半导体概念资料
半导体基本理论简述
3. 扩散和漂移达到动态平衡
扩散电流 等于漂移电流，
总电流 I = 0。
• 扩散运动：物质从浓度高的地方向浓度低的地方运动， 这种由于浓度差而产生的运动，称为扩散运动。
• 漂移运动：在电场力的作用下，载流子的运动称为漂 移运动。
2.2 PN 结的单向导电性
1. 外加正向电压(正向偏置) — forward bias
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1.半导体基本概念
• 本征半导体（Intrinsic crystal） ：纯净、结构完整、 热力学温度T＝0 K时没有自由电子的半导体。
• 晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵， 称为晶格。 以共用电子的形式，形成共价键结构。
稳定的共价键
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1.半导体基本概念
• 本征激发：在常温下受热引起电子激发的现象。 • 载流子：本征激发产生自由电子，共价结构中留
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空穴和电子产生过程
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1.半导体基本概念
• 半导体的导电性: 掺杂性、热敏性、光敏性 • 根据掺入不同的杂质（Doping），可生成N型和P型
两类半导体
– N型半导体：在本征半导体中掺入五价元素（如磷、锑） 后会出现多余电子，从而形成以自由电子为主的载流子， 空穴为少数载流子，这种半导体叫做N型半导体。
续扩散，形成电流，称为正向偏置电压，如图所示：
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PN结加反向电压——反向截止
• 如果外加电场与内电场方向相同，使内电场加强（耗尽层变 宽），进一步阻止载流子的扩散，阻止电流的形成，即反向 偏置电压的情况，如图所示：
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5-1 半导体基本理论简述
主要内容
1. 半导体基本概念 2. PN结与单向导电性
小结
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1.半导体基本概念
什么是半导体
什么是半导体半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，其特点是在一定条件下能够有选择地导电。
半导体材料中的电子能带结构使得其在导电性质上与金属和绝缘体存在显著差异。
半导体材料通常由硅、锗、砷化镓等元素构成，这些元素的原子在晶体中按照一定的排列方式组成晶格结构。
在晶体结构中，半导体原子间的共价键结构使得电子在晶体中能够形成价带和导带。
在半导体的价带中，填满电子的能级称为价带，其中的电子处于稳定状态，无法向导电产生贡献。
而导带则位于更高的能级，电子在导带中处于激发状态，能够参与导电。
半导体材料在绝对零度时处于基态，其电子主要集中在价带中，不产生导电现象。
当半导体材料受到外界激发时，如加热或添加杂质，其中的电子会得到额外的能量，从而跃迁到导带中，形成可流动的自由电子或空穴。
自由电子和空穴是半导体中的导电载流子，它们的流动使得半导体具有了导电特性。
在半导体中，掺杂是一种常见的方法，通过向半导体中引入少量杂质元素，可以有效地调控其导电性质。
掺入五价元素（如砷、磷）的半导体成为N型半导体，其中引入了额外的自由电子。
而掺入三价元素（如硼、铝）的半导体成为P型半导体，其中引入了额外的空穴。
N型和P型半导体可以通过接触形成PN结。
在PN结的电子流动过程中，N型区的自由电子和P型区的空穴发生复合，形成电荷中性的空间区域，称为耗尽层。
由于PN结上的电荷分布及耗尽层的形成，形成了势垒，使得PN结具有整流特性，可以用于制造二极管、三极管等各种电子器件。
除了PN结，半导体材料还可以利用场效应调控电流。
场效应晶体管（FET）是一种基于半导体材料的电子器件，通过调节栅极电场控制源漏电流的开关特性。
FET在数字电路和模拟电路中被广泛应用。
半导体的特殊性质也使得它在光电子器件中发挥重要作用。
半导体材料经过合适的加工工艺可以实现光的发射和接收，例如发光二极管（LED）和光电二极管（光电二极管）等。
此外，基于半导体材料的光伏效应使得太阳能电池成为可再生能源的重要组成部分。
第三节 半导体
第三节半导体
半导体是当今电子行业最基础的材料之一，其作用和意义不容小觑。
在此我们将深入探讨半导体的相关知识。
一、什么是半导体？
半导体是指在室温下，其导电性介于导体和绝缘体之间的材料。
有
时也被称为半导体晶体。
二、半导体的种类
从其晶体结构来看，半导体可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅、蓝宝石、碳化硅、氮化硅等。
三、半导体的应用
1、集成电路 - 由于半导体表现出了半导体-绝缘体-金属场效应，能
