现代电子材料与元器件PPT课件
电子材料与元器件
电子材料与元器件电子材料与元器件是现代电子科技领域中不可或缺的重要组成部分。
电子材料是指用于制造电子器件和元器件的材料，包括半导体材料、导电材料、绝缘材料、磁性材料等。
而元器件则是指利用电子材料制造的各种电子元件，如二极管、晶体管、集成电路等。
本文将从电子材料和元器件的基本概念、分类、应用以及发展趋势等方面进行探讨。
首先，我们来看一下电子材料的基本概念。
电子材料是指在电子器件制造过程中所使用的材料，它们具有特定的电学、磁学、光学、热学等性能，能够满足电子器件对材料性能的要求。
常见的电子材料包括硅、锗、氮化镓、氮化铝、氮化硼等半导体材料，金属铜、铝、铁等导电材料，以及氧化铝、氧化硅等绝缘材料。
其次，电子材料可以根据其性能和用途进行分类。
按照性能分类，可以分为导电材料、绝缘材料、半导体材料、磁性材料等。
按照用途分类，可以分为用于制造电子器件的基本材料和用于制造电子器件的辅助材料。
基本材料包括半导体材料、金属材料、绝缘材料等，而辅助材料包括封装材料、散热材料、连接材料等。
接下来，我们来谈一下元器件。
元器件是利用电子材料制造的各种电子元件，它们是电子电路的基本组成部分，用于实现电路的功能。
常见的元器件包括二极管、晶体管、集成电路、电容器、电阻器等。
这些元器件在电子设备中起着不可替代的作用，广泛应用于通信、计算机、消费电子、医疗器械等领域。
最后，让我们来看一下电子材料与元器件的发展趋势。
随着科学技术的不断进步，电子材料和元器件也在不断发展和创新。
在电子材料方面，新型半导体材料的研发将会推动电子器件的性能提升；在元器件方面，微型化、集成化、高频化、高可靠性将是未来元器件发展的主要趋势。
同时，新型材料和元器件的应用将会推动电子科技领域的发展，为人类社会带来更多的便利和进步。
总的来说，电子材料与元器件作为现代电子科技领域中的重要组成部分，对于推动科技进步和社会发展起着至关重要的作用。
随着科学技术的不断发展，我们相信电子材料与元器件的未来一定会更加美好。
电子材料与电子元器件PPT课件
电子产品装接工艺
第3章 电子材料与电子元器件
清华大学出版社
3.1.2 绝缘材料
1．绝缘材料的特性 （1）绝缘材料（电介质）的漏导电流。绝缘材料并不是绝对不导电，当 对绝缘材料施加一定的直流电压后，绝缘材料中会有极其微弱的电流通过， 并随时间而减小，最后逐渐趋近于一个常数，这个常数就是电介质的漏导电 流。 （2）体积电阻和表面电阻。在固体绝缘材料中，漏导电流电流有两个流 通途径，一部分电流穿过固体介质内部，称为体积漏导电流，另一部分沿介 质表面流过，称为表面漏导电流。
表 3.1 通用电阻的标称阻值系列和允许偏差
系列
允许偏 差
电阻
的标称值
1.0；1.1；1.2；1.3；1.5；1.6；1.8；2.0；2.2；2.4；2.7；3.0；3.3；3.6；3.9；
E24
±5﹪
4.3；4.7；5.1；5.6；6.2；6.8；7.5；8.2；9.1
E12
±10﹪
1.0；1.2；1.5；1.8；2.2；2.7；3.3；3.9；4.7；5.6；6.8；8.2
1/4W
1/2W
1W
2W
5W
10W
图 3-4 电阻额定功率电子材料与电子元器件
清华大学出版社
3）电阻的识别 （1）直标法。用阿拉伯数字表示和单位符号（Ω、kΩ、MΩ）在电阻体 表面直接标出阻值，用百分数标出允许偏差的方法称为直标法。例如：24KΩ， ±10%。 （2）文字符号法。用阿拉伯数字和文字符号有规律的组合起来，表示标 称值和允许偏差的方法称为文字符号法。标称阻值的单位标志符号见表 3.2， 单位符号的位置则代表标称阻值有效数字中小数点所在位置。
金属膜电阻的符号是RJ
电子产品装接工艺
第一章-绪论(现代电子技术与应用)PPT课件
1.2 现代电子信息系统主要技术指标
