半导体二极管简介

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第一章：半导体介绍
第四节：添加掺杂物质的半导体与电子及空穴
将第V族的元素（最外层的轨道有五个电子）添加在第IV族的元素的结晶，即会形成1个自由电子且成为N型半 导体。
将第Ⅲ族的元素（最外层的轨道有三个电子）添加在第IV族的元素的结晶，即会产生缺少一个电子的地方且 成为P型半导体。 N型半导体（N type Semiconductor）
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第二章：芯片介绍
第二节：扩散类(OJ)芯片制作
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第二章：芯片介绍
第二节：扩散类(GPP)芯片制作
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作为P型掺杂物质使用的元素有：B 硼；in 锌
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第一章：半导体介绍
第五节：PN接合和势垒
在接合前，由于P型半导体存在与受体（负离子化原子）同数的空穴，而N型半导体存在与施体（正离子化原 子）同数的电子，并在电性上成为电中性。将这样的P型半导体和N型半导体接合就会产生势垒。
N型半导体中，自由电子电成为电流的主流（多数载了），并将产生自由电子的原子，称为“施体（donor）“。 施体将带正电而成为固定电荷。不过也会存在极少的空穴（少数载子）。
作为N型掺杂物质使用的元素有：P 磷；As 砷；sb 锑 P型半导体（P type Semiconductor）
在P型半导体中，空穴成为电流的主流（多数载子），并将产生空穴的原子，称为“受体（acceptor）”。受 体将带负电而成为固定电荷。不过也会存在极少的自由电子（少数载子）。
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第一章：半导体介绍
第一节：半导体的物理特性
【半导体】具有处于如铜或铁等容易导电的【导体】、与如橡胶或玻璃等不导电的【绝缘体】中间的电阻系 数、该电阻比会受到下列的因素而变化。
如： 杂质的添加、温度、光的照射、原子结合的缺陷
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第一章：半导体介绍
第三节：本征半导体与自由电子及空穴
第IV族（最外层轨道有四个电子）的元素（Si、Ge等），以及和第IV族等价的化合物（GaAs、GaN等），且掺 杂极少杂质的半导体的结晶，称之为本征半导体（intrinsic semiconductor） 本征半导体（intrinsic semiconductor）
自由电子（free electrons） 束缚电子若以热或光加以激发时就成为自由电子，其可在结晶内自由移动。
空穴（hole） 在束缚电子成为自由电子后而缺少电子的地方，就有电子从邻接的Si原子移动过来，同时在邻接的Si原子新
发生缺少电子的地方，就会有电子从其所邻接的Si原子移动过来。在这种情况下，其与自由电子相异，即以逐次 移动在一个邻接原子间。缺少电子地方的移动，刚好同肯有正电荷的粒子以反方向作移动的动作，并且产生具有 正电荷载子（空穴）的效力。
单结晶的硅、其各个原子与所邻接的原子共价电子（共有结合、共有化）且排列得井井有条。利用如此的单 结晶，就可产生微观性的量子力学效果，而构成半导体器件。 化合物半导体
除硅（Si)之外，第III族与第V族的元素化合物，或者与第IV族元素组成的化合物也可用于半导体材料。 例如，GaAs（砷化镓）、 Gap（磷化砷）、 AlGaAs（砷化镓铝）、 GaN（氮化镓） SiC（碳化硅） SiGe（锗化 硅）等均是由2个以上元素所构成的半导体。
当温度十分低的时候，在其原子的最外侧的轨道上的电子（束缚电子（bound electrons）用于结合所邻接的 原子，因此在本征半导体内几乎没有自由载子，所以本征半导体具有高电阻比。
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第一章：半导体介绍
第三节：本征半导体与自由电子及空穴
将P型与N型半导体接合时，由于P型与N型范围的空穴及电子就相互开始向对方散。因此在接合处附近，电子 和空穴再接合后就仅剩下不能移动的受体与施体。该层称为“空乏层”。由于该空乏层会在PN接合部会产生能差， 故将该能差称为“势垒”。
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第一章：半导体介绍
第八节：掺杂物质的选择性扩散
2、离子注入法（Ion-injection Method） 将气体状的不纯物加以离子化，且用质量分析器将所注入的元素加以分离，并用电场作加速而打入半导体基板。
若使用该注入方法，就能将不纯物浓度做精密控制，注入到目标位置和深度。但如果单是注入不纯物，仍无法显 现P型、N型的性质，还必须有后续烧钝（退火）来将晶格中的硅原子加以置换为掺杂物原子的过程。通过扩散来 改变半导体的极性时，必须将浓度提升为比原来素材的不纯物浓度高，而且应使不纯物扩散。在扩散工程中只能 操作增加浓度的方向。
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第一章：半导体介绍
第八节：掺杂物质的选择性扩散
3、气相成长法（epitaxial growth method） 这种方法如同在结晶基板接枝那样，使结晶成长的气相成长法（vaporphase growth method）。将晶圆在反应
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第二章：芯片介绍
第一节： Si晶圆的制作(芯片制造的前工序）
第一步、从硅单结晶晶柱切出晶圆状的晶圆（切成薄片：Slicing） 将圆柱状的Si单结晶晶柱贴在支撑台上，再使带有钻石粒的内圆周刀刃旋转，就可切出圆盘状的晶圆。
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第一章：半导体介绍
