期末复习_半导体材料(福大)(精选)
半导体知识点总结大全
半导体知识点总结大全引言半导体是一种能够在一定条件下既能导电又能阻止电流的材料。
它是电子学领域中最重要的材料之一，广泛应用于集成电路、光电器件、太阳能电池等领域。
本文将对半导体的知识点进行总结，包括半导体基本概念、半导体的电子结构、PN结、MOS场效应管、半导体器件制造工艺等内容。
一、半导体的基本概念（一）电子结构1. 原子结构：半导体中的原子是由原子核和围绕原子核轨道上的电子组成。
原子核带正电荷，电子带负电荷，原子核中的质子数等于电子数。
2. 能带：在固体中，原子之间的电子形成了能带。
能带在能量上是连续的，但在实际情况下，会出现填满的能带和空的能带。
3. 半导体中的能带：半导体材料中，能带又分为价带和导带。
价带中的电子是成对出现的，导带中的电子可以自由运动。
（二）本征半导体和杂质半导体1. 本征半导体：在原子晶格中，半导体中的电子是在能带中的，且不受任何杂质的干扰。
典型的本征半导体有硅（Si）和锗（Ge）。
2. 杂质半导体：在本征半导体中加入少量杂质，形成掺杂，会产生额外的电子或空穴，使得半导体的导电性质发生变化。
常见的杂质有磷（P）、硼（B）等。
（三）半导体的导电性质1. P型半导体：当半导体中掺入三价元素（如硼），形成P型半导体。
P型半导体中导电的主要载流子是空穴。
2. N型半导体：当半导体中掺入五价元素（如磷），形成N型半导体。
N型半导体中导电的主要载流子是自由电子。
3. 载流子浓度：半导体中的载流子浓度与掺杂浓度有很大的关系，载流子浓度的大小决定了半导体的电导率。
4. 质量作用：半导体中载流子的浓度受温度的影响，其浓度与温度成指数关系。
二、半导体器件（一）PN结1. PN结的形成：PN结是由P型半导体和N型半导体通过扩散结合形成的。
2. PN结的电子结构：PN结中的电子从N区扩散到P区，而空穴从P区扩散到N区，当N区和P区中的载流子相遇时相互复合。
3. PN结的特性：PN结具有整流作用，即在正向偏置时具有低电阻，反向偏置时具有高电阻。
半导体物理学期末总复习
与理想情况的偏离的原因
理论分析认为，杂质和缺陷的存在使得 原本周期性排列的原子所产生的周期性 势场受到破坏，并在禁带中引入了能级， 允许电子在禁带中存在，从而使半导体 的性质发生改变。
间隙式杂质、替位式杂质
杂质原子位于晶格原子间的间隙位置， 该杂质称为间隙式杂质。
间隙式杂质原子一般比较小，如Si、Ge、 GaAs材料中的离子锂（0.068nm）。
电子占据或基本上是空的一
个标志
玻尔兹曼分布函数
当E EF
所以
k0T
时，由于
exp(
E EF k0T
)
1 exp( E EF ) exp( E EF )
k0T
k0T
费米分布函数转化为
1，
fB
(E)
exp(
E EF k0T
)
exp( EF k0T
)
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E k0T
ED
As
N型半导体
施主能级
EC ED
EV
半导体的掺杂
受主：掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的空穴， 并成为带负电的离子。如Si中的B
B
P型半导体
EA
受主能级
EC
EA EV
半导体的掺杂
Ⅲ、Ⅴ族杂质在Si、Ge晶体中分别为受主和施主杂 质，它们在禁带中引入了能级；受主能级比价带顶 高 E，A 施主能级比导带底低 ED ，均为浅能级，这两 种杂质称为浅能级杂质。
考虑电子的自旋情况，电子的允许量子态密度
为V （/ 4 3），每个量子态最多只能容纳一个电子。
kx
2
nx L
(nx
《半导体材料复习》