五、响应速度 ▪ 被测对象的信号频率越来越高，而且动态测量和快
速控制是现代电子仪器发展的方向，这就要求处理 电路有较快的响应速度，以便进行实时测量和控制。 ▪ 如果电路的响应速度太低，会导致信号失真和回路 振荡等现象，使测量精度减低或控制系统不稳定。
8 2021/3/12
1.3 现代电子信息系统设计方法
一、总体方案设计 ▪ 处理器选择。处理器主要类型有单片机、DSP、
CPLD/FPGA、ARM和嵌入式计算机主板等。 ▪ 软件、硬件功能分配。为降低产品成本和提高系统
可靠性和稳定性，尽量考虑用软件实现系统的功能。 在实时性要求高的场合下考虑选择硬件实现方式。 ▪ 低功耗设计。尽量采用低电压供电方式和低功耗电 子元件。 ▪ 信号传输方式。有线通讯方式具有信号传输可靠、 传输速度快等特点，但在布线困难和有线方式使用 不便等场合下，考虑采用无线通讯方式。
10 2021/3/12
1.3 现代电子信息系统设计方法
三单元电路设计 ▪ 模拟电路的设计需要计算电路参数、选择元器件。。若单元
电路采用高集成度芯片，则单元电路的指标主要由芯片的性 能决定，电阻和电容等元件参数根据单元电路的指标要求和 集成芯片使用手册确定。 ▪ 数字电路的实现可以采用数字集成芯片或可编程器件。可编 程器件的设计依靠VHDL和Verilog等硬件描述语言以及可编 程器件编程环境。 ▪ 考虑到电阻噪声的影响和导线电阻存在等因素，电阻值不能 选择太大和太小，一般在几百欧以上到几兆欧以下。还要考 虑电阻功率和其电感量大小。 ▪ 电容选择主要考虑信号的频带范围和电容标称值，还要考虑 其耐压、泄漏电阻和极性要求。
现代电子技术及应用
电子行业电子材料与元器件
电子行业电子材料与元器件1. 介绍电子行业是现代社会中不可或缺的一部分，而电子材料与元器件是电子行业的基础。
本文将介绍电子材料与元器件的基本概念、分类及其在电子行业中的应用。
2. 电子材料2.1 电子材料的定义电子材料指的是在电子行业中用于制造电子产品的材料。
它们具有特殊的物理、化学特性，能够满足电子产品的功能要求。
2.2 电子材料的分类常见的电子材料可以分为以下几类：•半导体材料：如硅、锗等。
半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的导电特性，广泛应用于集成电路和光电器件等领域。
•金属材料：如铜、铝等。
金属材料具有良好的导电性能，常用于连接器、导线等电子元器件中。
•绝缘材料：如塑料、陶瓷等。
绝缘材料具有良好的绝缘性能，可用于电子元器件的绝缘衬底和外壳等部分。
•功能材料：如发光材料、磁性材料等。
功能材料能够赋予电子元器件特殊的功能，如显示器件中的发光材料和磁盘驱动器中的磁性材料。
2.3 电子材料的制备与性能电子材料的制备方式多种多样，包括化学合成、物理沉积、机械加工等方法。
制备出的电子材料应具备一定的物理性能，如导电性、绝缘性、发光性、磁性等，并且要满足电子元器件制造的工艺要求。
3. 电子元器件3.1 电子元器件的定义电子元器件是由电子材料制造而成，用于电子产品中的功能部件。
它们根据功能可分为被动元器件和主动元器件两大类。
3.2 被动元器件被动元器件是指在电路中不参与能量放大或者信号处理的元器件，主要用于对电路中电流、电压进行调整、分配以及保护等功能。
常见的被动元器件包括电阻器、电容器、电感器等。
3.3 主动元器件主动元器件是指能够对电流或电压进行控制，参与信号放大和处理的元器件。
常见的主动元器件包括二极管、晶体管、操作放大器等。
3.4 电子元器件的应用电子元器件广泛应用于各类电子产品中，包括通信设备、计算机、消费电子产品等。
它们承担着信号处理、功率放大、开关控制等重要功能，是电子产品实现各种功能的关键组成部分。
电子元器件培训课件
06
集成电路
集成电路的定义与分类
01
02
