定义
物质存在的形式多种多样,
固体、
液体、
气体、
等离子体等
半导体
等。我们通常把
导电性差的材料,如煤、
人工晶体、
琥珀、
陶瓷等称为绝缘体。而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为
导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比,
半导体材料的发现是最晚的,直到20世纪30年代,当材料的提纯技术改进以后,半导体的存在才真正被学术界认可
。
本征半导体:不含杂质且无
晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下,半导体的
价带是
满带(见
能带理论),受到热激发后,价带中的部分电子会越过禁带进入
能量较高的空带,空带中存在电子后成为
导带,价带中缺少一个电子后形成一个带
正电的空位,称为
空穴。空穴导电并不是实际运动,而是一种
等效。电子导电时等
电量的空穴会沿其反方向运动[1]
。它们在外电场作用下产生定向运动而形成
宏观电流,分别称为
电子导电和
空穴导电。这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴,电子-空穴对消失,称为
复合。复合时释放出的
能量变成电磁辐射(发光)或晶格的热振动能量(发热)。在一定温度下,电子- 空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡,此时半导体具有一定的载流子
密度,从而具有一定的电阻率。温度升高时,将产生更多的电子- 空穴对,载流子密度增加,
电阻率减小。无
晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大,实际应用不多。
分类
半导体材料很多,按化学成分可分为
元素半导体和化合物半导
半导体
体两大类。锗和硅是最常用的元素半导体;化合物半导体包括第Ⅲ和第Ⅴ族化合物(砷化镓、磷化镓等)、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(
锰、
铬、
铁、
铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体(镓铝砷、
镓砷磷等)。除上述晶态半导体外,还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。
半导体的分类,按照其制造技术可以分为:
集成电路器件,分立器件、光电半导体、逻辑IC、模拟IC、储存器等大类,一般来说这些还会被分成小类。此外还有以应用领域、设计方法等进行分类,虽然不常用,但还是按照IC、LSI、VLSI(超大LSI)及其规模进行分类的方法。此外,还有按照其所处理的信号,可以分成模拟、数字、模拟数字混成及功能进行分类的方法。
相关短语
半导体Semiconductor;intrinsic semiconductor
有机半导体[电子] organic semiconductor;TCNQ;OSTS
半导体晶体[电子] semiconductor crystal;[电子] semiconducting crystal;[电子] crystal semiconducting;[电子] Crystal Semiconductor
纯半导体intrinsic semiconductor;pure semiconductor
半导体玻璃semiconducting glass;semiconductorglass
半导体整流semiconductor rectifier;semiconductor rectifier,semiconductor rectifier
离子半导体ionic semiconductor
半导体芯片semiconductor chips;conductor chip;semiconductor pellet;semiconductor chip,semiconductor chip
半导体制冷semiconductor refrigeration;Semi-conductor refrigerant;Semiconductor Cooling;
共价键结构:相邻的两个原子的一对最外层电子(即价电子)不但各自围绕自身所属的
原子核运动,而且出现在相邻原子所属的轨道上,成为共用电子,构成共价键。
自由电子的形成:在常温下,少数的价电子由于热运动获得足够的能量,挣脱共价键的束缚变成为
自由电子。
空穴:价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。
电子电流:在外加电场的作用下,自由电子产生定向移动,形成电子电流。
空穴电流:自由电子按一定的方向依次填补空穴(即空穴也产生定向移动),形成空穴电流。
本征半导体的电流:电子电流+空穴电流。自由电子和空穴所带电荷极性不同,它们
运动方向相反。
导体电的特点:导体导电只有一种载流子,即自由电子导电。
本征半导体电的特点:本征半导体有两种载流子,即自由电子和空穴均参与导电。
本征激发:半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。
复合:自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴,使两者同时消失,这种现象称为复合。
动态平衡:在一定的温度下,本征激发所产生的自由电子与空穴对,与复合的自由电子与空穴对数目相等,达到动态平衡。
载流子的浓度与温度的关系:温度一定,本征半导体中载流子的浓度是一定的,并且自由电子与空穴的浓度相等。当温度升高时,热运动加剧,挣脱
共价键束缚的自由电子增多,空穴也随之增多(即载流子的浓度升高),导电性能增强;当温度降低,则载流子的浓度降低,导电性能变差。
结论:本征半导体的导电性能与温度有关。半导体材料性能对温度的敏感性,可制作热敏和光敏器件,又造成
半导体器件温度稳定性差的原因。
杂质半导体:通过扩散工艺,在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素,可得到杂质半导体。
P型半导体:在纯净的硅晶体中掺入三价元素(如
硼),使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了P型半导体。
多数载流子:P型半导体中,空穴的浓度大于自由电子的浓度,称为多数载流子,简称多子。
少数载流子:P型半导体中,自由电子为少数载流子,简称少子。
P型半导体的导电特性:它是靠空穴导电,掺入的杂质越多,多子(空穴)的浓度就越高,导电性能也就越强。
N型半导体:在纯净的硅晶体中掺入五价元素(如磷),使之取代晶格中硅原子的位置形成N型半导体。
施主原子:杂质原子可以提供电子,称施主原子。
N型半导体的导电特性:掺入的杂质越多,多子(自由电子)的浓度就越高,导电性能也就越强。
结论:
多子的浓度主要决定于杂质浓度。
少子的浓度主要决定于温度。
PN结的形成:将P型半导体与N型半导体制作在同一块
硅片上,
PN结的形成过程
在它们的交界面就形成PN结。