型半导体材料的设计与性能分析
功率半导体器件的制备和性能分析
功率半导体器件的制备和性能分析功率半导体器件指的是可以在电力变换中承载高电压、大电流和高功率的电子元件，主要用于交流~(AC)~至直流~(DC)~变换、直流至交流变换或者直流电源调节，是现代电力电子技术的重要组成部分。
本文将从功率半导体器件的制备和性能分析两个方面进行探讨。
一、制备当前，功率半导体器件制备技术主要包括硅基、碳化物基以及氮化物基三类。
以硅基功率半导体器件为例，其制备流程主要包括物理气相沉积、物理刻蚀和电学测试三个过程。
物理气相沉积是制备硅基功率半导体器件的关键技术之一。
该技术是通过高温高压环境下使硅原子流失，沉积在衬底上。
由于该技术需要极高的温度和气压以及其他特殊条件，使得设备成本较高。
物理刻蚀是将硅晶片刻蚀成器件形状的过程。
目前常用的刻蚀技术有湿法刻蚀和干法刻蚀。
其中，干法刻蚀由于其针对性较强，可以获得更为精密的刻蚀结果，因此在当前的硅基功率半导体器件制备中得到了广泛应用。
电学测试是为了验证器件的电学参数，包括漏电流、阻抗、压降等等。
这些参数对于功率半导体器件的稳定作用非常重要。
目前，电学测试主要依赖于先进的计算机技术，能够高精度地计算出各种参数。
二、性能分析功率半导体器件的性能分析主要从器件的电气特性、热特性和封装可靠性三个方面进行分析。
首先，电气特性是描述器件在正常工作状态下的电学特征的指标。
其中，包括静态特性、动态特性和可靠性等多个方面。
静态特性主要指描述器件在不同电压、电流、温度下的电学参数。
动态特性则是指在切换或者频率变化的工作状态下的电学参数，而可靠性则是指器件在长时间工作状态下维持稳定的能力。
其次，热特性是指功率半导体器件在长时间大功率工作状态下的热稳定性。
热稳定性是极为重要的，因为功率半导体器件在正常工作状态下，会发生热量的积累，从而导致器件性能的退化，进一步影响整个系统的稳定性。
因此，在设计器件时，不仅需要考虑其热特性，还需要针对器件的散热问题进行优化。
最后，封装可靠性是指功率半导体器件的封装材料对于整个系统的可靠性的影响。
半导体光电器件的原理和性能分析
半导体光电器件的原理和性能分析半导体光电器件是一种将光信号转换成电信号或将电信号转换成光信号的器件。
随着光通信、激光雷达、激光制造等技术的快速发展，半导体光电器件也得到了广泛的应用。
本文将探讨半导体光电器件的原理和性能分析。
一、半导体光电器件原理半导体光电器件是基于半导体PN结、P-i-N结和MIS结构的器件。
其中，PN结是最简单、最常见的一种结构。
PN结是由P型半导体和N型半导体组成的结构。
P型半导体中存在大量的空穴，N型半导体中存在大量的自由电子。
在PN结中，因为P型半导体和N型半导体之间的电子互相扩散，形成了空间电荷区，即耗尽层。
这个耗尽层中，不仅不存在任何载流子，而且还存在一个内建电场，使得PN结的两侧产生电势差。
当光照射PN结时，能量被光子吸收，激发载流子。
如果光的能量大于材料的能隙，那么光就能产生免费电子和空穴对。
当这些免费电子和空穴穿过PN结的耗尽层时，就会因为内建电场的作用而分别向P型半导体和N型半导体移动。
这样，就形成了电流，即光电流。
除了PN结以外，P-i-N结和MIS结也被广泛应用于半导体光电器件中。
P-i-N结是在PN结的两端分别接了一个i型半导体的结构。
这样，相比于PN结，P-i-N结中的耗尽层更宽，响应速度更慢，但掺杂浓度更小，易于制作。
MIS结是将半导体与绝缘体摆放在一起，通过反漏电流来实现光电转换。
二、半导体光电器件性能分析半导体光电器件的性能取决于产品设计、材料选择、制造工艺等多个因素。
以下是对几个最为重要的性能参数的介绍。
1. 器件灵敏度器件灵敏度是指光电转换效率，即输入的光功率和输出的电流之间的比例关系。
灵敏度越高，光电转换效率越高，器件的性能越好。
灵敏度受到电子、空穴的寿命、载流子结合率、光衰等因素的影响。