集成电路定义：集成电 路是将大量电子元件（ 如晶体管、电阻、电容 等）集成在一块微小的 半导体材料上的电子设 备，以实现特定功能或 系统级功能。
集成电路分类
03
04
05
按功能：数字集成电路 、模拟集成电路、数模 混合集成电路
按规模：小规模集成电 路、中规模集成电路、 大规模集成电路、超大 规模集成电路
05
晶体管
晶体管的定义与分类
晶体管的基本定义
晶体管是一种半导体器件，具有电流放大和开关的功能 。它利用半导体材料的特殊性质，控制电流的流动。
晶体管的分类
晶体管主要分为二极管、三极管和场效应管等几种类型 。二极管是最简单的晶体管，只能在一个方向上导电； 三极管则有三个电极，可以控制电流的放大和开关；场 效应管则利用电场效应控制电流的流动。
制造与设计
电子元器件需要具备高可靠性和长寿命， 以确保电子设备的稳定性和性能。
电子元器件的制造和设计过程需要精确控 制，以确保其性能和质量的一致性。
02
电阻器
电阻器的定义与分类
定义
电阻器是一种用于限制电流的电子元件。它通过阻碍电流的流动来发挥作用， 从而将电能转换为热能。
分类
根据材料、结构、性能和应用等方面的差异，电阻器可分为固定电阻器、可变 电阻器、敏感电阻器等多种类型。
询价、报价
向潜在供应商发送询价单，接 收报价并比较价格、质量等。
到货检验
收到货物后进行检验，确保符 合采购要求。
电子元器件的存储环境与方式
环境要求
电子元器件的存储环境应保持干燥、 通风良好，避免阳光直射和高温。
分类存储
《电子元器件》课件
常见电子元器件分类
1
பைடு நூலகம்
主动元件
2
例如二极管、三极管等，可以增益或放
大电能。
3
被动元件
电阻、电容、电感等元器件，无源供电， 仅对电流和电压起作用。
集成电路
由多个元器件组成的集成芯片，广泛应 用于电子产品。
电子元器件的应用领域
智能手机
电子元器件的广泛应用使得智能 手机成为现代人生活中不可或缺 的工具。
3 案例分享
分享真实案例，展示电子 元器件在各行业的广泛应 用，为您提供实践参考。
课程目标
1 掌握基础概念
了解电子元器件的定义、特点和基本工作原理。
2 熟悉主要元器件
学习电阻、电容、电感等主要元器件的结构和特性。
3 探索分类与特点
了解常见电子元器件的分类及其在电子电路中的应用。
基础概念
1 电流与电压
《电子元器件》PPT课件
欢迎来到《电子元器件》PPT课件！在本课程中，我们将深入探讨电子元器件 的基础概念、主要分类以及应用领域，为您揭开电子世界的神秘面纱。
课程介绍
1 深入剖析
了解电子元器件的本质和 重要性，为日后学习打下 坚实的基础。
2 实用导向
帮助您理解电子元器件在 实际应用中的作用，为您 未来的创造力提供灵感。
汽车行业
电子元器件在汽车电子系统中起 着关键作用，提升安全性和驾驶 体验。
医疗科技
电子元器件在医疗设备中的应用 推动了医疗科技的快速发展，拯 救生命。
课程总结和答疑
1 知识回顾
总结课程中的重要知识点，加深理解。
2 实践建议
提供学习电子元器件的实践建议和资源。
3 提问答疑
回答学员在课程中提出的问题，帮助巩固知识。
电子材料与元器件
电子材料与元器件电子材料与元器件是电子工程领域的重要组成部分，被广泛应用于各种电子设备中。
电子材料主要用于制造元器件，而元器件则是构成电子设备的基本组成部分。
电子材料包括半导体材料、导电材料、绝缘材料和磁性材料等。
其中，半导体材料是电子元器件制造中最为重要的一类材料。
半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的导电特性，可以通过施加外加电压来控制电流的流动。
常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。
导电材料包括金、银、铜等金属材料，用于传导电流。
绝缘材料则用于隔离电路中的电流，常见的绝缘材料有玻璃纤维、陶瓷等。
