收系数随 着波长的增加而增加。这种吸收是 自由载流子在同一能带内的跃迁引 起的，称为自由载流子吸收。（准 连续、长波长段）
半导体的基本特征
半导体的基本特征半导体是一种具有特殊电性质的材料，其具备一些独特的特征。
本文将介绍半导体的基本特征，包括导电性、能带结构、载流子、禁带宽度以及掺杂等方面。
一、导电性半导体的导电性介于导体和绝缘体之间。
它的导电性来源于其晶格中的原子或离子。
在晶格中，半导体的原子或离子排列紧密，但并非十分紧密，因此其导电性比金属导体差。
半导体在常温下，其电子处于能带中，无法自由移动。
只有在施加外界电场或加热的情况下，电子才能克服能带间隙的能量差，从而跃迁到导带中，实现电导。
二、能带结构半导体的能带结构是其导电性的重要依据。
能带是指电子能量的分布区域，包括价带和导带。
价带是指电子处于低能态的能带，其电子难以自由移动；而导带是指电子处于高能态的能带，电子能够自由移动。
半导体的能带结构中，导带与价带之间存在一段能量间隙，称为禁带。
禁带宽度决定了半导体的导电特性，禁带宽度较小的半导体更易导电。
三、载流子在半导体中，载流子是指能够携带电荷的粒子，包括自由电子和空穴。
自由电子是指从价带跃迁到导带中的电子，它们带有负电荷，能够自由移动。
而空穴是指在价带中留下的缺电子的位置，它们带有正电荷，也能够自由移动。
半导体的导电性与载流子的数量和移动性息息相关。
四、禁带宽度禁带宽度是半导体的一个重要参数，它决定了半导体的导电性能。
禁带宽度越小，半导体的导电性越好。
当外界电场或加热作用下，电子能够克服禁带宽度的能量差，跃迁到导带中，形成自由电子。
因此，禁带宽度的大小直接影响了半导体的导电特性。
五、掺杂掺杂是指在半导体中加入少量的杂质元素，以改变其导电性能。
掺杂分为N型和P型两种。
N型半导体是指通过掺杂杂质元素，使半导体中的电子数目增加，导电性变强。
而P型半导体是指通过掺杂杂质元素，使半导体中的空穴数目增加，导电性变强。
通过N型和P型半导体的结合，可以形成PN结，进一步扩展了半导体材料的应用。
半导体的基本特征包括导电性、能带结构、载流子、禁带宽度以及掺杂等方面。
第6章半导体器件的基本特性
（a. 电子电流、b.空穴电流）
二、PN结及其单向导电性
空间电荷区也称 PN 结
少子的漂移运动 内电场越强，漂移运 动越强，而漂移使空间 电荷区变薄。
P 型半导体
－ － － － － －
－ － － － － － － － － － － － － － － － － －
内电场 N 型半导体
+ + + + + + + + + + + +
1. 在杂质半导体中多子的数量与 a （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。 2. 在杂质半导体中少子的数量与 b
（a. 掺杂浓度、b.温度）有关。 3. 当温度升高时，少子的数量 c （a. 减少、b. 不变、c. 增多）。 4. 在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流 主要是 b ，N 型半导体中的电流主要是 a 。
+ + + + + +
+ + + + + +
扩散和漂移 这一对相反的 运动最终达到 动态平衡，空 间电荷区的厚 度固定不变。
浓度差 形成空间电荷区
多子的扩散运动 扩散的结果使 空间电荷区变宽。
PN结的单向导电性
1. PN 结加正向电压（正向偏置）
PN 结变窄
－－－ － － － －－－ － － － －－－ － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + +
(c) 平面型 用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可 小，用于高频整流和开关电路中。
半导体的主要特性
半导体的主要特性
一、半导体的概念
自然界中的物质，按导电能力强弱不同，可分为三大类：导体、半导体和绝缘体。
故半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。
纯净的，不含有杂质的半导体叫做本征半导体。
本征半导体有两种导电粒子，一种是带负电荷的自由电
子，一种是带正电荷的空穴。
二、半导体的特性
自由电子和空穴在外电场的作用下都会做定向移动而
形成电流，所以把它们统称为载流子。
本征半导体中每产生
一个自由电子必然会有一个空穴出现，自由电子和空穴的数
目相对出现，这种物理现象叫做本征激发。
