半导体材料研究的新进展
半导体技术的进展及应用展望
半导体技术的进展及应用展望近年来，随着信息技术的高速发展，半导体技术也在迅猛发展。
半导体是一种具有电导性的材料，可以对电流的传递进行控制，因此在电子器件的制造、集成电路、光电子器件等领域中得到了广泛应用。
本文将从半导体技术的进展与应用，展望未来半导体技术的发展方向。
一、半导体技术进展半导体技术从上世纪50年代开始发展至今，经历了数十年的发展，技术水平不断提高。
其中，材料和工艺技术的发展是半导体技术进步的重要推动力。
目前，半导体技术的研究重点主要集中在以下几个方面：1.集成电路技术的高度集成化集成电路技术是半导体技术最为重要的应用之一。
近年来，随着芯片制造工艺的不断改进，集成度已经达到百亿级别。
这些高度集成电路的问世，使得计算机的性能和存储能力得到了极大的提升，同时也为人类带来了许多便利。
2.功耗与散热的控制技术随着芯片集成度的提高，其功耗与散热问题也越加突出。
因此，半导体技术的发展重点逐渐转向了功耗与散热的控制技术。
近年来，半导体行业先后推出了一系列低功耗芯片和高效散热技术，极大地提升了服务器、手机等设备的使用寿命。
3.新型半导体原材料研究新型半导体原材料是半导体技术的一大研究热点，也是未来半导体技术的发展趋势之一。
以石墨烯、碳化硅等为代表的新材料不仅具有较高的电导率和压电性能，而且可在高温、高压等复杂环境下稳定运行，因此具有广泛的应用前景。
4.量子计算技术的突破量子计算技术是近年来半导体技术的一个重要方向。
量子计算机以量子比特为基础，比传统的二进制数码处理速度更快并且能够同时处理多种数据。
尽管目前还处于实验阶段，量子计算机的问世预示了未来信息技术的一个全新的时代已经开始。
二、半导体技术应用半导体技术已经成为了电子、信息、通讯等众多领域的支柱技术。
下面列举一些典型的应用：1.通讯设备半导体技术在通讯领域的应用非常广泛。
手机、GPS、通信卫星、交换机、传感器等都离不开半导体技术的支持。
2.计算机设备CPU、内存、显卡等计算机硬件都是靠半导体技术制成的。
新型半导体材料的研究进展及其应用
新型半导体材料的研究进展及其应用随着科学技术的不断发展，新型半导体材料的研究和应用也越来越受到关注。
半导体材料是电子技术和计算机技术的基础，具有广泛的应用前景。
本文将就新型半导体材料的研究进展及其应用进行探讨。
一、新型半导体材料的研究进展1、碳化硅材料碳化硅是一种优异的半导体材料，它的电学性质和热学性质都比硅好。
碳化硅材料既能够承受高温、高压环境，也能够实现高功率、高速、高频应用。
目前已有一些碳化硅材料被广泛应用在电源变换器、汽车电源、航空器电子设备等领域。
2、氮化硅材料氮化硅是一种新型的宽能隙半导体材料，具有优越的物理和化学性质。
它的电子迁移率高，能够实现高功率、高速、高频率应用，特别适用于射频电子设备的制造。
目前，氮化硅材料被广泛应用于5G通讯、高亮度LED、蓝色激光器等领域。
3、氧化锌材料氧化锌是一种新型的半导体材料，具有良好的光学、电学、磁学等性质。
它的能隙较宽，透明性好，可应用于薄膜电晶体管、太阳能电池等领域。
此外，氧化锌具有优异的生物相容性，可应用于生物医学器械等领域。
二、新型半导体材料的应用1、汽车电子随着汽车产业的不断发展，汽车电子产品也得到了极大的推广和应用。
新型半导体材料的应用为汽车电子开发提供了新的解决方案。
现在的汽车电子产品采用了许多半导体材料，如碳化硅材料的应用可以提高电源变换器的效率，氮化硅材料的应用可以提高电力转换效率，氧化锌材料的应用可以提高太阳能电池的效率。
2、LED照明LED照明是一种新型的环保、节能的照明技术，其应用范围越来越广泛。
新型半导体材料的应用可以提高LED照明产品的效率和品质。
如氮化硅材料的应用可以提高LED芯片的发光效率和亮度，碳化硅材料的应用可以提高LED器件的寿命和稳定性。
3、5G通讯5G通讯是一项颠覆性的技术革新，它将会给互联网、智能制造、智慧城市等领域带来巨大的变化。
新型半导体材料的应用对5G通讯的发展也有着重要的促进作用。
如氮化硅材料的应用可以提高5G收发信机的效率和速度，碳化硅材料的应用可以提高5G 通讯的频率和功率。
