电子及微电子材料--半导体材料共145页文档
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电压较低时，由于外电场较弱，还不足以克服PN结内电场 对多数载流了扩散运动的阻力，所以正向电流很小，几乎为 零。此时二极管呈现出很大的电阻。
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1.2 半导体二极管
2.反向特性 图1-10所示曲线②部分为反向特性。二极管两端加上反向
电压时，由于少数载流子漂移而形成的反向电流很小，且在 一定的电压范围内基本上不随反向电压而变化，处于饱和状 态，所以这一段电流称为反向饱和电流IR。硅管的反向饱和 电流约在1μA至几十微安，锗管的反向饱和电流可达几百微 安，如图1-10的OC(OC’)段所示。 3.反向击穿特性 如图1-10中曲线③部分所示，当反向电压增加到一定数值 时，反向电流急剧增大，这种现象称为一极管的反向击穿。 此时对应的反向击穿电压用UBR表示。
1.4.2 晶体三极管的工作原理
三极管有两个按一定关系配置的PN结。由于两个PN结之间 的互相影响，使三极管表现出和单பைடு நூலகம்PN结不同的特性。三 极管最主要的特性是具有电流放大作用。下面以NPN型二极 管为例来分析。
1.电流放大作用的条件 三极管的电流放大作用，首先取决于其内部结构特点，即发
射区掺杂浓度高、集电结面积大，这样的结构有利于载流子 的发射和接收。而基区薄且掺杂浓度低，以保证来自发射区 的载流子顺利地流向集电区。其次要有合适的偏置。三极管 的发射结类似于二极管，应正向偏置，使发射结导通，以控 制发射区载流子的发射。而集电结则应反向偏置，以使集电 极具有吸收由发射区注入到基区的载流子的能力，从而形成 集电极电流。
1.1 半导体基础知识
1.1.1本征半导体
不含杂质且具有完整品体结构的半导体称为本征半导体。最 常用的本征半导体是锗和硅品体，它们都是四价元素，在其 原子结构模型的最外层轨道上各有四个价电子。在单品结构 中，由于原子排列的有序性，价电子为相邻的原子所共有， 形成了如图1-1所示的共价键结构，图中的+4表示四价元素 原子核和内层电子所具有的净电荷。本征半导体在温度 T=0K(热力学温度)目没有其他外部能量作用时，其共价键 中的价电子被束缚得很紧，不能成为自由电子，这时的半导 体不导电，在导电性能上相当于绝缘体。但是，当半导体的 温度升高或给半导体施加能量(如光照)时，就会使共价键中 的某些价电子获得足够的能量而挣脱共价键的束缚，成为自 由电子，同时在共价键中留下一个空位，这个现象称为本征 激发，如图1-2所示，自由电子是本征半导体中可以参与导 电的一种带电粒子，叫做载流子。
半导体材料总结ppt课件
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GaAs电学性质
电子迁移率高达 8000cm2 VS
GaAs中电子有效质量为自由电子的1/15， 是硅电子的1/3
用GaAs制备的晶体管开关速度比硅的快 3~4倍
高频器件，军事上应用
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本征载流子浓度
T 3 0 0 K n i 1 .3 1 0 6/c m 3
体心原子的划分，属于每个晶胞 1
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（c）面心立方晶体 6个面中心各有1个原子， 6*1/2=3原子； 8个顶角各有1个原子，8*1/8=1个原子。 每个面心立方晶胞有4个原子。
ppt课件. 面心原子的划分，属于每个晶胞 110/2
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（2）半导体材料的能带结构
间接带隙结构 直接带隙结构
∶ ∶
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按组成
元素半导体 无机半导体
化合物半导体
有机半导体
按结构
晶体