常温下，本征激发产生的自由电子和空穴数目很少，所
以本征半导体的导电性能比较差。
但温度升高或光照增强时，
本征半导体内电子运动加剧，载流子数目增多，导电性提高，这就是半导体的热敏特性和光敏特性。
在本征半导体中掺入三价或五价元素后分别形成P型半导体或N半导体，半导体的导电性能大大提高，这就是半导体的掺杂特性。
三、半导体的种类
本征半导体、N型半导体和P型半导体。
四、PN结及其导电特性
1、PN结的形成
采用掺杂工艺是P型半导体
和N型半导体做在一起，在P
型半导体和N型半导体的交界
面会形成一个具有特殊电性能
的薄层，成为PN结。
2、PN 结的单向导通特性。
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
＋4
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。
＋4
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＋4
＋4
＋4
＋4
价电子
共价键
空穴
自由
电子
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＋4
＋4
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＋4
＋4
＋4
＋4
简并半导体的特点
简并半导体的特点
半导体主要有三个特性，即光敏特性、热敏特性和掺杂特性。
所谓光敏特性是指某些半导体受到强烈光芒照射时，其导电性能大大增强；光芒移开后，其导电性能大大减弱。
所谓热敏特性是指外界环境温度升高时，半导体的导电性能也随着温度的升高而增强。
所谓掺杂特性是指在纯净的半导体中，如果掺入极微量的杂质可使其导电性能剧增。
扩展资料
一、本征半导体的原子结构
半导体锗和硅都是四价元素，其原子结构示意图如图Z0102所示。
它们的最外层都有4个电子，带4个单位负电荷。
通常把原子核和内层电子看作一个整体，称为惯性核。
惯性核带有4个单位正电荷，最外层有4个价电子带有4个单位负电荷，因此，整个原子为电中性。
二、应用
1、在无线电收音机及电视机中，作为“讯号放大器/整流器”用。
2、半导体可以用来测量温度，测温范围可以达到生产、生活、医疗卫生、科研教学等应用的70%的领域，有较高的准确度和稳定性，分辨率可达0.1℃，甚至达到0.01℃也不是不可能，线性度0.2%，测温范围-100~+300℃，是性价比极高的一种测温元件。
3、半导体致冷器的发展, 它也叫热电致冷器或温差致冷器, 它采用了帕尔贴效应。
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半導體的基本特性
自然界的物質依照導電程度的難易，可大略分為三大類：導體、半導體和絕緣體。
顧名思義，半導體的導電性介於容易導電的金屬導體和不易導電的絕緣體之間。
半導體的種類很多，有屬於單一元素的半導體如矽（Si）和鍺（Ge），也有由兩種以上元素結合而成的化合物半導體如砷化鎵（GaAs）和砷磷化鎵銦（GaxIn1-xAsyP1-y）等。
在室溫條件下，熱能可將半導體物質內一小部分的原子與原子間的價鍵打斷，而釋放出自由電子並同時產生一電洞。
因為電子和電洞是可以自由活動的電荷載子，前者帶負電，後者帶正電，因此半導體具有一定程度的導電性。
電子在半導體內的能階狀況，可用量子力學的方法加以分析。
在高能量的導電帶內（Ec以上），電子可以自由活動，自由電子的能階就是位於這一導電帶內。
最低能區（Ev以下）稱為「價帶」，被價鍵束縛而無法自由活動的價電子能階，就是位於這一價帶內。
導電帶和價帶之間是一沒有能階存在的「禁止能帶」（或稱能隙，Eg），在沒有雜質介入的情況下，電子是不能存在能隙裡的。
在絕對溫度的零度時，一切熱能活動完全停止，原子間的價鍵完整無損，所有電子都被價鍵牢牢綁住無法自由活動，這時所有電子的能量都位於最低能區的價帶，價帶完全被價電子占滿，而導電帶則完全空著。
價電子欲脫離價鍵的束縛而成為自由電子，必須克服能隙Eg，提升自己的能階進入導電帶。
熱能是提供這一能量的自然能源之一。
近導電帶，而游離後的施體離子則帶正電。
這種半導體稱為n型半導體，其費米能階EF比較靠近導電帶。
一般n型半導體內的電子數量遠比電洞為多，是構成電流傳導的主要載子（或稱多數載子）。
1. 導電性介於導體和半導體之間的物體,稱為半導體
2. 此物體需要高溫和高電量才能通電的物體.