通常，半导体光电器件的灵敏度随着光波长的增加而增强，随着工作温度的上升而降低。
因此，在进行器件选择时，需要根据实际应用的光源波长和工作温度，选择灵敏度较高的器件。
(完整版)半导体材料的分类_及其各自的性能汇总
其中晶态半导体又可以分为单晶半导体和多晶半导体。
上述材料中，锗(Ge)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)都是单晶，是由均一的晶粒有序堆积组成；而多晶则是由很多小晶粒杂乱地堆积而成。
对于非晶态半导体，有非晶态硅、非晶态锗等，它们没有规则的外形，也没有固定熔点，内部结构不存在长程有序，只是在若干原子间距内的较小范围内存在结构上的有序排列，称作短程有序。
另外，在实际应用中，根据半导体材料中是否含有杂质，又可以将半导体材料分为本征半导体和杂质半导体。
在下面的章节中将会介绍，杂质的存在将对材料的性能产生很大的影响。
二. 半导体材料的结构及其性能1.几种半导体材料的结构1.1金刚石结构型材料Si、Ge等Ⅳ族元素有4个未配对的价电子，每个原子只能与周围4个原子共价键合，使每个原子的最外层都成为8个电子的闭合壳层，因此共价晶体的配位数(即晶体中一个原子最近邻的原子数)只能是 4。
方向性是指原子间形成共价键时，电子云的重叠在空间一定方向上具有最高密度，这个方向就是共价键方向。
共价键方向是四面体对称的，即共价键是从正四面体中心原子出发指向它的四个顶角原子，共价键之间的夹角为109°28′，这种正四面体称为共价四面体，见图 1.2。
图中原子间的二条连线表示共有一对价电子，二条线的方向表示共价键方向。
共价四面体中如果把原子粗略看成圆球并且最近邻的原子彼此相切，圆球半径就称为共价四面体半径。
单纯依靠图1.2那样的一个四面体还不能表示出各个四面体之间的相互关系，为充分展示共价晶体的结构特点，图1.3(a)画出了由四个共价四面体所组成的一个Si、Ge晶体结构的晶胞，统称为金刚石结构晶胞，整个Si、Ge晶体就是由这样的晶胞周期性重复排列而成。
它是一个正立方体，立方体的八个顶角和六个面心各有一个原子，内部四条空间对角线上距顶角原子1/4对角线长度处各有一个原子，金刚石结构晶胞中共有8个原子。
金刚石结构晶胞也可以看作是两个面心立方沿空间对角线相互平移 1/4 对角线长度套构而成的。
半导体光电器件的设计与研究
半导体光电器件的设计与研究随着科技的发展，半导体光电器件已经成为了人们生活中不可或缺的一部分。
无论是网络通信、节能照明还是生物医学应用，半导体光电器件都起着重要的作用。
本文将从半导体光电器件的定义、作用、设计和研究等方面展开讨论，以期深入探究半导体光电器件发展的过程和未来的发展方向。
什么是半导体光电器件？半导体光电器件，简称光器件，是一种利用半导体材料的特殊光电性能制成的电子器件。
半导体光电器件结构简单，功能多样，包括发光二极管（LED）、激光二极管（LD）、光电二极管（PD）等等。
其中，LED和LD属于主动器件，可将电信号转换成光信号；PD则是被动器件，可将光信号转换成电信号。
半导体光电器件的作用随着人们生活水平的不断提高，对于强大的通信和节能设备的需求也日益增加。
而半导体光电器件的出现，则为这些领域提供了强有力的支持。
它们在通信中的作用主要表现在以下两个方面：一、网络通信在网络通信中，光器件主要扮演着把信息转换成光学信号、光学传输和再转换成信息信号的重要角色。
采用光电器件，可以大大提升数据传输的速度和稳定性，使网络数据传输质量更好。
同时，在长距离通信中，光器件也能够使传输距离更加远、信号衰减更少，因此广泛应用于网络通信领域。
二、节能照明在照明领域，LED光器件已经越来越多的被用于代替传统的白炽灯泡和荧光灯。
LED灯具具有体积小、寿命长、功率低、亮度高等优点，拥有极高的节能效果以及环境保护优势。
如果许多城市和家庭都采用LED灯具，那么在电力消耗方面就会产生很大的节省，同时也可以减少对环境的负面影响。
