第6章-电子与微电子-6.3-半导体讲义.ppt

;什么是半导体？;定义;凡具有上述两种特征的材料都可归入半导体材料的范围。反映半导体内在基本性质的却是各种外界因素如光、热、磁、电等作用于半导体而引起的物理效应和现象，这些可统称为半导体材料的半导体性质。构成固态电子器件的基体材料绝大多数是半导体，正是这些半导体材料的各种半导体性质赋予各种不同类型半导体器件以不同的功能和特性。半导体的基本化学特征在于原子间存在饱和的共价键。; 2.负电阻温度系数 Si：T=300K ρ=2 x 105 Ωcm T=320K ρ=2 x 104Ωcm 3.具有整流效应;按功能和应用分：;一、 无机半导体晶体材料(组分);; 本征半导体的共价键结构; 这一现象称为本征激发，也称热激发。;完全纯净、具有一定晶体结构的半导体;提纯的硅材料可形成单晶——单晶硅;硅原子;本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断进行复合。在一定温度下，载流子的产生与复合会达到动态平衡，即载流子浓度与温度有关。温度愈高，载流子数目就愈多，导电性能就愈好——温度对半导体器件的性能影响很大。 半导体中的价电子还会受到光照而激发形成自由电子并留下空穴。光强愈大，光子就愈多，产生的载流子亦愈多，半导体导电能力增强。故半导体器件对光照很敏感。 杂质原子对导电性能的影响将在下面介绍。;（2） 杂质半导体;N型半导体;掺入磷杂质的硅半导体晶体中，自由电子的数目大量增加。自由电子是这种半导体的导电方式，称之为电子半导体或N型半导体。; 在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。;掺硼半导体中，空穴的数目远大于自由电子的数目。空穴为多数载流子，自由电子是少数载流子，这种半导体称为空穴型半导体或P型半导体。;(1)本征半导体中加入五价杂质元素，便形成N型半导体。N型半导体中，电子是多数载流子，空穴是少数载流子，此外还有不参加导电的正离子。 (2)本征半导体中加入三价杂质元素，便形成P型半导体。其中空穴是多数载流子，电子是少数载流子，此外还有不参加导电的负离子。 (3)杂质半导体中，多子浓度决定于杂质浓度，少子由本征激发产生，其浓度与温度有关。 常用的杂质元素 三价的硼、铝、铟、镓 五价的砷、磷、锑 ;多子和少子 在n型半导体中，np,电子是多数载流子，空穴是少数载流子。 在p型半导体中，pn,空穴是多数载流子，电子是少数载流子。;化合物 半导体; 化合物半导体 Ⅲ-Ⅴ族，GaN/GaAs/GaP/InP微波、光电器件的主要材料，InSb/InAs禁带窄，电子迁移率高，主要用于制作红外器件和霍耳器件。 Ⅱ-Ⅵ族，Zn0，主要用于光电器件，场致发光 Ⅳ-Ⅵ族，PbS/PbTe,窄禁带，光敏器件 氧化物半导体，SnO2 硫化物半导体，As(S,Se,Te),Ge(S,Se,Te) 稀土化合物半导体,EuO,TmS;二元化合物半导体： ① IIIA族的Al, Ga, In和 VA族的P, As, Sb可组成九种化合物，如 InP, GaP, InAs, GaAs等，它们在制做发光器件、半导体激光器、高速晶体管和微波功率管等方面很有前途。 ② 由IIB族的Zn, Cd, Hg 和VIA族的S, Se, Te组成的ZnS, CdS, CdSe, HgS等，主要用在制做光敏电阻、光探测器等方面。;③ Pb的S族化合物PbS, PbTe和 PbSe也是重要的半导体材料，它们由于禁带宽度较窄，具有显著的红外光电导，可以制做红外探测器，是一类人们感兴趣的红外光电导材料。 ④ Bi的S族化合物也是半导体材料，如Bi2Te3可作为一种热电材料。 ⑤ IVA族的C, Si, Ge, Sn, Pb元素间组成的化合物半导体，如SiC。;除了二元化合物半导体外，还存在一些三元甚至四元化合物半导体。如属于黄铜矿的CuFeS2, CuInTe2, CuInSe2和CuAlTe2都具有明显的整流特性。 但是，目前对多元化合物的研究进展并不大，主要是由于制备和提纯这些化合物非常困难，有些材料甚至连单晶的生长都很难控制。;固熔体半导体; (1)非晶Si、非晶Ge以及非晶Te、Se元素半导体； (2)化合物有GeTe、As2Te3、Se4Te、Se2As3、As2SeTe非晶半导体; 1874年 F.Braun 金属－半导体接触 ; 1955年德国西门子 氢还原三氯硅烷法 制得高纯硅;1963年 用液相外延法生长 砷化镓外延层， 半导体激光器;分子束外延MBE;33;34;PN 结的形成;PN结的形成由于P区的多数载流子是空穴，少数载流子是电子；N区多数载流子是电子，少数载流子是空穴，这就使交界面两侧明显地存在着两种载流子的浓度差。因此，N区的电子必然越过界面向P区扩散，并与P区界面附近的空穴复合而消失，在N区的一侧留下了一层不能移