半导体10大研究成果
半导体10大研究成果
1.量子比特实现量子超越：在量子计算领域，实现了一些具有超越经典计算能力的重要里程碑，如量子比特的相干控制和纠缠。
2.新型半导体材料的研究：发现和研究了一些新型半导体材料，包括拓扑绝缘体、二维材料（如石墨烯）等，这些材料具有独特的电学和光学性质。
3.自组装技术的发展：自组装技术在芯片制造中取得了重要进展，能够有效地提高集成电路的制造密度，提高性能。
4.超导量子位的进展：在量子计算领域，实现了一些超导量子位的重要突破，包括提高了量子位的运行时间和减小了错误率。
5.神经元芯片的研究：半导体技术在神经科学领域的应用，研究了仿生学方向的芯片，模拟了神经元网络的行为。
6.自适应光学元件：在激光器和光通信领域，研究了一些自适应光学元件，以提高光通信系统的稳定性和性能。
7.极紫外光刻技术（EUV）：EUV技术在半导体芯片制造中取得了显著进展，实现了更小尺寸的制造工艺，提高了芯片集成度。
8.量子点显示技术：在显示技术中，量子点显示技术取得了进展，提高了显示屏的颜色饱和度和能效。
9.能量高效的电源管理技术：针对便携设备和物联网设备，研究了一些能量高效的电源管理技术，以延长电池寿命和提高设备的能效。
10.半导体传感器的创新：开发了一些新型半导体传感器，应用于医疗、环境监测和工业生产等领域，提高了传感器的灵敏度和稳定性。
这仅仅是一小部分半导体领域的研究成果，该领域的研究一直在不断推进。
要了解最新的研究成果，建议查阅相关领域的学术期刊和会议论文。
半导体材料研究的新进展
半导体材料研究的新进展近年来，半导体材料的研究取得了许多新的进展。
这些进展涵盖了材料的制备方法、性能调控以及应用领域的拓展等多个方面。
在本文中，我们将介绍一些半导体材料研究的新进展。
首先，研究人员在半导体材料的制备方法方面取得了重要突破。
传统的半导体材料制备方法包括溶液法、气相沉积法和物理蒸镀法等，但这些方法通常具有成本高、工艺复杂等缺点。
然而，随着纳米技术的发展，一些新的制备方法被提出，如溶胶-凝胶法和电化学法等。
这些新的制备方法可以实现高效、低成本的制备，并且可以控制材料的尺寸和形状，从而提高材料的性能和稳定性。
其次，研究人员在半导体材料的性能调控方面取得了重要进展。
随着科技的发展，人们发现了一些新的半导体材料，如二维材料、量子点和有机半导体等。
这些材料具有独特的电子结构和光学性质，可以用于制备高性能的电子器件。
同时，研究人员还通过改变半导体材料的组分和结构，调控了材料的导电性、光电性以及热性能等，从而实现了半导体材料性能的优化。
另外，半导体材料的应用领域也在不断拓展。
传统的半导体材料主要应用于电子器件领域，如晶体管和集成电路等。
然而，近年来，随着人们对新材料和新能源的追求，半导体材料在光电子、能源存储和传感器等领域也得到了广泛应用。
例如，一些新的半导体材料被用于制备高效的光伏材料，用于太阳能电池的制备。
此外，半导体材料还被应用于制备高性能的光电器件、柔性电子器件和化学传感器等。
总结起来，半导体材料研究的新进展包括制备方法、性能调控和应用领域的拓展等多个方面。
这些进展使得半导体材料具有了更广阔的应用前景，为科技的发展带来了潜在的机会和挑战。
随着对半导体材料的深入研究，相信在不久的将来，我们将能够看到更多创新的半导体材料和应用领域的突破。
半导体材料的新进展及应用前景
半导体材料的新进展及应用前景近年来，随着科技不断发展，半导体材料作为一种具有很高科技含量的材料，在各个领域中的应用也越来越广泛。
在这个背景下，半导体材料的研究和开发也不断得到了推动和进展，促使半导体材料在未来的应用前景越来越广阔。
一、新型半导体材料的研究进展1、碳化硅（SiC）碳化硅是一种具有广泛应用前景的材料，它不仅具有高温性能、耐化学腐蚀、强度高等优点，而且在高速电子器件和光电器件、半导体照明、太阳能电池等领域具有重要应用前景。
当前，世界各地先后建立了大量碳化硅材料的研究中心，不断推动碳化硅的研究进程。
2、氮化硅（SiN）氮化硅是一种优良的透明导电材料，在离子注入、光学多层膜、太阳能电池、光电子器件等领域具有广泛的应用前景。