半导体光电器件的设计半导体光电器件的设计，是指通过对半导体材料和器件物理性质的研究和掌握，利用现代化的科技手段和工程技术，不断开发更加高效、功能更加完善、应用方向更加广泛的光电器件。
半导体光电器件的设计需要分为以下几个阶段：一、理论分析理论分析属于光器件设计的起点。
在进行器件设计之前，必须对器件的使用环境、设计参数、功能等进行全面的理论分析研究。
半导体材料的性能分析及其应用
半导体材料的性能分析及其应用半导体材料是一种具有介于导体和绝缘体之间的电子能带结构的材料，具有较高的电导率和可控的电阻率。
其性能的分析可以涉及多个方面，包括电学性能、光学性能、热学性能等。
这些分析对于半导体材料的应用具有重要意义。
首先是电学性能分析。
半导体材料的电学性能往往通过在其上施加电场或电压来测量。
其中包括电导率、载流子浓度、载流子迁移率等指标的测定。
这些参数对于半导体器件的设计和制造非常重要。
在半导体器件中，电流的流动主要依赖于载流子的迁移和浓度。
了解半导体材料的电导率和载流子浓度可以帮助我们更好地了解其导电性能，并根据实际需要设计出合适的器件。
其次是光学性能分析。
半导体材料的光学性能包括其能带结构、光吸收能力、光致发光能力等。
通过测量材料的光学特性，可以了解其光学响应和光电子性能。
这对于半导体光电器件尤为重要。
通过对半导体材料的光吸收能力和光致发光能力的研究，可以设计出高效率的光电转换器件，如光电二极管、太阳能电池等。
再次是热学性能分析。
半导体材料的热学性能涉及其导热能力、热导率等。
这些参数直接影响了半导体器件的工作温度和耐热性能。
通过测量半导体材料的热学性能，可以优化器件的散热设计，提高器件的工作稳定性和可靠性。
除了上述性能分析外，半导体材料的应用非常广泛。
其中最重要的应用包括电子器件、光电器件和光电子器件。
电子器件包括传统的二极管、晶体管、集成电路等，它们常用于电子设备和电子产品中。
光电器件包括光电二极管、激光器、光电转换器等，它们在通信、显示、光纤传输等领域有着广泛的应用。
光电子器件包括太阳能电池、光伏发电系统等，它们可以将太阳能转化为电能，广泛应用于太阳能利用和节能环保领域。
半导体材料性能表征和改善方案
半导体材料性能表征和改善方案半导体材料是现代电子工业的基础材料，在电子器件、集成电路、光电子器件等领域有着广泛的应用。
然而，半导体材料的性能直接影响着器件的工作效果和可靠性。
因此，对半导体材料的性能进行准确的表征和针对性的改善方案的探索是非常重要的。
一、半导体材料性能表征方法1. 晶体结构表征：晶体结构是半导体材料性能的基础。
常用的晶体结构表征方法有X射线衍射（XRD）和电子衍射等。
X射线衍射可以分析晶体的晶胞常数、晶格畸变和结构杂质等信息，电子衍射则可以提供更高分辨率的晶体结构信息。
2. 元素分析：半导体材料中存在着各种元素，其含量和分布对材料的性能影响重大。
常用的元素分析方法有能谱分析技术（ESCA）和扫描电子显微镜-能谱仪（SEM-EDS）等。
ESCA可以定性和定量地分析材料中元素的种类和含量，而SEM-EDS则可以获得元素的分布信息。
3. 结构缺陷分析：结构缺陷是半导体材料中常见的缺陷形貌，对材料的性能有着重要的影响。
常用的结构缺陷分析方法有透射电子显微镜（TEM）和扫描隧道显微镜（STM）等。
TEM可以高分辨率地观察材料的晶体缺陷和界面结构，STM则可以在原子尺度上观察表面缺陷。
4. 电学性能表征：半导体材料的电学性能对器件的工作效果和电流传输等有着重要影响。
常用的电学性能表征方法有霍尔效应测量、电导率测量、电容-电压特性测量等。
霍尔效应测量可以分析材料的载流子浓度和迁移率，电导率测量可以评估材料的导电性能，电容-电压特性测量则可以测量材料的电介质特性。
二、半导体材料性能改善方案1. 晶体生长方法优化：晶体生长是制备半导体材料的重要步骤。
通过优化晶体生长方法，可以改善晶体的质量和纯度，提高材料的性能。