3.在溫度是0和電導率是0,當溫度上升後,價能帶內的電子,由於熱激發躍進到導帶,致使導帶內充滿一些電子,導電率隨之增加----------這就是半導體.
#半導體的特性:
1. 溫度上升電阻下降的特性
2. 整流效應
3 光伏特效應
4. 光電導效應
摻雜物
哪種材料適合作為某種半導體材料的摻雜物需視兩者的原子特性而定。
一般而言，摻雜物依照其帶給被摻雜材料的電荷正負被區分為施體（donor）與受體。
施體原子帶來的價電子多會與被摻雜的材料原子產生共價鍵，進而被束縛。
而沒有和被摻雜材料原子產生共價鍵的電子則會被施體原子微弱地束縛住，這個電子又稱為施體電子。
和本徵半導體的價電子比起來，施體電子躍遷至導帶所需的能量較低，比較容易在半導體材料的晶格中移動，產生電流。
雖然施體電子獲得能量會躍遷至導帶，但並不會和本徵半導體一樣留下一個電洞，施體原子在失去了電子後只會固定在半導體材料的晶格中。
因此這種因為摻雜而獲得多餘電子提供傳導的半導體稱為n型半導體，n代表帶負電荷的電子。
和施體相對的，受體原子進入半導體晶格後，因為其價電子數目比半導體原子的價電子數量少，等效上會帶來一個的空位，這個多出的空位即可視為電洞。
受體摻雜後的半導體稱為p型半導體，p代表帶正電荷的電洞。
以一個矽的本徵半導體來說明摻雜的影響。
矽有四個價電子，常用於矽的摻雜物有三價與五價的元素。
當只有三個價電子的三價元素如硼摻雜至矽半導體中時，硼扮演的即是受體的角色，摻雜了硼的矽半導體就是p型半導體。
反過來說，如果五價元素如磷摻雜至矽半導體時，磷扮演施體的角色，摻雜磷的矽半導體成為n型半導體。
一個半導體材料有可能先後摻雜施體與受體，而如何決定此外質半導體為n型或p型必須視摻雜後的半導體中，受體帶來的電洞濃度較高或是施體帶來的電子濃度較高，亦即何者為此外質半導體的多數載流子（majority carrier）。
和多數載流子相對的是少數載流子（minority carrier）。
對於半導體元件的操作原理分析而言，少數載流子在半導體中的行為有著非常重要的地位。
載流子濃度
摻雜物濃度對於半導體最直接的影響在於其載流子濃度。
在熱平衡的狀態下，一個未經摻雜的本徵半導體，電子與電洞的濃度相等，如下列公式所示：
其中是半導體內的電子濃度、則是半導體的電洞濃度，則是本徵半導體的載流子濃度。
會隨著材料或溫度的不同而改變。
對於室溫下的矽而言，大約是1.5×1010 cm-3。
通常摻雜濃度越高，半導體的導電性就會變得越好，原因是能進入導帶的電子數量會隨著摻雜濃度提高而增加。
摻雜濃度非常高的半導體會因為導電性接近金屬而被廣泛應用在今日的積體電路製程來取代部份金屬。
高摻雜濃度通常會在或是後面附加一上標的「+」號，例如代表摻雜濃度非常高的n型半導體，反之例如則代表輕摻雜的p型半導體。
需要特別說明的是即使摻雜濃度已經高到讓半導體退化為導體，摻雜物的濃度和原本的半導體原子濃度比起來還是差距非常大。
以一個有晶格結構的矽本徵半導體而言，原子濃度大約是5×1022 cm-3，而一般積體電路製程裡的摻雜濃度約在1013 cm-3至1018 cm-3之間。
摻雜濃度在1018 cm-3以上的半導體在室溫下通常就會被視為是一個簡併半導體。
重摻雜的半導體中，摻雜物和半導體原子的濃度比約是千分之一，而輕摻雜則可能會到十億分之一的比例。
在半導體製程中，摻雜濃度都會依照所製造出元件的需求量身打造，以合於使用者的需求。