《半导体材料复习》第一章绪论1．半导体材料的五大特性：整流效应、光电导效应、负电阻温度效应、光生伏特效应和霍尔效应所谓光电导效应，是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。
电导与所加电场的方向有关，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导通，这就是半导体的整流效应。
2．能带结构3．外延生长：在单晶衬底上生长单晶薄膜称为外延生长。
如果衬底材料和外延层是同一种材料，称为同质外延；如果衬底材料和外延层不是同一种材料，称为异质外延4．摩尔定律：1965年英特尔公司主要创始人摩尔提出了“随着芯片上电路的复杂度提高，元数目必将增加，每个元的成本将每年下降一半”。
1965，GordonMoore预测半导体芯片上的晶体管数目每两年翻两番，存储器容量每三年，翻两番。
5．（简答）半导体概念及分类物质根据其导电能力分为导体，绝缘体和半导体，半导体是导电性介于导体和绝缘体之间的材料，半导体也是因为这个得名。
半导体具有五大特性：整流效应、光电导效应、负电阻温度效应、光生伏特效应和霍尔效应。
半导体具有和导体及绝缘体不同的能带结构。
（1）禁带宽度的不同，又可分为：窄带隙半导体材料，Si，Ge；宽带隙半导体材料，GaN，ZnO，SiC，AlN；（2）化学组分和结构的不同，又可分为：元素半导体、化合物半导体、固溶体半导体、非晶半导体、微结构半导体、有机半导体和稀磁半导体等（3）使用功能的不同，可分为：电子材料、光电材料、传感材料、热电致冷材料等第二章半导体材料的基本性质1．（简答）P型、n型半导体概念及pn节相关知识为了控制半导体的性质而人为的掺入杂质，这些半导体称为杂质半导体，可以分为：N型半导体和P型半导体。
以在硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元素，即构成N型半导体(或称电子型半导体)。
V族杂质在硅中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心，称为施主杂质。
在硅或锗的晶体中掺入少量的3价杂质元素，即构成P型半导体(或称空穴型半导体)。
期末复习 半导体材料知识讲解
半导体材料的分类（按化学组成分类）
• 无机物半导体
– 元素半导体：（Ge, Si） – 化合物半导体
• 三、五族GaAs • 二、六族
• 有机物半导体
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能带理论（区别三者导电性）
• 金属中，由于组成金属的原子中的价电子占据的 能带是部分占满的，所以金属是良好的导体。
• 半导体由于禁带宽度比较小，在温度升高或有光 照时，价带顶部的电子会得到能量激发到导带中 去，这样在导带中就有自由电子，在价带中就相 应的缺少电子，等效为带有正电子的空穴，电子 和空穴同时参与导电，使得半导体具有一定的导 电性能。
• 一般对于绝缘体，禁带宽度较大，在温度升高或 有光照时，能够得到能量而跃迁到导带的电子很 少，因此绝缘体的导电性能很差。
7
半导体结构类型
• 金刚石结构（Si/Ge):同种元素的两套面心 立方格子沿对角线平移1/4套构而成
• 闪锌矿（三、五族化合物如GaAs)：两种元 素的两套面心立方格子沿对角线平移1/4套 构而成
效应
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作业
• 1.什么是分凝现象？平衡分凝系数？有效分凝系 数？
• 2.写出BPS公式及各个物理量的含义，并讨论影响 分凝系数的因素。
• 3.分别写出正常凝固过程、一次区熔过程锭条中 杂质浓度Cs公式,并说明各个物理量的含义。
• 4.说明为什么实际区熔时，最初几次要选择大熔 区后几次用小熔区的工艺条件。
半导体材料
期末复习