常用的晶体生长方法包括化学气相沉积（CVD）、分子束外延（MBE）和金属有机化学气相沉积（MOCVD）等。
2. 掺杂技术改善：通过掺杂技术，将掺杂原子引入半导体材料中，可以改变材料的电学性能。
半导体器件极限性能基础分析和评估
半导体器件极限性能基础分析和评估随着科技的不断进步和发展，半导体器件作为电子行业的核心组件，在各个领域中发挥着重要的作用。
而在设计和制造半导体器件时，了解其极限性能是至关重要的，因为这将直接影响到器件的工作稳定性、效率和可靠性。
首先，我们需要了解半导体器件的极限性能是指在理论和实际条件下，器件所能达到的最大性能水平。
在现实中，由于制造工艺的限制和物理规律的制约，半导体器件难以完全达到其理论极限。
因此，对半导体器件的极限性能进行基础分析和评估，有助于我们了解器件的实际工作情况，并对其性能进行改进和优化。
首先，我们可以通过研究器件的材料特性来评估其极限性能。
半导体器件通常由不同种类的材料组成，如硅、锗或化合物半导体等。
这些材料具有不同的导电性和能带结构，从而影响器件的导电特性和能量传输效率。
通过分析材料的禁带宽度、载流子迁移率和载流子浓度等参数，我们可以评估器件材料的性能极限，并据此选择合适的材料来设计和制造器件。
另外，我们还可以通过研究半导体器件的结构特性来分析其极限性能。
半导体器件的结构通常由多个层次的结构组成，如晶体结构、PN结结构和MOS结构等。
这些结构对器件的性能有着重要的影响。
例如，在晶体结构中，晶体的缺陷和界面状态会影响器件的载流子传输和电子能带结构，从而影响器件的工作速度和功耗。
因此，通过研究器件结构的优化和改进，我们可以提高器件的极限性能。
此外，我们还可以通过对半导体器件的工作条件和环境影响的评估来分析其极限性能。
对于不同的应用领域和工作情况，器件所能承受的最大电压、温度和频率等参数都有一定的限制。
通过对这些工作条件的研究和评估，我们可以确定器件的极限性能范围，以保证器件在实际工作中的稳定性和可靠性。
最后，我们还可以通过对半导体器件的加工工艺和制造过程的分析来评估其极限性能。
半导体器件的制造过程中涉及到大量的工艺步骤，如光刻、沉积、腐蚀和离子注入等。
这些工艺步骤对器件的性能有着直接的影响。
半导体材料的性能分析及其应用
半导体材料的性能分析及其应用半导体材料是一种能够在一定条件下导电的材料，但不同于导体，它的电导率介于导体和绝缘体之间。
半导体材料有着独特的性能和应用领域，因此备受关注和研究。
本文将对半导体材料的性能进行分析，探讨其广泛的应用领域。
一、半导体材料的性能分析1. 电导率半导体材料的电导率在绝缘体和导体之间，它可以通过材料的掺杂来变化。
掺杂是指在半导体中引入杂质原子，改变其电子结构，从而影响其导电性能。
P型半导体是通过掺杂硼、铝等杂质原子而形成的，而N型半导体则是通过掺杂磷、硒等杂质原子而形成的。
2. 能隙半导体材料的能隙决定了其导电性能。
能隙小的半导体，在受到能量激发时更容易产生电子和空穴，因此有较好的导电性能。
相反，能隙大的半导体对光、热等能量的敏感性较低，导电性能较差。
3. 热导率半导体材料的热导率决定了其传热性能。
热导率高的半导体材料可以更有效地将热量传导出去，具有较好的散热性能。
4. 光学性能半导体材料的光学性能是指其对光的吸收、反射、透射等特性。
这些光学特性使得半导体材料在光电子器件、激光器等领域有着广泛的应用。
5. 化学稳定性半导体材料在各种工作环境下的化学稳定性也是其性能之一。
尤其在一些特殊的应用领域，如生物医学、环境监测等，半导体材料需要具有较好的化学稳定性。
1. 电子器件半导体材料是电子器件的重要组成部分，如场效应晶体管（FET）、开关二极管（LED）、整流二极管等，这些器件在电子、通讯、计算机等领域起着重要作用。
2. 光电子器件半导体材料在光电子器件中有着广泛的应用，如激光二极管（LD）、太阳能电池、光电传感器等，这些器件在光通信、太阳能利用、光电检测等方面发挥着重要作用。
