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基本半导体原件原理与应用 中央民族大学 信息工程学院 王继业 一、半导体器件的理论基础 1、半导体基础 -6 8 一般把电阻率在10 ——10 Ω·m的材料列入半导体。 这个说法其实是不严密的，某些不含杂质的半导体可能比绝缘体电阻率 还高，而当足够浓度的掺杂时，电阻率可以下降到比金属电阻率还低。 自然界中的半导体材料多的难以计数。仅单质半导体就有：硅、锗、硒、 灰锡、金刚石等。重要的化合物半导体有砷化镓、碳化硅等。 半导体和其它导电物质的本质区别在于半导体材料的电阻率的可变性， 才可以利用这种特性制造各种半导体元件。 2、半导体中的载流子 我们已经知道，半导体中的载流子包括电子和空穴。 本征半导体：不含杂质的半导体。 N型半导体：掺杂P等5价元素的半导体。 P型半导体：掺杂B等3价元素的半导体。 实际中掺杂半导体可能含有多种杂质，最终半导体的类型取决于N、P抵消后剩 余的载流子类型。 3、能带理论 更靠近量子统计物理。 孤立原子的能级和固体中的能带 4 、PN结原理 PN结是半导体P型和N型结合部。 半导体在PN结处只有掺杂的改变而无结构的改变，即在PN结处原子的周期性排列 必须延续。 利用掺杂方式形成PN结，工艺上有：合金法、扩散法和离子注入法。 合金法：形成 “突变结”，不容易控制节深和浓度等参数，已不多用。 扩散法：形成 “缓变结”，容易控制，大多采用。 离子注入法：是最复杂精确的方法，成本高，基本很少用于实际生产。 外延法是半导体器件与集成电路制造业中广泛采用的方法，用于形成特定性能的 半导体薄层。不仅可以形成PN结，也可以形成高低结，如PP+结或NN+结。 掺杂浓度 掺杂浓度 掺 掺 杂 本地浓度 杂 本地浓度 浓 浓 度 度 Xj Xj 结深 结深 a)突变结 b)缓变结 平衡条件下的PN结： 多子扩散运动形成空间电荷区，产生内建电场。内建电场产生漂移运动，最终形 成动态平衡。 空间电荷区又叫耗尽区，无载流子，高阻。 — — + + + + — — — — P — — + + + + N 突变结空 — — 间电荷区 + + + + — — E O x dV (x) 电场分布 E (x)  dx V V kT N N