氮化硅材料具有良好的晶体结构和稳定性，可以提高器件的效率和可靠性，广泛应用于机械零件、射频电子设备、光电器件等各个领域。
3、氧化铈（CeO2）氧化铈是一种广泛应用于半导体、光电、催化、能源等领域的材料，它具有高氧化还原性、稳定性等特点。
在能量转换方面，氧化铈可以用于固态电解质的开发以及太阳能电池、燃料电池、电液化器等领域。
此外，氧化铈也在光电子领域具有广泛应用，如氧化铈薄膜可以用于透明导电材料、光学多层膜等方面。
二、新型半导体材料的应用前景1、半导体照明半导体照明是应用半导体材料制成的LED照明，它具有高效率、长寿命、高品质、低成本等特点。
LED照明可以广泛应用于商业照明、室内照明、路灯、车灯等领域，具有大大降低能源消耗、减少环境污染、提高生活质量等诸多优点。
2、硅光电子学硅光电子学是应用硅片在通讯、计算机、储存、飞行控制、机器视觉等领域中的应用。
硅光子学可以提高器件的速度、容量和可靠性，具有广泛的应用前景。
3、太阳能电池太阳能电池是应用半导体材料制成的电池，它可以将太阳能转化为电能，具有清洁、可持续、稳定的优点。
太阳能电池可以广泛应用于航空航天、农牧等领域，为现代工业和生活创造出更广阔的应用前景。
光电半导体材料的研究及其应用
光电半导体材料的研究及其应用光电半导体材料是当今高科技领域中最重要的材料之一。
作为一种集光学、电学、物理学和化学等多项学科的综合体，它具有独特的物理、化学、电学性能，以及优异的光电转换效率和储存容量。
在光纤通讯、太阳能电池、LED照明、半导体激光、集成电路以及医疗和生物科技领域等方面得到广泛应用。
本文将介绍光电半导体材料的研究发展和应用现状。
一、近年来光电半导体材料的研究进展光电半导体材料是由半导体材料和光电材料组成的材料，用于制造光电器件和设备。
其研究重点是提高材料的光电转换效率和储存容量，同时保持材料的稳定性和长寿命性能。
近年来，光电半导体材料的研究重点主要有以下几个方面：1.阴离子掺杂阴离子掺杂是将同种半导体材料中的一些离子替换成其他离子，从而改变材料的性质和性能的方法。
这种方法通过掺杂过程可以调节光电半导体材料的电学、光学和电子结构等性质，进而提高其光电转换效率。
一些研究人员利用阴离子掺杂技术改善了光电转换效率，加强了电子传输和缩短了自由载流子的寿命，实现了一些新型光电器件的研究和制备。
2.量子点技术量子点技术是一种将半导体材料限制在纳米尺度的制备方法，可以用于制备具有特殊光学、电学和磁学性质的新型光电器件。
这种制备方法可以大量提高光电半导体材料的储存容量和光电转换效率，进而提高其在光纤通讯、激光器、太阳能电池等领域的应用性能。
3.控制光学特性控制光学特性是一种通过改变光电半导体材料的表面形态和结构设计，从而改变其光电性质和性能的技术。
这种方法可以对光电半导体材料的光电转换效率和储存容量进行有效控制，增强水溶性材料的附着力和稳定性。
二、光电半导体材料在各领域中的应用光电半导体材料在各领域中的应用涵盖了光电信息、能源、生命科学等多个领域。
1. 半导体激光半导体激光器是将光电半导体材料转换成激光的器件，用于在通信、医疗、化妆品加工等领域。
近年来，半导体激光器的研发和应用领域不断拓展。
目前，半导体激光器已经广泛应用于太空通信、激光雷达、医疗设备、工业加工和消费电子产品等领域。
新型有机半导体材料的研究与应用
新型有机半导体材料的研究与应用近年来，随着电子产品的迅猛发展，有机半导体材料作为一种新型材料，备受人们关注。
有机半导体材料具有较高的光、电学性能，可用于制造高效、柔性、低成本的光电器件。
本文将介绍有机半导体材料的研究进展以及其在实际应用中的表现。
一、有机半导体材料的研究进展有机半导体材料最早是在1970年代发现的，当时人们只是将其视为一种新型有机化合物。
直到20世纪80年代，随着有机半导体材料的应用领域逐渐拓宽，有机半导体材料的研究进入到一个黄金时期。
有机半导体材料相比于传统的无机半导体材料，具有制备简单、成本低、柔性好等优势。
但是，由于有机半导体材料的分子结构和性质复杂，研究工作难度较大。