磁性材料则具有的特殊的磁化性能，广泛应用于电子元器件中。
元器件则是电子设备中的功能性部件。
常见的元器件有电阻、电容、电感、二极管、晶体管、集成电路等。
电子元器件根据功能的不同被分为被动元器件和主动元器件。
被动元器件如电阻、电容、电感等不具备放大和开关功能，主要用于控制电路中的电阻、电容、电感等物理量。
而主动元器件如二极管、晶体管、集成电路等具备放大和开关功能，可以对电路中的信号进行放大、开关等控制动作。
电子材料与元器件的发展与进步促进了电子技术的快速发展。
随着科技的进步，电子材料正朝着更高性能、更小尺寸、更低功耗的方向发展。
例如，半导体材料的尺寸正不断缩小，电子器件的工作频率不断提高。
同时，新的材料如有机材料、纳米材料等也在电子材料领域广泛研究和应用。
电子材料与元器件的应用范围非常广泛，涵盖了电子通信、计算机、消费电子、医疗设备、航天航空等领域。
电子材料与元器件的性能和可靠性直接关系到整个设备的性能和可靠性。
因此，在电子工程领域，对电子材料与元器件的研究和应用是十分重要的。
总之，电子材料与元器件作为电子工程领域的重要组成部分，对电子设备的性能和可靠性有着直接的影响。
随着科技的不断发展，电子材料与元器件的研究与应用也在不断进步，为电子技术的发展提供了强大的支持。
物业工弱电维修培训之二电子元器件基本知识课件
电感器检测方法与技巧
外观检测
万用表检测
仪器检测
技巧
检查电感器的外观是否完好， 有无破损、变形、烧焦等现象 。
使用万用表检测电感器的电阻 值，判断其是否开路或短路。 同时，可以通过测量电感器的 电感量来进一步判断其性能。
使用专业的电感测试仪可以准 确测量电感器的各项参数，包 括电感量、品质因数、自谐振 频率等，从而全面评估电感器 的性能。
集成电路检测
通过外观检查、专用测试仪器等方法判断集成电路是否损坏或失效。
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半导体器件检测
通过外观检查、万用表检测等方法判断半导 体器件是否损坏或失效。
实例五：某弱电系统中集成电路应用分析
集成电路作用
将多个电子元器件集成在一个芯片上，实现电路的微型化和高性能化。
集成电路类型
根据功能、封装等不同，集成电路可分为模拟集成电路、数字集成电路等。
集成电路选用
根据电路要求选择合适的集成电路，考虑其性能、功耗、封装等因素。
电阻器类型与参数选择
电阻器类型
根据材料、结构、功率等不同，电阻 器可分为碳膜电阻、金属膜电阻、线 绕电阻、水泥电阻等多种类型。
参数选择
在选择电阻器时，需要考虑其阻值、 精度、功率、温度系数等参数，以确 保电阻器满足电路设计要求。
电阻器检测方法与技巧
外观检测
检查电阻器外观是否有破损、烧焦、 氧化等现象，如有异常则可能影响其 性能。
万用表检测
使用万用表测量电阻器的阻值，判断 其是否符合标称值，同时注意测量时 选择合适的量程和档位。
通电检测
在电路中对电阻器进行通电检测，观 察其发热情况和工作状态，以判断其 性能是否稳定可靠。
电子功能材料与元器件：1-1 材料与功能材料的分类
1293.2：发（质现子轰中击L子i） 及轻原素裂变
7
1
8
4
4
3.重L元i 素H 裂（变Be及） 链H式e 反He应发出1690万eV
3
1
4
2
2
30万eV
860万eV
5.高新技术及其应用材料的典型例子 LOGO
2 中子的发现轻元素的裂变
1932年，英国的查德威尔：α粒子轰击Be，发现了中子。
1934年，居里夫妇：α粒子轰击Al
27
4
30 1
Al He P n(中子)
13
2
15 0
28
1
1
Si H n
3 重核裂变及链式反应 14
1
0
费米
哈恩
5.高新技术及其应用材料的典型例子 LOGO
5.高新技术及其应用材料的典型例子 LOGO
我国进行的 原子弹实验
