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半导体基础知识和半导体器件工艺--第1页
半导体基础知识和半导体器件工艺
第一章半导体基础知识
通常物质根据其导电性能不同可分成三类。第一类为导体,它可以很好的传
导电流,如:金属类,铜、银、铝、金等;电解液类:NaCl水溶液,血液,普
通水等以及其它一些物体。第二类为绝缘体,电流不能通过,如橡胶、玻璃、
陶瓷、木板等。第三类为半导体,其导电能力介于导体和绝缘体之间,如四族
元素Ge锗、Si硅等,三、五族元素的化合物GaAs砷化镓等,二、六族元素的化
合物氧化物、硫化物等。
物体的导电能力可以用电阻率来表示。电阻率定义为长1厘米、截面积为1平
方厘米的物质的电阻值,单位为欧姆*厘米。电阻率越小说明该物质的导电性能
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越好。通常导体的电阻率在10欧姆*厘米以下,绝缘体的电阻率在10欧姆*厘
米以上。
半导体的性质既不象一般的导体,也不同于普通的绝缘体,同时也不仅仅由
于它的导电能力介于导体和绝缘体之间,而是由于半导体具有以下的特殊性
质:
(1)温度的变化能显著的改变半导体的导电能力。当温度升高时,电阻率会
降低。比如Si在200℃时电阻率比室温时的电阻率低几千倍。可以利用半导体的
这个特性制成自动控制用的热敏组件(如热敏电阻等),但是由于半导体的这
一特性,容易引起热不稳定性,在制作半导体器件时需要考虑器件自身产生的
热量,需要考虑器件使用环境的温度等,考虑如何散热,否则将导致器件失
效、报废。
(2)半导体在受到外界光照的作用是导电能力大大提高。如硫化镉受到光照
后导电能力可提高几十到几百倍,利用这一特点,可制成光敏三极管、光敏电
阻等。
(3)在纯净的半导体中加入微量(千万分之一)的其它元素(这个过程我们称
为掺杂),可使他的导电能力提高百万倍。这是半导体的最初的特征。例如在
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原子密度为5*10/cm的硅中掺进大约5X10/cm磷原子,比例为10(即千万
分之一),硅的导电能力提高了几十万倍。
物质是由原子构成的,而原子是由原子核和围绕它运动的电子组成的。电子
很轻、很小,带负电,在一定的轨道上运转;原子核带正电,电荷量与电子的
总电荷量相同,两者相互吸引。当原子的外层电子缺少后,整个原子呈现正
电,缺少电子的地方产生一个空位,带正电,成为电洞。物体导电通常是由电
子和电洞导电。
前面提到掺杂其它元素能改变半导体的导电能力,而参与导电的又分为电子
和电洞,这样掺杂的元素(即杂质)可分为两种:施主杂质与受主杂质。
将施主杂质加到硅半导体中后,他与邻近的4个硅原子作用,产生许多自由
电子参与导电,而杂质本身失去电子形成正离子,但不是电洞,不能接受电
子。这时的半导体叫N型半导体。施主杂质主要为五族元素:锑、磷、砷等。
将施主杂质加到半导体中后,他与邻近的4个硅原子作用,产生许多电洞参
与导电,这时的半导体叫p型半导体。受主杂质主要为三族元素:铝、镓、铟、
硼等。
电洞和电子都是载子,在相同大小的电场作用下,电子导电的速度比电洞
半导体基础知识和半导体器件工艺--第1页
半导体基础知识和半导体器件工艺--第2页
快。电洞和电子运动速度的大小用迁移率来表示,迁移率愈大,截流子运动速
度愈快。
假如把一些电洞注入到一块N型半导体
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