在近些年中，通过利用先进的合成手段和精密物理特性表征方法，研究人员不断地提高有机半导体材料的制备工艺和性能。
目前，有机半导体材料已经达到了非常高的水平。
二、有机半导体材料在光电器件中的应用1. 有机发光二极管有机发光二极管（OLED）是有机半导体材料的一个代表性应用。
从1990年代开始，OLED就进入到了实际生产领域。
OLED 具有高亮度、高对比度、低功耗等优点。
它可以制成柔性或半透明的显示屏，并且有望替代传统液晶显示屏。
2. 有机薄膜太阳能电池有机薄膜太阳能电池（OPV）是应用有机半导体材料最受关注的领域之一。
与硅基太阳能电池相比，OPV具有柔性、轻质等特点，可以制成具有多样性的形态，因此具有更广泛的应用前景。
目前，OPV的能量转换效率已经达到17%。
3. 有机场效应晶体管有机场效应晶体管（OFET）是由有机半导体材料制成的晶体管。
OFET可以应用于各种传感器、电荷耦合器、驱动晶片等器件中。
三、有机半导体材料未来发展前景有机半导体材料作为一种新型材料，由于其制备工艺简单、成本低、柔性好等特点，其未来发展前景十分广阔。
随着美国、日本、德国等国家对有机半导体材料的研究不断深入，国内研究人员也在积极攻克相关技术难点。
SiC半导体材料的研究现状
SiC半导体材料的研究现状SiC是一种具有广泛应用前景的半导体材料，具有优异的电学、热学和力学性能。
在以下几个方面，SiC半导体材料的研究取得了显著的进展。
首先，SiC材料的生长技术已经趋于成熟。
目前，SiC材料的生长方法主要包括物理气相沉积（PVT）和化学气相沉积（CVD）两种。
其中，PVT法可以得到高纯度、大尺寸的SiC晶体，适用于大规模产业化生产。
而CVD法具有较高的生长速率和较好的均匀性，适用于光电子器件和电力器件的制备。
此外，还有一些新的生长方法，如溶液生长、激光沉积等，已经在实验室中得到了初步的成功。
其次，SiC材料的电学性能因为其宽能隙而优于传统的硅材料。
SiC材料的禁带宽度为2.3-3.3eV，比硅（1.1eV）大得多。
这使得SiC具有较高的击穿电压、较低的载流子浓度和较低的摄氏度因子。
这些特性使得SiC能够在高电压、高频率和高温等极端环境下工作，适用于功率电子器件、射频器件等领域。
第三，SiC材料的热学性能非常出色。
相比于硅材料，SiC材料的导热系数更高（摄氏度因子较低）且热稳定性更强。
这使得SiC材料能够在高功率、高温度下稳定工作，适用于高性能散热装置和高功率电子器件。
第四，SiC材料的力学性能非常突出。
SiC材料的硬度比硅材料更高，可达到9.5 Mohs，具有较好的耐磨损性和耐高压性能。
这使得SiC材料适用于高压、高速度的应力环境，如机械加工工具和高速运动的机械装置。
此外，SiC材料在光电子器件、传感器、生物医学和环境保护等领域也具有广泛的应用前景。
例如，SiC材料的光电特性良好，吸收和发射特性广谱且可调，适用于光电探测器和LED等器件的制备。
同时，SiC材料在高温度环境下具有较好的稳定性和低电子漂移迁移率等优点，适用于高温传感器和耐高温电子器件。
综上所述，SiC半导体材料在生长技术、电学性能、热学性能和力学性能等方面都取得了显著的进展，并在多个领域有着广泛的应用前景。
随着科学研究的不断深入，SiC材料有望在能源、电子和光电子等领域中发挥更重要的作用。
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半导体二极管和三极管
二. N型半导体和P型半导体
1. 本征半导体与掺杂半导体
在常温下，本征半导体的两种载流子数量还是极少 的，其导电能力相当低。 如果在半导体晶体中掺入微量杂质元素，将得到掺 杂半导体，而掺杂半导体的导电能力将大大提高。
由于掺入杂质元素的不同，掺杂半导体可分为两大 类——N型半导体和 P型半导体。
半导体二极管和三极管
• 肖特基缺陷和弗仑克尔缺陷统称点缺陷。 • 虽然这两种点缺陷同时存在，但由于在Si、Ge中形成间隙
原子一般需要较大的能量，所以肖特基缺陷存在的可能性
远比弗仑克尔缺陷大，因此Si、Ge中主要的点缺陷是空位
(a) 弗仑克尔缺陷 (b) 肖特基缺陷 图1.11 点缺陷
半导体二极管和三极管