5.高新技术及其应用材料的典型例子 LOGO
秦山核电站
5.高新技术及其应用材料的典型例子 LOGO
合成纤维（锦纶、腈纶、涤纶、丙纶、维纶等） 合成橡胶（丁苯、氯丁、丁腈、聚氨酯、氟橡胶、硅橡胶等） 合成塑料（聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、尼龙、聚砜等） 合成胶黏剂和涂料（聚氨酯、环氧-丁腈、酚醛-缩醛） 部分液晶（近晶型、项列型、胆甾型）
2. 材料的分类
LOGO
四、按材料功能用途分类
结构材料：具有较好的力学性能（比如强度、韧性及 高温性能等等）、可用作结构件的材料，它主要利用 的是材料或制品机械结构的强度性能。例如，利用材 料机械结构刚度的建筑材料及工程材料，如水泥制品、 建筑陶瓷等等。
1-1 材料与功能材料的分类
1. 材料科学的重要性
《电子元器件培训》课件
电阻器
符号表示
通常用字母R表示，有时也用希腊字 母Ω表示。
作用
在电路中起到限流、分压等作用，是 电子电路中不可或缺的元件之一。
电容器
总结词
电容器是一种储存电荷的元件，主要用于隔直、滤波和旁路等应用。
详细描述
电容器由两个平行板电极和它们之间的绝缘介质组成。当在电容器上施加电压时，电荷会储存在两个 电极之间，形成电场。电容器的容量通常以法拉（F）为单位。根据用途的不同，电容器可以分为隔 直电容、滤波电容、旁路电容等多种类型。
电容器
符号表示
通常用字母C表示。
作用
在电路中起到隔直、滤波和旁路等作用，对于电路的稳定性和性能有着重要的 影响。
二极管
总结词
二极管是一种单向导电的半导体元件，主要用于整流、检波等应用。
详细描述
二极管是由一个PN结组成的半导体元件，具有单向导电性。当正向电压施加在 二极管上时，电流可以顺利通过；而当反向电压施加时，电流几乎为零。二极管 的种类很多，根据用途可以分为整流二极管、检波二极管、稳压二极管等。
性能检测
通过使用测试设备对元器件进行性能 测试，如电压、电流、电阻、电容等 参数的测量，以确定其性能是否正常 。
电子元器件的选用原则
选用与电路设计要求相符合的元 器件，确保电路性能稳定、可靠 。
优先选用环保、低毒、无害的元 器件，以减少对环境的负面影响 。
可靠性原则 兼容性原则 经济性原则 环保性原则
随着新材料、新工艺的不断涌现，电子元器件的性能不断提 高，尺寸不断减小，为现代电子设备的发展提供了有力支持 。
02
常见电子元器件介绍
Chapter
电阻器
总结词
电阻器是电子电路中常用的元件，用于限制电流的大小。
现代电子功能材料器件一课件
电-----半导体材料，超导材料，电阻材料 磁-----磁记录材料，磁屏蔽材料 光-----光纤，光记录材料 热-----热敏电阻 其他 ---- 触点材料，集成电路基片材料 2.利用物----物转换：光电子材料，磁敏材
料 3.利用力----物转换：压电材料，力敏材料 4.利用化----物转换：气敏材料，湿敏材料
27
§1-5 功能材料的性能 一．半导体的导电性 １.本征电导与本征半导体
半导体材料的禁带很小，在外界作用下， 价带上的电子可跃迁到较高能级的空带上， 在价带上留下空穴。在电场作用下，两者 均可参与导电。 载流子：电子+空穴 相应的半导体－本征半导体
28
2. 掺杂半导体
Ａ
．施主能级与n型半导体
在四价的单晶硅中掺入五价的原子(例如 Ｐ)，成键后，多余一个电子，其能级接近 导带，易激发至导带，此能级被称为施主
主题1 半导体材料器件的可靠性 主题2 半导体陶瓷 主题3 光存储材料(光盘) 主题4 磁存储材料(磁卡) 主题5 器件的封装 主题6 敏感材料(报警方面的应用) 主题7 光电子材料 主题8 光纤材料 主题9 压电材料 主题10 磁性记忆合金 主题11 贮氢材料及其他电池材料 主题12 磁阻效应及其应用
形成能带； 2. 满带—若能带被2N个电子所填满，则
3.