3. 热电器件半导体材料在热电器件中也有着应用，如热电偶、热电冷却器等，这些器件在能源利用、制冷技术等领域有着重要的应用价值。
4. 生物医学半导体材料在生物医学领域也有着重要的应用，如光学成像、生物传感器等，这些应用使得半导体材料能够在医学诊断、生物传感、医疗治疗等方面发挥作用。
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景德镇陶瓷学院半导体课程设计报告设计题目n型半导体材料的设计与性能分析专业班级姓名学号指导教师完成时间一﹑杂质半导体的应用背景半导体中的杂质对电离率的影响非常大，本征半导体经过掺杂就形成杂质半导体，半导体中掺杂微量杂质时，杂质原子的附近的周期势场的干扰并形成附加的束缚状态，在禁带只能够产生的杂质能级。
能提供电子载流子的杂质称为施主杂质，相应能级称为施主能级，位于禁带上方靠近导带底附近。
一、N型半导体在本征半导提硅（或锗）中掺入微量的5价元素，例如磷，则磷原子就取代了硅晶体中少量的硅原子，占据晶格上的某些位置。
磷原子最外层有5个价电子，其中4个价电子分别与邻近4个硅原子形成共价键结构，多余的1个价电子在共价键之外，只受到磷原子对它微弱的束缚，因此在室温下，即可获得挣脱束缚所需要的能量而成为自由电子，游离于晶格之间。
失去电子的磷原子则成为不能移动的正离子。
磷原子由于可以释放1个电子而被称为施主原子，又称施主杂质。
在本征半导体中每掺入1个磷原子就可产生1个自由电子，而本征激发产生的空穴的数目不变。
这样，在掺入磷的半导体中，自由电子的数目就远远超过了空穴数目，成为多数载流子（简称多子），空穴则为少数载流子（简称少子）。
显然，参与导电的主要是电子，故这种半导体称为电子型半导体，简称N型半导体。
二、P型半导体在本征半导体硅（或锗）中，若掺入微量的3价元素，如硼，这时硼原子就取代了晶体中的少量硅原子，占据晶格上的某些位置。
硼原子的3个价电子分别与其邻近的3个硅原子中的3个价电子组成完整的共价键，而与其相邻的另1个硅原子的共价键中则缺少1个电子，出现了1个空穴。
这个空穴被附近硅原子中的价电子来填充后，使3价的硼原子获得了1个电子而变成负离子。
同时，邻近共价键上出现1个空穴。
由于硼原子起着接受电子的作用，故称为受主原子，又称受主杂质。
在本征半导体中每掺入1个硼原子就可以提供1个空穴，当掺入一定数量的硼原子时，就可以使半导体中空穴的数目远大于本征激发电子的数目，成为多数载流子，而电子则成为少数载流子。
显然，参与导电的主要是空穴，故这种半导体称为空穴型半导体，简称P型半导体。
由于本征载流子浓度随温度的迅速变化，用本征材料制作的器件性能很不稳定，所以制造半导体器件需用含适当杂质的半导体材料。
从20世纪70年代到现在，杂质掺杂主要是由高温的扩散方式来完成，杂质原子通过气相源或掺杂过的氧化物扩散或淀积到基体的表面上，这些杂质浓度将从表面逐渐下降，而杂质分布主要是由高温与扩散时间来决定的。
在半导体中，杂质对电导率的影响非常大，本征半导体经过掺杂就形成杂质半导体，一般可分为N型半导体和P型半导体。
半导体中掺入微量杂质时，杂质原子附近的周期势场受到干扰并形成附加的束缚状态，在禁带中产生附加的杂质能级。
能提供电子载流子的杂质称为施主杂质，相应能级称为施主能级，位于禁带上方靠近导带底附近。
相应地，能提供空穴载流子的杂质称为受主杂质，相应能级称为受主能级，位于禁带下方靠近价带顶附近。
对于该半导体材料的性能要求是工作温度区间在300～500K之间；饱和区杂质要完全电离，即磷的浓度在1011～3*1017cm-3）的范围内；电导率相比于本征半导体增加非常大；载流子浓度n保持等于杂质浓度。
二﹑参数说明表1 Si半导体材料的性质注该数据来源于刘恩科、朱秉升、罗晋生编著，《半导体物理学》，电子工业出版社，2008年第七版。