价电子受到激发，形成自 由电子并留下空穴。 自由电子和空穴同时产生 半导体中的自由电子和空 穴都能参与导电——半导 体具有两种载流子。
价电子
硅原子
载流子的产生与复合：
共价键
半导体二极管和三极管
• 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。
一晶面发生移动，如图1.12(a)所示。这种相对移动称为滑移， 在其上产生滑移的晶面称为滑移面，滑移的方向称为滑移向。
(a) (b) 图1.12 应力作用下晶体沿某一晶面的滑移
半导体二极管和三极管
• 实验表明滑移运动所需应力并不很大，因为参加滑移的所有原 子并非整体同时进行相对移动，而是左端原子先发生移动推动 相邻原子使其发生移动，然后再逐次推动右端的原子，最终是 上下两部分原子整体相对滑移了一个原子间距b，见图1.12(b)。 • 这时虽然在晶体两侧表面产生小台阶，但由于内部原子都相对 移动了一个原子间距，因此晶体内部原子相互排列位置并没有 发生畸变。 • 在上述逐级滑移中会因为应力变小而使滑移中途中止，就出现 了图1.13(a)所示的情况。 • 如果中途应力变小使滑移中止，滑移的最前端原子面AEFD左 侧原子都完成了一个原子间距的移动，而右侧原子都没有移动， 其结果是好像有一个多余的半晶面AEFD插在晶体中，见图 1.13(b)。
0.5 半导体中的杂质和缺陷
0.5.1 杂质
N型掺杂 P型掺杂 浅能级杂质 深能级杂质 电活性杂质 电中性杂质 替位式杂质 间隙式杂质 （掺杂类型）
半导体二极管和三极管
（杂质能级）
（导电性能）
（掺杂方式）
0.5.2 缺陷
点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷
半导体二极管和三极管
• 弗仑克尔缺陷：一定温度下，格点原子在平衡位置附近振动，
光纤通信是未来通信的发展方向，用的主要是 半导体激光器。半导体激光器与发光二极管都是 靠材料中的电子和空穴退激使发光，硅和锗等元 素半导体退激时只引起发热，砷化镓等化合物半 导体中退激时会发光。砷化镓发近红外光。
4．太阳能电池（光生伏特特性） 太阳能电池是利用P－N结的光生伏特效应，最 重要的参数是电转换效率，非晶硅太阳电池，转 换效率约10%，成本低；砷化镓晶体太阳电池转 换效率可达20%以上，但成本高。太阳能电池广 泛应用于人造卫星和航天器上。
RH 1 nq
E y vxBZ 令 RH 1 pq
E y RH J xBZ
RH H RH H 1 p pq 1 n nq
0.4.6 半导体的光学性质
(1).光吸收与光电导
半导体二极管和三极管
根据欧姆定律：
J E
所以， n n p p e
1
n
1
n
p
p
e
0.4.5 半导体的霍尔效应
霍尔效应是测量半导体 材料导电类型、载流子浓度
半导体二极管和三极管
和迁移率等基本性能和霍尔
效应器件应用的基础。
J pqv qE
y
x
qv x B Z Jx pq BZ
根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分
导体、绝缘体和半导体。
半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的一大 类固体材料。 贝格尔：10-5～1011Ω •cm； 林兰英、万群： 10-3～109Ω •cm
师昌绪： 10-3～107Ω •cm
邓志杰、郑安生：10-4～1010Ω •cm
常见的半导体材料有硅、锗、硒及许多金属的氧化 物和硫化物等。半导体材料多以晶体的形式存在。
0.2半导体分类 一、本征半导体
半导体二极管和三极管
完全纯净、具有一定晶体结构的半导体
最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。它们的共同 特征是四价元素，每个原子最外层电子数为 4 。
+
Si
+
Ge
半导体二极管和三极管
提纯的硅材料可形成单晶——单晶硅
相邻原子由外层电子形成共价键
共价键
半导体二极管和三极管
P - n 结整流特性
U
i正
P型