单晶半导体 多晶半导体
非晶、无定形半导体
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3.半导体材料的基本性质及应用
(1)半导体的晶体结构 (2)半导体的能带结构 (3) 半导体的杂质和缺陷 (4) 半导体的电学性质 (5) 半导体的光学性质
带隙大小
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(3) 半导体的杂质和缺陷
轻掺杂
掺杂浓度为1017 cm-3 杂质离子100%电离
中度掺杂 掺杂浓度为1017～1019 cm-3 载流子浓度低于掺杂浓度
重掺杂 掺杂浓度大于1019 cm-3
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硅中的杂质
1. n型掺杂剂：P，As，Sb
新型半导体材料与微电子技术
新型半导体材料与微电子技术随着科技的发展，半导体材料和微电子技术已成为现代工业的关键领域。
今天，我们将探讨新型半导体材料和微电子技术的最新发展和应用领域。
一、新型半导体材料的发展传统的半导体材料主要是硅（silicon），但随着技术的不断进步和应用需求的变化，新型半导体材料已逐渐成为半导体产业的热点。
新型半导体材料一般指化合物半导体、有机半导体、半金属等材料。
1、化合物半导体化合物半导体的原理是利用两种或两种以上的元素形成有列不平等电性的键。
常见的化合物半导体包括氮化硅、硫化硒等。
氮化硅是一种新型的半导体材料，具有高硬度、高熔点和高化学稳定性等优点，已经被广泛应用于电力电子、光电子和微电子等领域。
2、有机半导体有机半导体是指以碳、氢、氮、氧、硫等有机化合物为基础材料的半导体。
由于有机半导体具有低成本、低能耗、柔性加工等特点，已成为研究的热点。
它们被广泛应用于屏幕显示器、智能手机、平板电脑等产品中。
3、半金属半金属是指在一定条件下由导带和价带同时填满的材料。
相对于硅（Si）等传统半导体材料，半金属材料具有能量传输更快、发热更少等特点，因此更具有潜力。
此外，半金属还可以在薄膜太阳能电池等方面发挥作用。
二、微电子技术的应用微电子技术是指将电子元器件制造成非常小的尺寸，使其可以嵌入各种产品中的一种技术。
现在，它被广泛应用于计算机、智能手机、各种家电、汽车电子等领域。
1、计算机计算机技术的目标是使电子电路集成的尺寸不断缩小，尽可能提高效率，以满足日益增长的数据处理需求。
微电子技术的应用使计算机处理速度得到大大提高，处理效率也更高。
2、智能手机微电子技术的应用使得智能手机的设计越来越小、轻便、功能强大。
各种软件和硬件的精度、稳定性和耐久性都得到了显著提高。
此外，智能手机还集成了各种先进的传感器和探测器，如加速计、光传感器和陀螺仪等。
3、各种家电在微电子技术的帮助下，各种家电产品也得以实现更加智能化、精确化的控制。
第四章半导体材料-PPT课件
1 . 1 2 7 m 红外 G a A s , E g 1 . 4 e V , 0 . 8 8 5 m
2、非平衡载流子 光发射 电子被光激发到导带而在价带中留下空穴，状态不 稳定。由此产生的电子空穴对称为非平衡载流子。过一 段时间，电子将跃迁回价带，同时发射一个光子，称为 光发射。 光发射应用：半导体发光二极管、半 导体激光器。但非平衡载流子不是由光激 发产生，而由电子、空穴注入产生。
在外电场下，半导体有电流，电流密度：
jE
且与载流子浓度n、载流子有效质量m*和弛豫时间 有 关： 2
ne j E m* j E
e — 迁 移 率 m * 导电性能 n e
半导体中电子运动不同于真空。真空中服从牛顿定 律，F=-eE=m0a。 m0—自由电子质量。半导体中电子于能带中受约束， 也可以用牛顿定律描述运动。但m0要改成m*。不同半 导体m*不同。
Si Si Si
Si
Si中掺5价P，P取代Si原子。4个 价电子与Si组成共价键。第5个价电 子多余，输送到导带上成为自由电 子。导带中电子导电。 产生的自由电子浓度约等于杂质 原子浓度（可控）。
导带
Si Si
e
Si
P
Si
导带
P
P施主Βιβλιοθήκη PPn型半导体