够强制控制流经半导体器件的电流强度和方向，因此可用于制作各种
逻辑、振荡器等集成电路。
2、光电器件 - 利用半导体光电特性制作出的器件，如太阳能电池、发光二极管、激光器等。
3、功率器件 - 利用半导体导电性能和电特性，制作出高变换效率、低损耗、高可靠性的功率电子元器件，如IGBT器件等。
4、传感器 - 利用半导体的光电、温度、湿度、压力等特性制作出的传感器器件。
四、半导体技术的发展趋势
1、晶体管微型化和集成化 - 在实际应用中，需要更高的速度、更小的面积和功耗，因此晶体管制作微型化和集成化是半导体技术的重要趋势。
2、功率器件的高效率和大功率 - 随着人们生活水平的提高，需要更高效、更可靠、更节能的电子设备，因此功率器件的高效率和大功率是半导体技术的趋势。
3、新型材料的开发 - 蓝宝石、碳化硅等新型材料在一定应用领域已得到广泛的应用，半导体技术发展也将趋于多样化。
总而言之，半导体技术因其广泛的应用领域和重要的作用被越来越广泛地关注着，也将成为电子行业长期的研究方向之一。
半导体基本知识
半导体基本知识一、半导体有关概念1、半导体半导体是导电能力介于导体与绝缘体之间的一种物体。
它内部运载电荷的粒子有电子载流子(带负电荷的自由电子)和空穴载流子(带正电荷的空穴)。
硅、锗、硒以及大多数金属氧化物和硫化物都是半导体。
2、晶体凡是原子按照一定规律、连续整齐地排列着的物体称为晶体。
半导体一般都具有这种结构，所以半导体也被称为晶体。
3、本征半导体本征半导体是完全纯净的(不含任何其它元素)、具有晶体结构的半导体。
本征半导体内部电子和空穴的数量在任何情况下总是相等的。
如锗单晶、硅单晶就是本征半导体。
4、半导体掺杂掺杂是指在本征半导体中掺进一定类型和数量的其它元素，掺进去的其它元素为杂质。
掺杂的目的是改善半导体的导电能力，亦即掺杂后，使半导体在原有的“电子-空穴对”的基础上，增加大量的电子或空穴。
5、N型半导体如果给本征半导体掺进某种微量的杂质后，使它获得大量电子，则掺有这种杂质的导体就称“电子型半导体”或“N型半导体”。
在N型半导体中，除“电子-空穴对”提供的载流子外。
主要的、大量的是电子载流子。
因此，电子称为多数载流子，而空穴则称少数载流子。
6、P型半导体如果本征半导体掺杂后能获得大量空穴，则这种半导体就称“空穴型半导体”或“P型半导体”。
在P型半导体中，除“电子-空穴对”提供的载流子外，主要的、大量的是空穴载流子，所以空穴称多数载流子，而电子则称少数载流子。
7、PN结将P型半导体和N型半导体用特殊工艺结合在一起时，由于P型半导体中的空穴多，N型半导体中的电子多，在交界面上，多数载流子就要分别向对方扩散，在交界处的两侧形成带电荷的薄层，称为空间电荷区，又称为PN结。
二、PN结的单向导电性1、PN结空间电荷区的一边带正电，另一边带负电,产生了PN结的内电场，其方向为N区的正电荷区指向P区的负电荷区，阻碍了P 区空穴进一步向N区扩散和N区电子向P区继续扩散。
2、如果把PN结的P区接电源正端，N区接电源负端，如上图(a)，外加电场方向与内电场相反，并且外电场很强，这样，在外电场作用下，两侧的多数载流子不断越过PN结，形成正向电流。
半导体指的是什么东西
半导体指的是什么东西半导体是一种电子材料，具有介于导体和绝缘体之间的电导率。
它的电导率介于导体和绝缘体之间，当半导体处于不同的电场中或受到光照时，其电导率会发生变化。
半导体在电子学和光电子学领域有着广泛的应用，是现代电子行业中至关重要的材料之一。
半导体的基本特性1.导电性质半导体的导电性介于导体和绝缘体之间，当外加电压或光照作用于半导体材料时，会产生载流子，从而改变其电导率。
这种特性使得半导体可以被用于制造各种电子器件，如晶体管、二极管等。
2.能带结构半导体的导电性取决于其能带结构，包括价带和导带。
在基本结构中，价带中填充了电子，当电子受到激发或加热时，会跃迁到导带中，从而形成电子与空穴对，使半导体具有导电性。
3.半导体材料常见的半导体材料包括硅、锗、砷化镓等。
其中，硅是最为广泛应用的半导体材料，其稳定性和可控性较高，适用于各种电子器件的制造。
半导体的应用领域1.微电子器件半导体器件的制造和发展推动了微电子技术的进步，例如集成电路、晶体管等，广泛应用于计算机、通信设备等领域。
2.光电子器件某些半导体材料还具有光电转换特性，可以用于制造激光器、太阳能电池等光电子器件，将光能转化为电能。
3.传感器半导体传感器利用半导体材料的导电性变化来感知温度、压力、光照等物理量，广泛应用于工业控制、汽车电子等领域。
未来发展趋势随着技术的不断创新和发展，半导体材料和器件的研究也在不断向着更高性能、更小尺寸的方向发展。
纳米技术、量子技术等将为半导体领域带来全新的突破，推动电子学、光电子学等领域的进步。
总的来说，半导体作为一种介于导体和绝缘体之间的电子材料，在现代电子领域中发挥着不可替代的作用。
通过不断的研究和应用，将为人类带来更多更好的科技产品和服务。
半导体的概念
半导体的概念半导体是一种由半导体元件所组成的电子电路装置，是由两类基本元件即晶体管和电子器件构成的电子设备。
它是由于具有一定半导体属性，具有较强的逻辑处理和控制能力，可以大大提高系统的性能，从而在世界范围内发挥着重要的作用。
