半导体材料基础知识
半导体基础知识PPT培训课件
目录
• 半导体简介 • 半导体材料 • 半导体器件 • 半导体制造工艺 • 半导体技术发展趋势 • 案例分析
半导体简介
01
半导体的定义
总结词
半导体的定义
详细描述
半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，常见的半导体材 料有硅、锗等。
半导体的特性
总结词
化合物半导体具有宽的禁带宽度和高 的电子迁移率等特点，使得化合物半 导体在光电子器件和高速电子器件等 领域具有广泛的应用。
掺杂半导体
掺杂半导体是在纯净的半导体中掺入其他元素，改变其导电 性能的半导体。
掺杂半导体的导电性能可以通过掺入不同类型和浓度的杂质 来调控，从而实现电子和空穴的平衡，是制造晶体管、集成 电路等电子器件的重要材料。
掺杂的目的是形成PN结、调控载流 子浓度等，从而影响器件的电学性能。
掺杂和退火的均匀性和控制精度对器 件性能至关重要，直接影响最终产品 的质量和可靠性。
半导体技术发展趋势
05
新型半导体材料
硅基半导体材料
宽禁带半导体材料
作为传统的半导体材料，硅基半导体 在集成电路、微电子等领域应用广泛。 随着技术的不断发展，硅基半导体的 性能也在不断提升。
半导体制造工艺
04
晶圆制备
晶圆制备是半导体制造的第一步，其目的是获得具有特定晶体结构和纯度的单晶硅 片。
制备过程包括多晶硅的提纯、熔炼、长晶、切磨、抛光等步骤，最终得到可用于后 续工艺的晶圆。
晶圆的质量和表面光洁度对后续工艺的成败至关重要，因此制备过程中需严格控制 工艺参数和材料质量。
薄膜沉积
输入 标题
详细描述
集成电路的制作过程涉及微电子技术，通过一系列的 工艺步骤，将晶体管、电阻、电容等电子元件集成在 一块硅片上，形成复杂的电路。
半导体化学3、化学基础知识
X射线衍射分析
X射线衍射原理
利用X射线在晶体中的衍射现象，通过分析衍射图谱获得晶体结 构信息。
半导体材料中的应用
用于确定半导体材料的晶体结构、晶格常数、晶体取向等。
实验方法与技巧
样品制备、实验参数设置、数据收集与处理等。
电子显微分析
1 2
电子显微技术
包括透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜 （SEM），利用电子束与物质相互作用产生的信 号进行成像分析。
气相沉积法
化学气相沉积（CVD）
在高温下，通过气体之间的化学反应在基片上沉积出固态薄膜。
物理气相沉积（PVD）
通过蒸发、升华或溅射等物理过程，使源材料从靶材上转移到基片上形成薄膜。
分子束外延（MBE）
在高真空或超高真空条件下，由装有各种所需组分的炉子加热而产生的蒸气，经小孔准直 后形成的分子束或原子束，直接喷射到适当温度的单晶基片上，同时控制分子束对衬底扫 描，就可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。
半导体化学3化学基础知识
目录
• 半导体化学概述 • 半导体材料基础知识 • 半导体材料制备技术 • 半导体材料表征技术 • 半导体器件加工工艺简介 • 半导体化学应用前景展望
01 半导体化学概述
半导体定义与分类
半导体定义
半导体是指常温下导电性能介于 导体与绝缘体之间的材料。
半导体分类
根据化学成分不同，半导体可分 为元素半导体（如硅、锗等）和 化合物半导体（如砷化镓、磷化 铟等）。
03
工程技术
与工程师合作，将半导体化学的研究成果应用于实际生产中，推动半导
体产业的创新发展。同时，通过不断的技术创新和改进，提高半导体器
件的性能和降低成本，满足不断增长的市场需求。
半导体基础知识单选题100道及答案解析
半导体基础知识单选题100道及答案解析1. 半导体材料的导电能力介于（）之间。
A. 导体和绝缘体B. 金属和非金属C. 正电荷和负电荷D. 电子和空穴答案：A解析：半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。
2. 常见的半导体材料有（）。
A. 硅、锗B. 铜、铝C. 铁、镍D. 金、银答案：A解析：硅和锗是常见的半导体材料。
3. 在纯净的半导体中掺入微量的杂质，其导电能力（）。