价带
P
P
施主
P
P
价带
P称为施主杂质，表示能给出一个价电子。
4-2 传统的典型半导体材料
一、分类
1、元素半导体
ⅢA-ⅦA族，十几种元素，如Ge、Si、Se（硒）、Te （碲）等。 2、化合物半导体
二元化合物 ⅢA-ⅤA化合物，9种（Al、Ga、In——P、As、Sb）
《半导体材料》课件
N型半导体
通过向半导体中掺入五价杂质，可以形成具有负 电荷的N型半导体。
PN结
PN结是由P型和N型半导体材料结合而成的结构， 具有重要的电子器件应用。
二极管
二极管是一种基本的半导体器件。它具有只允许 单向电流通过的特性。
4. 高级半导体器件
M Oபைடு நூலகம்FET
MOSFET是一种基于半导体材料 的重要集成电路组件，广泛应用 于电子设备中。
光电二极管
光电二极管是一种半导体器件， 可以将光能转换为电能，广泛用 于通信和光电领域。
激光二极管
激光二极管是利用半导体材料产 生激光的器件，应用于激光打印 机、激光通信等领域。
5. 应用领域
计算机芯片
半导体材料是计算机 芯片制造的基础，推 动了电子产品的快速 发展。
通信设备
半导体器件在无线通 信、移动通信等领域 中发挥着重要的作用。
光电子器件
光电子器件利用半导 体材料的特性，实现 光信号的检测和处理。
新能源领域
半导体材料在太阳能 电池、燃料电池等新 能源领域有着广泛的 应用。
6. 总结
半导体材料具有独特的电性能和广泛的应用。通过了解半导体的基本概念和器件原理，我们可以更好地理解现 代电子技术的发展和应用。期待未来半导体材料的更多突破和创新！
2. 基本概念
1 价带和导带
半导体中的价带和导带决定了电子的能量状态和传导性质。
2 禁带宽度
禁带宽度是指价带和导带之间的能量间隔，影响了半导体的导电性。
3 掺杂
通过掺杂杂质，可以改变半导体的导电性能，使其成为P型或N型半导体。
3. 掺杂与半导体器件
P型半导体
通过向半导体中掺入三价杂质，可以形成具有正 电荷的P型半导体。
半导体材料报告【范本模板】
半导体材料-硅摘要半导体材料是制作半导体器件和集成电路的电子材料，是半导体工业的基础.利用半导体材料制作的各种各样的半导体器件和集成电路，促进了现代信息社会的飞速发展。
本文就半导体硅材料作了简单介绍。
引言能源、信息、材料是人类社会的三大支柱.半导体硅材料则是电子信息产业(尤其是集成电路产业）和新能源、绿色能源硅光伏产业的主体功能材料,硅材料的使用量至今仍然占全球半导体材料的95%以上，是第一大电子功能材料，且早已是一种战略性的物资和产业。
［1]20世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命，随着科技的发展，半导体材料越来越多。
[2]半导体材料是一类具有半导体性能、可用于制作半导体器件和集成电路的电子材料．硅材料是当今产量最大、应用最广的半导体材料，是集成电路产业和光伏产业的基础。
硅材料的发展对推动我国相关产业实现技术跨越、增强国际竞争力、保持社会经济可持续发展和保障国家安全均起着重要作用。
［3］1、硅的分类硅也是极为常见的一种元素，属于元素周期表上第三周期,IVA族的类金属元素。
然而它极少以单质的形式在自然界出现，而是以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式,广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。
硅在宇宙中的储量排在第八位。
在地壳中，它是第二丰富的元素，构成地壳总质量的26.4%,仅次于第一位的氧。
硅根据物理性质分为无定形硅和晶体硅两种。
1.1无定型硅无定型硅又称非晶硅，非晶硅是一种直接能带半导体，它的结构内部有许多所谓的“悬键”，也就是没有和周围的硅原子成键的电子,这些电子在电场作用下就可以产生电流，并不需要声子的帮助,因而非晶硅可以做得很薄，还有制作成本低的优点。
在70年代确实有过制备非晶硅的沸沸扬扬的高潮。
事实上，非晶硅光电池已经广为使用，例如许多太阳能计算器、太阳能手表、园林路灯和汽车太阳能顶罩等就是用非晶硅作为光电池的基本材料的。