I. 半导体的定义半导体是一种半导体电路，由晶体管和电子器件组成，最主要的特点是其具有可控的电子性能和特定的物理结构，可产生强大的电子处理和控制能力，通常可分为金属氧化物半导体 (MOS) 和外延结构半导体(CMOS) 两大类。
II. 半导体的发展历史半导体发展至今，历经金属氧化物半导体 (MOS)、外延结构半导体(CMOS) 、有机晶体管(ProTextiles) 和三维可重构中央处理器 (3dRGB-CPU) 等发展的历史，可谓技术的历史性进步，使半导体技术在今天具有更强大的处理能力。
III. 半导体的应用半导体可以用于电子设计中的微处理器，它可以实现电子产品控制和处理，例如计算机存储器、控制电路和感应器，也可以用于汽车电子控制系统、数字通信系统和新风能系统。
半导体电路也可以应用在电源、电池充电控制器，无线射频收发器和发声器等电子产品中，帮助现代科技进步，改善人们的技术生活。
IV. 半导体的优势半导体的优势主要体现在以下几点：（1）发展迅速，技术进步不断；（2）体积小巧，重量轻便；（3）电气性能可靠、效率高；（4）结构紧凑、成本低；（5）能控制脉冲和电流；（6）可用于宽频段、模拟以及信号处理等应用；（7）抗干扰能力强，稳定性高。
决定了半导体技术应用的各类装置在电子产品中占据重要的地位，具有在大量电子装置中占据主导地位的重要性。
半导体技术将带给我们更多方便和改善，所以此技术也是世界科技发展一个重要的一部分！。
(整理)半导体基础知识.
1.1 半导体基础知识概念归纳本征半导体定义：纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。
电流形成过程：自由电子在外电场的作用下产生定向移动形成电流。
绝缘体原子结构：最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子。
绝缘体导电性：极差。
如惰性气体和橡胶。
半导体原子结构：半导体材料为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧。
半导体导电性能：介于半导体与绝缘体之间。
半导体的特点：★在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。
★在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化。
晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，称为晶格。
共价键结构：相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子）不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。
自由电子的形成：在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚变成为自由电子。
空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。
电子电流：在外加电场的作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流。
空穴电流：价电子按一定的方向依次填补空穴（即空穴也产生定向移动），形成空穴电流。
本征半导体的电流：电子电流+空穴电流。
自由电子和空穴所带电荷极性不同，它们运动方向相反。
载流子：运载电荷的粒子称为载流子。
导体电的特点：导体导电只有一种载流子，即自由电子导电。
本征半导体电的特点：本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。
本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。
复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。
动态平衡：在一定的温度下，本征激发所产生的自由电子与空穴对，与复合的自由电子与空穴对数目相等，达到动态平衡。
载流子的浓度与温度的关系：温度一定，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。
半导体基础知识
现代电子学中，用的最多的半导 体是硅和锗，它们的最外层电子 （价电子）都是四个。
Ge
Si
电子器件所用的半导体具有晶体结构，因 此把半导体也称为晶体。
2、半导体的导电特性
1）热敏性 与温度有关。温度升高，导电能力增强。 2）光敏性 与光照强弱有关。光照强，导电能力增强 3）掺杂性 加入适当杂质，导电能力显著增强。
图 二极管的结构示意图 (a)点接触型
(2) 面接触型二极管—
PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。
往往用于集成电路制造工 艺中。PN 结面积可大可小，用 于高频整流和开关电路中。
(b)面接触型
(3) 平面型二极管—
(c)平面型 图 二极管的结构示意图
2、分类