N型
பைடு நூலகம்
半导体二极管和三极管
U
i反
P型
N型
晶体管：二极管和三极管
二极管单向导电，三极管放大
半导体二极管和三极管 2．集成电路：采用氧化、光刻、扩散掺杂等工艺 把晶体管、电阻、电容等元件集成于一块半导体芯 片上，封装成多脚的器件。主要优点：小、轻、电 路性能好且可靠，成本低。电子产品的不断更新换 代，主要得益于集成电路技术的迅速发展
其中某些原子能够获得较大的热运动能量，克服周围原子化学 键束缚而挤入晶体原子间的空隙位置，形成间隙原子，原先所 处的位置相应成为空位。这种间隙原子和空位成对出现的缺陷 称为弗仑克尔缺陷。
• 肖特基缺陷：由于原子挤入间隙位置需要较大的能量，所以
常常是表面附近的原子A和B依靠热运动能量运动到外面新的一 层格点位置上，而A和B处的空位由晶体内部原子逐次填充，从 而在晶体内部形成空位，而表面则产生新原子层，结果是晶体 内部产生空位但没有间隙原子，这种缺陷称为肖特基缺陷。
半导体材料与工艺
0.1 序
• 以集成电路（IC）技术（微电子技术）为 代表的半导体技术是近50多年来发展最迅 速的技术。 • 半导体技术生产生活、国防科技…… （Si、Ge、GaAs、InP、HgCdTe、 GaN、SiC……） • 半导体技术是衡量一个国家科学技术发展 水平的一项重要标志。
半导体的导电特性
不论是N型半导体还是P型半导体，都只有一种多 数载流子。然而整个半导体晶体仍是电中性的。
三、半导体材料的应用简介 1.p-n结和晶体管
半导体二极管和三极管
p-n结是构成各种半导体器件的基础，其最重要 的特性是单向导电性 P-n结的构造： 扩散 N型杂质
E
P型
N型
P型衬底 P型半导体与n型半导型接触形成的偶电层结构 这种结构称为P-n结。
半导体材料的特性： 1. 纯净半导体的导电能力很差； 2. 温度升高——导电能力增强；
3. 光照增强——导电能力增强；
4. 掺入少量杂质——导电能力增强。
半导体与金属、绝缘体之间的界限也不是绝 对的。 • 重掺杂半导体的导电性能与金属类似（可 具有正的电阻温度系数）； • 在低于1K温度下，有些半导体（如GeTe、 SnTe、SrTiO3等）可显示出超导性； • 纯净的半导体材料在较低温度下（低于其 本征激发温度）下就是绝缘体； • 半导体材料并不仅限于固体，也有液态半 导体。
半导体二极管和三极管
2. N型半导体
当在硅或锗的晶体中掺入微量磷(或其它五价元素) 时，磷原子与周围的四个硅原子形成共价键后，磷 原子的外层电子数将是 9 ，比稳定结构多一个价电 子。
Si Si Si P Si
+
P
Si
Si
多余 电子
半导体二极管和三极管
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N型半导体中电子是多数载流子、空穴是少数 载流子。 室温情况下，本征硅中n0=p0~1.51010/cm3，当磷 掺杂量在10–6量级时，电子载流子数目将增加几 十万倍。
图1.13 刃型位错
(b)
半导体二极管和三极管
• 图1.14所示的称为螺旋位错的滑移是沿BC方向，而原子移 动沿BA方向传递，位错线AD和滑移方向平行。与刃型位
1 k k
2 2 h k E (k ) E 0 * 2m
0.4.4 半导体的电导
在外电场E作用下,电子和空穴的漂移速度为：
vn n E vp pE
半导体二极管和三极管
半导体的电流密度J为：
J nv n pv
p
e
J n n E p p E e n n p p e E
h h 0 E g
本征吸收
0
1 . 24 Eg
(m )
本征吸收使电子、空穴浓度分别增加△n、△p，则半导体电导率增量为：
n n p p e
半导体光电导效应
(2).光生伏特效应
适当波长的光照射非均匀半导体（如pn结），由于内建电场的作用（无外电 场），半导体内部产生电动势，这种由内建电场引进的光电效应就是光生伏 特效应。
半导体二极管和三极管
• 在AD线周围晶格产生畸变，而距AD线较远处似乎没有影响， 原子仍然规则排列，这种缺陷称为位错，它是一种发生在AD 线附近的线缺陷，AD线称为位错线。