4.
所产生的电流正好一一抵消，无电流产生，
且外电场不改变满带中电子的分布；
5. 3． 部分填充能带中的电子可以导电(导带)—
电场作用下，电子在布里渊区的分布不再对称，
总电流不为零。
25
二. 导体的能带结构与导电性
1. 金属的能带结构 2. (Ｅv—价带顶，Ec—导带底)：
《半导体器件》课件
总结词
高效转换，环保节能
详细描述
在新能源系统中，半导体器件用于实现高效能量转换和 环保节能。例如，太阳能电池板中的硅基太阳能电池可 以将太阳能转换为电能，而LED灯中的发光二极管则可 以将电能转换为光能。
THANKS
感谢观看
总结词
制造工艺复杂
详细描述
集成电路的制造工艺非常复杂，需要经过多个步骤和工艺 流程。制造过程中需要精确控制材料的物理和化学性质， 以确保器件的性能和可靠性。
总结词
具有小型化、高性能、低功耗等特点
详细描述
集成电路具有小型化、高性能、低功耗等特点，使得电子 设备更加轻便、高效和节能。同时，集成电路的出现也推 动了电子产业的发展和进步。
总结词
由半导体材料制成
详细描述
双极晶体管通常由半导体材料制成，如硅或锗。这些材料 在晶体管内部形成PN结，是实现放大和开关功能的关键 结构。
总结词
正向导通，反向截止
详细描述
在正向偏置条件下，双极晶体管呈现低阻抗，电流可以顺 畅地通过。在反向偏置条件下，双极晶体管呈现高阻抗， 电流被截止。
场效应晶体管
05
CATALOGUE
半导体器件的应用
电子设备中的半导体器件
总结词
广泛使用，基础元件
详细描述
在电子设备中，半导体器件是最基本的元件 之一，用于实现信号放大、传输和处理等功 能。例如，二极管、晶体管和集成电路等是 电子设备中不可或缺的元件。
通信系统中的半导体器件
总结词
高速传输，信号处理
详细描述
在通信系统中，半导体器件用于信号的高速 传输和处理。例如，激光二极管用于光纤通
总结词
通过电场控制电流的电子器件
新型电力电子器件—碳化硅ppt课件
作为一种新型的宽禁带半导体材料，碳化硅因其出色的物理及电 特性，正越来越受到产业界的广泛关注。碳化硅电力电子器件的重要 系统优势在于具有高压(达数万伏)高温(大于 500 ℃ )特性，突破了硅 基功率半导体器件电压(数 kV)和温度(小于 150 ℃ )限制所导致的严重 系统局限性。随着碳化硅材料技术的进步，各种碳化硅功率器件被研 发出来，由于受成本、产量以及可靠性的影响，碳化硅功率器件率先 在低压领域实现了产业化，目前的商业产品电压等级在 600~1 700 V。 随着技术的进步，高压碳化硅器件已经问世，并持续在替代传统硅器 件的道路上取得进步。随着高压碳化硅功率器件的发展，已经研发出 了 19.5 kV 的碳化硅二极管， 3.1 kV和 4.5 kV 的门极可关断晶闸管 (GTO)，10 kV 的碳化硅 MOSFET和 13~15 kV碳化硅IGBT 等。它们的研 发成功以及未来可能的产业化，将在电力系统中的高压领域开辟全新 的应用，对电力系统的变革产生深远的影响。
5
Johnson 优良指数(JFM)表示器件高功率、
高频率性能的基本限制
KFM 表示基于体管开关速度的优良指数
质量因子 1(QF1)表示电力电子器件中有源
器件面积和散热材料的优良指数
QF2则表示理想散热器下的优良指数
QF3 表示对散热器及其几何形态不加任何
假设状况下的优良指数
Baliga 优良指数 BHFM 表示器件高频应用
固态变压器是一种以电力电子技术为核心的变电装置，它通过电 力电子变流器和高频变压器实现电力系统中的电压变换和能量传递及 控制，以取代电力系统中的传统的工频变压器。与传统电力变压器相 比，具有体积小、重量轻等优点，同时具有传统变压器所不具备的诸 多优点，包括供电质量高、功率因数高、自动限流、具备无功补偿能 力、频率变换、输出相数变换以及便于自动监控等优点。