表2 物理常数三﹑性能指标分析（1) 杂质全部电离温度()233*00h 2ln ln 231n D D m k N D T T k E π⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-式中 D -—未电离施主占施主杂质数的百分比 D N —施主浓度 k 0─波尔兹曼常数 M*n ─电子有效质量 h ─普朗克常量 D E ─施主能级 T ─温度利用上述关系式对不同的D E ∆和D N ，可以决定杂质基本上全部电离（90％)所需的温度。
D N =3*1017，DE ∆=0.044eV ，k 0=1.380*10-23J/K ，*n m =1.062m 0，m 0=9.108*10-31kgD -=10％,h =6.625*10-34J ·s 带入式得：T ≈300K （2） 载流子浓度分析 1.低温弱电离区当温度很低时，大部分施主杂质能级仍为电子所占据，只有很少量的施主杂质发生电离，导带中的电子全部由电离施主杂质所提供。
P 0=0,n o =n +D ,因此：⎪⎪⎭⎫⎝⎛--+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--T k E E N Tk E E N F D DF c c 00exp 21exp式中 c N ─导带的有效状态密度 C E ─导带底能量 F E ─费米能级 上式即为杂质电离是的电中性条件。
因+D n 远比D N 小，所以1)ex p(0>>--Tk E E FD ，则式简化为：⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛++=c D D c F N N T k E E E 2ln 220上式说明，低温弱电离区费米能级与温度﹑杂质浓度以及掺入何种杂质原子有关。
E E CE FE DT N C =0.11N D（1）低温弱电离区 E F 与 T 的关系将费米能级对温度求微商得：()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=232ln 22ln 222ln 2000c D c c D F N N k dT N d T k N N k dT dE ④ 图（1）可以看出T →0K 时，c N →0，dTdE F开始为∞+,E F 上升很快。
随着c N 的增大，dTdE F不断减小，E F 随温度升高而增大的速度变小。
当温度上升使得D D c N e N N 11.0223==-时，0=dTdEF ，F E 达到极值。
因此杂质含量越高，F E 达到极值的温度也越高。
当温度再升高时，0<dTdE F，，E F 开始下降。
2.中间电离区温度继续升高，当D c N N >2后，式中的第二项为负值，这时F E 下降至2Dc E E +以下。
当温度升高使F E =D E 时，则1ex p 0=-Tk E E FD ，施主杂质有1/3电离。
3.强电离区当温度升高至大部分杂质都电离时，这时c D N n ≈+，有1ex p0<<-Tk E E DF ，E 位于D E 之下。
⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=c D c F N N Tk E E ln 0 ⑤由上式可知，F E 由温度和施主杂质浓度所决定。
4.过渡区当半导体处于饱和区和完全本征激发之间时，导带中的电子一部分来源于全部电离的杂质，另一部分则由本征激发提供，价带中产生一定量空穴电中性条件为：00p N n D += ⑥式中 0n ─导带中电子浓度 0p ─价带中空穴浓度 D N ─已全部电离的杂质浓度⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=i D i F n N Tarcsh k E E 20 ⑦式中 i E ─禁带中部位置 i n ─本征载流子浓度在一定温度时，如果已知i n 及D N ，就能算出)2(iD n N arcsh ，从而算出（F E -i E ）。