非晶硅在太阳辐射峰附近的光吸收系数比晶体硅大一个数量级。
《半导体材料》PPT课件
• 价电子层：给定一种原子，最外部的电子 层就是价电子层，对原子的化学和物理性 质具有显著的影响。
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• 固体能带论：解释了固体材料中电子怎样 改变轨道能级。
• 离子：当原子失去或得到一个或多个电子 时成为离子。
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• 当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时， 交界面形成稳定的空间电荷区，即ＰＮ结 处于动态平衡。ＰＮ结的宽度一般为0.5um。
• PN结在未加外加电压时，扩散运动与漂移 运动处于动态平衡，通过PN结的电流为零。
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2.9半导体二极管的结构 1.点接触型二极管的结构
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硅的熔点是1412℃，是一种质硬的脆性材料，变 形很容易破碎，与玻璃相似。可以抛光得像镜面 一样平整。
本征半导体： 不含任何杂质和缺陷的纯净半导体， 其纯度在99.999999%（8~10个9）。
掺杂半导体：把特定的元素引入到本征半导体中， 可提高本征半导体的导电性。
Jn qDnn J p qDpp
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总的电流扩散密度为：
J Jn Jp
qD nnqD pp
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2.6载流子的迁移率 迁移率：漂移速度与外加电场强度之间的比例常数。
v E
载流子被电场加速的同时，将与晶格格点和晶格 中的杂质碰撞产生散射，各种散射机构决定了载 流子的迁移率的大小。
介电常数：介电材料是电容器中的关键部 分。介电常数K已经成为一个重要的半导体 性能参数。
电子行业的半导体材料资料
电子行业的半导体材料资料半导体材料是电子行业中不可或缺的关键元素，它们在各种电子器件和电路中扮演着重要角色。
本文将重点讨论电子行业中常用的几种半导体材料及其性能特点，旨在帮助读者更好地理解和应用这些材料。
一、硅硅是最常见的半导体材料之一，被广泛应用于电子行业中的各种器件和集成电路中。
硅材料具有许多优秀的特性，如稳定性、耐高温、可靠性高等，因此成为半导体材料的首选。
此外，硅材料的制备成本相对较低，加工技术成熟，容易控制成品质量。
二、锗锗是另一个常见的半导体材料，它与硅相似但具有更好的导电性能。
锗材料性质介于导体和绝缘体之间，因此可以用于各种电子元件，特别是高频和光电器件。
与硅相比，锗的制备成本较高，应用相对较窄。
三、化合物半导体化合物半导体由两种或多种元素的化合物构成，它们通常具有较高的移动性和较短的电子传输长度。
常见的化合物半导体包括氮化镓、磷化铟、砷化镓等。
这些材料在高频电子器件、光电器件以及高温环境下的应用中表现出色，但制备成本较高。
四、有机半导体有机半导体是近年来快速发展的材料领域之一。
相对于传统的无机半导体材料，有机半导体具有制备灵活、成本低、可大面积加工等特点。
然而，有机材料的载流子迁移率相对较低，限制了其在高性能器件中的应用。
目前，有机半导体主要应用于柔性电子、光电显示等领域。
五、新型半导体材料除了传统的硅、锗、化合物半导体和有机半导体，近年来还涌现了许多新型半导体材料。
例如石墨烯、二硫化钼等二维材料，在电子行业中也展现出巨大的潜力。
这些新型材料具有独特的电学、光学和热学性质，可用于各种新型器件和应用。
综上所述，电子行业离不开半导体材料的支撑。
硅、锗、化合物半导体等传统材料在各自领域中具有重要地位，而有机半导体和新型半导体材料则带来了新的机遇和挑战。
未来随着技术的不断进步，我们有理由相信，半导体材料将进一步演化和创新，为电子行业带来更多的突破和进步。