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1144
3.1 半导体材料的物理基础
5 非平衡载流子
非平衡载流子的复合和寿命
实验证明，非平衡载流子寿命τ与材料所含杂质有关。对于同 一材料，制备方法不同，τ值可相差很大。 这是由于电子从导带回落到价带往往主要通过杂质能级，电 子先落入到一个空的杂质能级，然后再由杂质能级落到价带 中的空穴。 有些杂质在促进复合上特别有效，成为主要决定非平衡载流 子寿命的杂质，被称为复合中心。
.
99
3.1 半导体材料的物理基础
4 电导与霍尔效应
由于电导率受多种因素的影响，其中电离的杂质浓度依赖于 温度和杂质能级，所以半导体中杂质浓度可能与载流子浓度 不同。为了直接测量载流子浓度和电导率，最直接的方法是 利用霍尔效应。体材料的物理基础
4 电导与霍尔效应
3.1 半导体材料的物理基础
2 半导体中的杂质
n型半导体
图3.2 非本征的n型半导体
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11
3.1 半导体材料的物理基础
2 半导体中的杂质
p型半导体
图3.2 非本征的p型半导体
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22
3.1 半导体材料的物理基础
2 半导体中的杂质
浅能级杂质 深能级杂质
金在导带下0. 54eV处 有一个受主能级，在价 带上0.35eV处有一个 施主能级。
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77
3.1 半导体材料的物理基础
4 电导与霍尔效应
欧姆定律 j E
nqnpqp
迁移率一方面决定于有效质量， 一方面决定于散射几率。
散射可以是由晶格振动引起的，也 可以是由于杂质引起的。在温度较 高时，晶格振动是散射的主要原因， 随温度的升高而增加。在低温时， 杂质散射是主要的散射方式。
图3.5 电导率与温度的关系
5 非平衡载流子
非平衡载流子的复合和寿命
非平衡载流子会自发地发生复合，导电电子由导带回落到价 带，导致一对电子和空穴消失，这是一种由非平衡恢复到平 衡的自发过程。 所谓热平衡，实际上是电子-空穴不断产生和复合的动态平衡。 当存在非平衡载流子时，这种动态平衡被破坏。 在最简单的情形中，非平衡载流子复合以一个固定的概率发 生，单位时间、单位体积复合的数目可以用复合率表示，
由霍尔系数可以直接测得载流子的浓度，而且，由它的符号 可以确定是空穴导电还是电子导电。
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3.1 半导体材料的物理基础
5 非平衡载流子
热平衡时，满足 n 0p 0N V N C ex p ( E gkT )
但在外界作用下，有可能使电子浓度和空穴浓度偏离平衡值。
例如，在光照下，由价带激发电子至导带而产生电子空穴对，
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3.1 半导体材料的物理基础
3 费米能级和载流子浓度
n p N V N C e x p ( E C E V ) k T N V N C e x p ( E g k T )
对于确定的材料来说，禁带宽度是确定的，所以电子和空 穴密度的乘积只是温度的函数。半导体中导带电子越多， 则空穴越少；反之，空穴越多．则电子越少。 例如，在n型半导体中，施主越多，电子越多，则空穴越 少，故电子称为多数载流子，而空穴称为少数载流子。
使电子浓度增加Δn，空穴浓度增加Δp，多余的载流子称为非
平衡载流子。
n p