第二节：半导体的材料
硅(Si)与锗(Ge)为众所周知的半导体材料.这些无素属于元素周期素中的第IV族,其最外壳(最外层的轨道)具 有四个电子.半导体除以硅与锗的单一元素构成之处,也广泛使用两种以上之元素的化合物半导体. 硅、锗半导体
制作Si单结晶 半导体器件需要Si纯度、结晶瑕疵少的单结晶，单结晶硅的制造方法有CZ法（齐克劳斯基法）及FZ法（悬浮
区熔法）。利用多结晶Si材料制作单结晶Si材料时需要添加杂质，在基板上形成P型、N型的极性。 1、CZ法（Czochralski method）
将不纯物体添加在超高纯度的多结晶硅基板，且在加热炉中溶解，并将晶种一面旋转且一面慢慢的加以提升， 即会成长为棒状的单结晶晶锭。通过加减掺那时物质种类或添加量，即可控制半导体的极性与电阻比。 2、FZ法（Floating Zone method）
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索引： 第一章： 半导体介绍
第一节：半导体的物理特性 第二节：半导体的材料 第三节：本征半导体与自由电子及空穴 第四节：添加掺杂物质的半导体与电子及空穴 第五节：PN接合和势垒 第六节：空乏层与势垒 第七节：PN结面的电压和电流特性 第八节：掺杂物质的选择性扩散
第一章：半导体介绍
第七节：PN结面的电压和电流特性
如外加电压到PN接合处，使电流按照外加电压的方向（正负极）流通或不流通。这是二极管基本特性。 外加正相电压到PN接合面
从外部在减弱扩散电位的方向（正极在P型而负极在N型）外加电压时，PN接合面的势垒就被破坏了，空穴流 从P型半导体注入N型半导体，电子流则从N型半导体注入P型半导体，而扩散电流得以继续流动。电流流动的方向 就称为“正向”。 外加反向电压到PN接合面
第二章：芯片介绍
第二节：扩散类(GPP)芯片制作
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第二章：芯片介绍
第二节：扩散类(GPP)芯片制作
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第二章：芯片介绍
第三节：肖特基异质结类芯片制作 1、 原理及结构： 肖特基二极管是贵金属（金、银、铝、铂等）A为正极，以N型半导体B为负极，利用二者接触面上形成的 势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。因为N型半导体中存在着大量的电子，贵金属中仅有极少量的 自由电子，所以电子便从浓度高的B中向浓度低的A中扩散。显然，金属A中没有空穴，也就不存在空穴自A向B 的扩散运动。随着电子不断从B扩散到A，B表面电子浓度表面逐渐降低，表面电中性被破坏，于是就形成势 垒，其电场方向为B→A。但在该电场作用之下，A中的电子也会产生从A→B的漂移运动，从而削弱了由于扩散 运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电 子扩散运动达到相对的平衡，便形成了肖特基势垒。
第八节：掺杂物质的选择性扩散
如果用不纯物的原子置换结晶中Fra bibliotek硅（4价）原子的一部分，即能制造P型（3价的掺杂元素：注入硼等），或 者N型（5价的掺杂元素：注入磷等）半导体。注入掺杂 有以下方法： 1、热扩散法（Thermal Diffusion Method）
使用气体或固体作为杂质扩散源，并将单结晶基板（晶圆）放入扩散炉中加热（约1000℃），杂质就因扩散而 掺入到硅结晶中。P型掺杂物使用硼，而N型掺杂物为磷、砷等。单结晶中的掺杂物浓度或浓度分布可由增减温度、 时间、气体流量来加以控制。
接合前为中性状态 接合前，在P型半导体存在着与受体（负离子化原子）同数的空穴，而N型半导体即存在着与施体（正离子化
原子）同数的电子，并在电性上成为电中性。
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第一章：半导体介绍
第六节：空乏层与势垒（depletion layer＆potential barrier）
第二章： 芯片介绍 第一节：Si晶圆的制作 第二节：Si扩散类芯片制作 第三节：肖特基异质结类芯片制作
第三章： 封装流程介绍 第一节：OJ类产品介绍 第二节：GPP/SKY类产品介绍 第三节：整流桥类产品介绍 第四节：玻壳封装类产品介绍
第四章：二极管的种类及参数介绍 第一节：整流器件参数介绍 第二节：齐纳（稳压）器件参数介绍 第三节：保护器件（TVS）参数介绍
在加有添加化合物的气体的惰性气体的容器内将棒状的多结晶硅加以固定，再连接种子结晶、且从该部分按 照环状的高频加热线圈、一面将硅溶解为带状并一面将线圈移动至上方，面制作单结晶晶锭。
想制造高耐压功率晶体管或晶闸管等高电阻比的单结晶时，也有以中子束照射高纯度的FZ单结晶，且将一部 分的硅变换为磷而制造N型半导体的制法。
容器内加温至高温（约1200℃）并将掺杂物气体与硅烷气体（SiH4）、氢混合，流通适量，就能在结昌基板上长 成具有目的性极性和不纯物浓度的单结晶，且能做成比基板不纯物浓度更低的层或极性相反的层。
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第二章：芯片介绍
第一节： Si晶圆的制作
第二步、Si晶圆的表面抛光（研磨-精磨：Polishing） 如果想制造缺陷少的器件，需要将Si晶圆表面冒用机械或化学方法加以抛光成镜面，以去除表面的缺陷层。
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第二章：芯片介绍
第二节：Si扩散类(OJ)芯片制作
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从外部所外加的电压的极性与上述相反（负极为P型而正极为N型），在接合面使势垒变成需要再加上外部电 位VR，其结果使空乏层的宽度更扩大。此时反向电流几乎不会流通，我们将这个方向称为[反向]（Reverse）
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第一章：半导体介绍