2
考试题型
• 填空30分，每空一分 • 判断题10分，每题一分 • 名词解释20分，每题4分 • 问答题40分，6个题目 • AB卷
3
半导体材料概述
• 从电学性质上讲（主要指电阻率）
– 绝缘体1012—1022 Ω.cm – 半导体10-6—1012 Ω.cm – 良导体≤10-6Ω.cm – 正温度系数（对电导率而言） – 负温度系数（对电阻率而言） – 导体？？？？
复旦大学半导体材料课程复习课件
2. 电子迁移率高，约为Si的5~6倍，适合于制作超高频、超高速器件和电路。 3. 易于制成非掺杂半绝缘单晶，其电阻率可达109Ω⋅cm，是理想的微波传输
介质，在IC加工中不必制作绝缘隔离层，这不仅简化了IC工艺过程，还可 提高集成度。对于本身就具有高速、高频性能的GaAs来说，GaAs IC寄 生电容也由于不必另外制作绝缘隔离层而减小，有利于提高工作速度。 4. 由于带隙较大，所制器件可在较高温度（400~450ºC）下工作 5. GaAs热阻性能优于硅，这对于大规模IC十分有利，如对数字IC，其驱动 电压低、功耗及所产生的热量较小。 6. 利用GaAs的转移电子效应已制备出了根氏器件等新型 半导体材料器件。
晶体结构 晶格常数 (nm)
六角(H) a=0.2504 c=0.6661
闪锌矿(Z) 0.3166 纤锌矿(W) a=0.3110
c=0.4980 闪锌矿(Z) 0.438 纤锌矿(W) a=0.3189
c=0.5182 闪锌矿(Z) 0.452 纤锌矿(W) a=0.3540
c=0.5704 闪锌矿(Z) 0.498
半导体材料的结构
金刚石结构 闪锌矿结构 纤锌矿结构 NaCl结构
砷化镓等大多数III-V族化合物半导体 具有闪锌矿结构。闪锌矿结构晶格 中除每个原子最近邻是不同原子 外，与金刚石结构是相同的。每个 原子和周围四个原子发生键合。
半导体复习题(带答案)
半导体物理复习题一、选择题1.硅晶体结构是金刚石结构，每个晶胞中含原子个数为（D）P1A.1B.2C.4D.82．关于本征半导体，下列说法中错误的是（C）P65A.本征半导体的费米能级E F=E i基本位于禁带中线处B.本征半导体不含有任何杂质和缺陷C.本征半导体的费米能级与温度无关，只决定于材料本身D.本征半导体的电中性条件是qn0=qp03．非平衡载流子的复合率定义为单位时间单位体积净复合消失的电子-空穴对数。
下面表达式中不等于复合率的是（D）P130A. B. C. D.4．下面pn结中不属于突变结的是（D）P158、159A.合金结B.高表面浓度的浅扩散p+n结C.高表面浓度的浅扩散n+p结D.低表面浓度的深扩散结5.关于pn结，下列说法中不正确的是（C）P158、160A.pn结是结型半导体器件的心脏。
B.pn结空间电荷区中的内建电场起着阻碍电子和空穴继续扩散的作用。
C.平衡时，pn结空间电荷区中正电荷区和负电荷区的宽度一定相等。
6.对于小注入下的N型半导体材料，下列说法中不正确的是（B）P128A. B. C. D.7.关于空穴，下列说法不正确的是（C）P15A.空穴带正电荷B．空穴具有正的有效质量C．空穴同电子一样都是物质世界中的实物粒子D．半导体中电子空穴共同参与导电8.关于公式，下列说法正确的是（D）P66、67A.此公式仅适用于本征半导体材料B.此公式仅适用于杂质半导体材料C.此公式不仅适用于本征半导体材料，也适用于杂质半导体材料D.对于非简并条件下的所有半导体材料，此公式都适用9.对于突变结中势垒区宽度，下面说法中错误的是（C）P177A.p+n结中B.n+p结中C.与势垒区上总电压成正比D.与势垒区上总电压的平方根成正比10.关于有效质量，下面说法错误的是（D）P13、14A.有效质量概括了半导体内部势场的作用B.原子中内层电子的有效质量大，外层电子的有效质量小C.有效质量可正可负D.电子有效质量就是电子的惯性质量。