1）按材料分：硅管和锗管 2）按结构分：点接触和面接触 3）按用途分：检波、整流…… 4）按频率分：高频和低频
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区
扩散运动 (浓度差产生)
阻挡多子扩散
2）内电场的形成及其作用{ 促进少子漂移 漂移运动
P型半导体
、所以扩散和 移这一对相反－ － － － － － 运动最终达到 衡，相当于两－ － － － － － 区之间没有电－ － － － － － 运动，空间电 区的厚度固定－ － － － － － 变。
在常温下，由于热激发，使一些价电子 获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成 为自由电子，同时共价键上留下一个空位， 称为空穴。
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一般半导体材料的能隙约为1至3电子伏特，介于导体和绝缘体之间。因此只要给予适当条件的能量激发，或是改变其能隙之间距，此材料就能导电。
除了藉由摻雜的過程永久改變電性外，半導體亦可因為施加於其上的電場改變而動態地變化。半導體材料也因為這樣的特性，很適合用來作為電路元件，例如電晶體。電晶體屬於主動式的（有源）半導體元件（active semiconductor devices），當主動元件和被動式的（无源）半導體元件（passive semiconductor devices）如電阻器或是電容器組合起來時，可以用來設計各式各樣的集成电路產品，例如微處理器。
半導體有可能是單一元素組成，例如矽。也可以是兩種或是多種元素的化合物，常見的化合物半導體有砷化鎵或是磷化鋁銦鎵（aluminiumgallium indiumphosphide,AlGaInP）等。合金也是半導體材料的來源之一，如矽鍺或是砷化鎵鋁（aluminiumgallium arsenide,AlGaAs）等。
材料中载流子（carrier）的数量对半导体的导电特性极为重要。这可以通过在半导体中有选择的加入其他“杂质”（IIIA、VA族元素）来控制。如果我們在純矽中摻雜（doping）少許的砷或磷（最外層有5個電子），就會多出1個自由電子，這樣就形成N型半導體；如果我們在純矽中摻入少許的硼（最外層有3個電子），就反而少了1個電子，而形成一個電洞（hole），這樣就形成P型半導體（少了1個帶負電荷的原子，可視為多了1個正電荷）。
半导体（英语：Semiconductor）是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。今日大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。
芯片与晶片区别：
1、集成电路、或称微电路、 微芯片、芯片（在电子学中是一种把电路（主要包括半导体设备，也包括被动组件等）小型化的方式，并通常制造在半导体晶圆表面上。前述将电路制造在半导体芯片表面上的集成电路又称薄膜集成电路。另有一种厚膜混成集成电路是由独立半导体设备和被动组件，集成到衬底或线路板所构成的小型化电路。
2、晶片是LED最主要的原物料之一，是LED的发光部件，LED最核心的部分，晶片的好坏将直接决定LED的性能。晶片是由是由Ⅲ和Ⅴ族复合半导体物质构成。在LED封装时，晶片来料呈整齐排列在晶片膜上。
半导体通过电子传导或電洞傳导的方式传输电流。电子传导的方式与铜线中电流的流动类似，即在电场作用下高度电离的原子将多余的电子向着负离子化程度比较低的方向传递。電洞导电则是指在正离子化的材料中，原子核外由于电子缺失形成的“空穴”，在电场作用下，空穴被少数的电子补入而造成空穴移动所形成的电流（一般称为正电流）。
純質半導體的電氣特性可以藉由植入雜質的過程而永久改變，這個過程通常稱為摻雜。依照摻雜所使用的雜質不同，摻雜後的半導體原子周圍可能會多出一個電子或一個電洞，而讓半導體材料的導電特性變得與原本不同。如果摻雜進入半導體的雜質濃度夠高，半導體也可能會表現出如同金屬導體般（類金屬）的電性。在摻雜了不同極性雜質的半導體界面處會有一個內建電場（built-in electric field），內建電場和許多半導體元件的操作原理息息相關（例如太陽能電池電子與電洞對的蒐集就是靠內建電場來作用），而參雜後的半導體有許多電性也會有相對應的變化。
當電子從導帶掉回價帶時，減少的能量可能會以光的形式釋放出來。這種過程是製造發光二極體以及半導體雷射的基礎，在商業應用上都有舉足輕重的地位。而相反地，半導體也可以吸收光子，透過光電效應而激發出在價帶的電子，產生電訊號。這即是光探测器的來源，在光纖通訊或是太陽能電池的領域是最重要的元件，也是相機中CMOS Image Sensor主要的運作原理。
半導體和絕緣體之間的差異主要來自兩者的能帶寬度不同。絕緣體的能帶比半導體寬，意即絕緣體價帶中的載子必須獲得比在半導體中更高的能量才能跳過能帶，進入導帶中。室溫下的半導體導電性有如絕緣體，只有極少數的載子具有足夠的能量進入導帶。因此，對於一個在相同電場下的本征半導體和絕緣體會有類似的電特性，不過半導體的能帶寬度小於絕緣體也意味著半導體的導電性更容易受到控制而改變。