多数载流子的数量一般会很大，非平衡载流子通常不会对它 的数目产生显著的影响。但对于少数载流子而言，其数量的 变化将是十分显著的。因此，在讨论非平衡载流子时，最关 心的是非平衡少数载流子。
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3.1 半导体材料的物理基础
n
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3.1 半导体材料的物理基础
5 非平衡载流子
非平衡载流子的复合和寿命
光照撤去后，非平衡载流子逐渐消失
dn n
dt
nn0exp 1()
当光照撤去后，非平衡载流子是随时间呈指数形式衰减。τ描 述了非平衡载流子平均存在时间，通常称为非平衡载流子寿 命。 对于光电导现象，τ决定着在变化光强下，光电导反应的快慢。
深能级杂质和缺陷在半导体中起着多方面的作用。例如， 它可以是有效的复合中心，使得载流子的寿命大大降低； 它可以成为非辐射复合中心，而影响发光效率；它可以 作为补偿杂质，而大大提高材料的电阻率。
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3.1 半导体材料的物理基础
3 费米能级和载流子浓度
由杂质能级或满带所激发的电子，使导带产生电子或使价带 产生空穴，这些电子或空穴致使半导体导电，统称为载流子。 半导体中电子的分布遵循费米分布的一般规律。
f(E)e(EEF)/kT
满带中空穴的占据几率为
1f(E)e(EFE)/kT
图3.4 费米分布函数
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3.1 半导体材料的物理基础
3 费米能级和载流子浓度
电子浓度 n N C e x p (E C E F )/k T
空穴浓度 p N Ve x p (E F E V )/k T
电子和空穴的浓度分别决定于费米能级与导带底、费米 能级与价带顶的距离。 对于n型半导体，在杂质激发的范围，电子的数目远多于 空穴，因此费米能级EF应在禁带的上半部，接近导带。 而在p型半导体中，空穴的数目远多于电子，EF将在禁带 下部，接近于价带。
当半导体片放置在x-y平面内，电流沿x方向，磁场垂直于x-y平 面。如果是空穴导电，那么它们沿电流方向运动的同时，也受 到洛伦兹力的作用发生偏转，造成电荷的积累，从而导致一个 与洛伦兹力方向相反的电场力。
1 当两者相等时，霍尔系数为 R H p q
对于电子导电（n型半导体），霍尔系数为
RH
1 nq
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3.1 半导体材料的物理基础
4 电导与霍尔效应
nqnpqp
在温度较低时，随着温度升高电导率不断增加，这是由于 在杂质电离随温度升高而增大，因而电导率对数与温度的 倒数之间存在线性关系；在高温时本征激发已成为主要影 响因素，载流子只取决于材料的能带结构，此时电导率对 数与温度的倒数之间也存在线性关系，但直线的斜率不同。 而在中间温度范围，电导率随温度的升高而降低，这是由 于此时杂质已经全部电离，因此载流子的数目不会增加， 而晶格散射随温度升高而增加，从而使得迁移率下降。
图3.3 半导体硅中金的深能级
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3.1 半导体材料的物理基础
2 半导体中的杂质
深能级杂质大多是多重能级。它反映出杂质可以有不同 的荷电状态：在这两个能级中都没有电子填充的情况下， 金杂质是带正电的，当受主能级上有一个电子而施主能 级空着时，金杂质是中性的；当金杂质施主能级与受主 能级上都有一个电子的情况下，金杂质带负电。