半导体知识点总结
半导体知识点总结半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，它具有一些特殊的电子性质，因此在现代电子技术中具有重要的应用。
本文将对半导体的基本概念、特性、原理以及应用进行详细的介绍和总结。
一、半导体的基本概念1、半导体材料半导体材料是一类电阻率介于导体和绝缘体之间的材料，它具有一些特殊的电子能带结构。
常见的半导体材料包括硅(Si)、锗(Ge)、GaAs等。
2、半导体的掺杂半导体材料经过掺杂后，可以改变其电子结构和导电性质。
常见的掺杂有N型和P型两种类型，分别通过掺入杂质原子，引入额外的自由电子或空穴来改变半导体的导电性质。
3、半导体的结构半导体晶体结构通常是由大量的晶格排列组成，具有一定的晶格参数和对称性。
在半导体器件中，常见的晶体结构有晶体管、二极管、MOS器件等。
二、半导体的特性1、能带结构半导体的能带结构是其特有的性质，它决定了半导体的导电性质。
半导体的能带结构通常包括价带和导带，其中价带中填充电子的能级较低，而导带中电子的能级较高，两者之间的能隙称为禁带宽度。
2、电子迁移和载流子在外加电场的作用下，半导体中的自由电子和空穴可以在晶体内迁移，并形成电流。
这些移动的载流子是半导体器件工作的基础。
3、半导体的导电性半导体的导电性是由自由电子和空穴共同贡献的，通过掺杂和外加电场的调制，可以改变半导体的导电性。
三、半导体的原理1、P-N结P-N结是半导体器件中最基本的结构之一，它由P型半导体和N型半导体组成。
P-N结具有整流、放大、开关等功能，是二极管、光电二极管等器件的基础。
2、场效应器件场效应器件是一类利用外加电场控制半导体导电性质的器件，包括MOS场效应管、JFET场效应管等。
场效应器件具有高输入电阻、低功耗等优点，在数字电路和模拟电路中得到广泛应用。
3、半导体光电器件半导体光电器件是一类利用光电效应将光能转化为电能的器件，包括光电二极管、光电导电器件等。
光电器件在光通信、光探测、光伏等领域有着重要的应用。
半导体物理学期末总复习
半导体物理器件在传感与检测领域中的应用
发展趋势
了解半导体物理器件的发展趋势，包括更高性能、更低功耗、更小体积等。
面临的挑战
分析半导体物理器件在发展中面临的挑战，包括工艺复杂度、成本、可靠性等。ຫໍສະໝຸດ 半导体物理器件的发展趋势与挑战
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半导体激光器
介绍半导体激光器的原理、结构、制造工艺和应用，包括分布反馈式激光器、布拉格光栅激光器等。
半导体物理器件在光电子中的应用
介绍半导体传感器的基本原理、分类、应用和制造工艺，重点了解气体传感器和生物传感器。
半导体传感器
介绍半导体检测器的基本原理、分类、应用和制造工艺，包括光电检测器、热电检测器等。
半导体二极管及其特性
半导体二极管伏安特性
半导体二极管的伏安特性曲线反映了二极管在不同电压下的电流密度和电阻率，从而表现出单向导电性。
半导体二极管温度特性
半导体二极管的温度系数表示温度对二极管电压的影响，温度升高会使二极管正向电压降低。
双极型晶体管结构
01
双极型晶体管由三个半导体材料区域组成，两个P型区域和一个N型区域，通过三个区域的组合和连接形成NPN或PNP结构。
双极型晶体管及其特性
双极型晶体管的电流放大效应
02
双极型晶体管的基极电流对集电极电流的控制作用称为电流放大效应，这种效应是双极型晶体管的核心特性。
双极型晶体管的击穿特性
03
双极型晶体管在特定电压和电流条件下会发生击穿，导致电流突然增加，失去单向导电性。
场效应晶体管结构
场效应晶体管的电压控制特性
场效应晶体管的频率特性
双极型晶体管的模型与仿真
场效应晶体管的模型与仿真