当iDn N 2很小时，F E -i E 也很小，即F E 接近i E ，半导体接近于本征激发；当iDn N 2很大时，则F E -i E 也很大，接近于饱和区。
5.高温本征激发区当温度足够高时，本征激发产生的本征载流子数远多于杂质电离产生的载流子数，这时的电中性条件是00p n =。
F E 接近于禁带中线，载流子浓度随温度升高而迅速增加。
0 200 400 600 T(K)图（2）n 型Si 中电子浓度n 与温度T 的关系图（2）是掺p 的n 型硅的电子浓度与温度的关系曲线，可知，在低温时，电子浓度随温度的说过而增加。
温度升高100K 时，杂质全部电离，温度高于500K 后，本征激发开始起主要作用。
所以温度在100～500K 之间杂质全部电离，载流子浓度基本上就是杂质浓度。
（3）材料饱和区特征 1.饱和区的温度范围对于掺P 的Si ，掺杂浓度在（5*1015～3*1017)cm -3范围内，其对应的温度范围为：()max min T N D →,()min max T N D →，即：()1.0exp 2=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-c D D c N N kT E E Dc D N N kT E 20exp =⎪⎭⎫⎝⎛∆ ⑧()233*00h 2ln ln 231n D m k N D T T k E π⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆- ⑨由上⑧ ⑨两式得该饱和区的温度范围为：300～500K（4） 掺杂后性能改善分析 1.温度对载流子浓度的影响当温度处于饱和区时，因施主杂质几乎完全电离，所以载流子的浓度D N n =0，因此温度对载流子浓度几乎没影响。
对比于本征半导体，杂质半导体具有稳定的工作区间，便于半导体在器件中使用。
2.电导率与载流子浓度的关系杂质浓度（cm -3）图（3）硅杂质半导体电阻率与杂质浓度的关对于n 型半导体电阻率为：nnq μρ1= ⑩式中 n μ─电子迁移率 q ─电子电荷300K 时，由图（3）可看出轻掺杂时（杂质浓度1016～1018cm -3），载流子浓度近10 10 10 10 10101010 10 101010 1010 201819 15 1617 -3 14-21013 -1 32 1似杂质浓度，即n ≈N D ,p ≈N A ,而迁移率随杂质的变化不大，可认为是常数。
因而电阻率与杂质浓度成反比关系，杂质浓度越高，电阻率越小；当杂质浓度增高时，曲线偏离直线，原因是：一是杂质在室温下不能全部电离，二是迁移率随杂质浓度的增加将显著下降。
四﹑工艺可行性分析1.掺杂元素与晶体结构的匹配性由于硅原子和磷原子的大小相近，并且它们的价电子壳层结构比较相近。
所以磷在硅中都是替位式杂质。
如下图（4）所示。
图（4）P 在晶体硅中的位置 如图（4）所示，一个P 原子占据了Si 原子的位置，P 是5价原子，其中4个价电子与周围的4个Si 原子形成共价键，剩余一个价电子。
并且P 原子所在位置也多余一个正电荷+q ，掺杂后其效果是形成一个正电中心+P 和一个多余的价电子。
由于这个价电子受到+P 的束缚作用很弱，极小的能量就能使它挣脱束缚，成为“自由电子”在晶格中自由运动。
实验测得该能量大小为044.0=∇D E 。
因此杂质电离后，导带中的导电电子增多，增强了半导体的导电能力。
五﹑总结本征硅晶体掺杂p 后，性能大量提高。
其导电率更是有显著提升。
P= Si = Si = Si = ‖ ‖ ‖= Si = P + ●= Si =‖ ‖ ‖ = Si = Si = Si =‖ ‖ ‖ 正电中心型硅的制作技术比较成熟，通过实验周的学习，收获很多，初步了解了半导体材料行业，对自己的专业光伏，太阳能材料也有更深一部的了解，对行业的现状了解程度更加的深刻。