A. 不变B. 减弱C. 增强D. 不确定答案：C解析：掺入杂质会增加载流子浓度，从而增强导电能力。
4. 半导体中的载流子包括（）。
A. 电子B. 空穴C. 电子和空穴D. 质子和中子答案：C解析：半导体中的载流子有电子和空穴。
5. P 型半导体中的多数载流子是（）。
A. 电子B. 空穴C. 正离子D. 负离子答案：B解析：P 型半导体中多数载流子是空穴。
6. N 型半导体中的多数载流子是（）。
A. 电子B. 空穴C. 正离子D. 负离子答案：A解析：N 型半导体中多数载流子是电子。
7. 当半导体两端加上电压时，会形成（）。
A. 电流B. 电阻C. 电容D. 电感答案：A解析：电压作用下，半导体中有电流通过。
8. 半导体的电阻率随温度升高而（）。
A. 增大B. 减小C. 不变D. 先增大后减小答案：B解析：温度升高，载流子浓度增加，电阻率减小。
9. 二极管的主要特性是（）。
A. 单向导电性B. 放大作用C. 滤波作用D. 储能作用答案：A解析：二极管具有单向导电性。
10. 三极管的三个电极分别是（）。
A. 基极、发射极、集电极B. 正极、负极、地极C. 源极、漏极、栅极D. 阳极、阴极、控制极答案：A解析：三极管的三个电极是基极、发射极、集电极。
11. 场效应管是（）控制器件。
A. 电流B. 电压C. 电阻D. 电容答案：B解析：场效应管是电压控制型器件。
12. 集成电路的基本制造工艺是（）。
A. 光刻B. 蚀刻C. 扩散D. 以上都是答案：D解析：光刻、蚀刻、扩散都是集成电路制造的基本工艺。
第四讲 半导体基本知识
② PN结外加反向电压 结外加反向电压
流过PN结的电流主要是少子的漂移决定的， 流过 结的电流主要是少子的漂移决定的，称为 结的电流主要是少子的漂移决定的 PN结的反向电流。 结的反向电流 结的反向电流。 PN结的反向电流很小，而且与反向电压的大小 结的反向电流很小， 结的反向电流很小 基本无关。 结表现为很大的电阻 称之截止。 结表现为很大的电阻， 基本无关。PN结表现为很大的电阻，称之截止。
3. PN结的形成 结的形成
浓度差引起载流子的扩散。 浓度差引起载流子的扩散。
扩散的结果形成自建电场。 扩散的结果形成自建电场。
空间电荷区也称作 “耗尽区” “势垒 耗尽区” 区”
3. PN结的形成 结的形成
自建电场阻止扩散，加强漂移。 自建电场阻止扩散，加强漂移。
动态平衡。 动态平衡。 扩散=漂移 扩散 漂移
晶体共价键结构平面示意图
本征半导体的特性
(1)本征半导体在绝对零度（T=0K相当于 － 本征半导体在绝对零度（ 相当于T=－ 本征半导体在绝对零度 相当于 273℃）时，相当于绝缘体。在室温条件下，本 相当于绝缘体。在室温条件下， ℃ 征半导体便具有一定的导电能力。 征半导体便具有一定的导电能力。 (2)在本征半导体中，激发出一个自由电子，同时 在本征半导体中， 在本征半导体中 激发出一个自由电子， 便产生一个空穴。电子和空穴总是成对地产生， 便产生一个空穴。电子和空穴总是成对地产生， 称为电子空穴对。 称为电子空穴对。 (3)半导体中共价键分裂产生电子空穴对的过程叫 半导体中共价键分裂产生电子空穴对的过程叫 做本征激发（ 做本征激发（Intrinsic Excitation）。 ）。 (4)产生本征激发的条件：加热、光照及射线照射。 产生本征激发的条件： 产生本征激发的条件 加热、光照及射线照射。
半导体的基础知识
I
内电场 外电场
R
E 外电场与内电场的方向相反，内电场变弱，结果使空 间电荷区（PN结）变窄。
（2）反向截止
① 定义： P区接电源负极，N区接电源正极，则为 加反向电压，称反向偏置，简称反偏。如图所示。 ② 电路图 耗尽层 P区 N区
内电场 外电场
R
E 外电场与内电场的方向相同，内电场变弱，结果使空 间电荷区（PN结）变宽。
(2)负载电压的平均值
数学理论证明，一个周期内，半波整流电路输出电压的平 1 均值是交流电压 即峰值的
UO
2 E2
0.45E2
(6-1)
(3)负载电流的平均值
Uo E2 IL 0.45 RL RL
(6-2)
(4)整流元件的选择
流过整流二极管VD的平均电流： I D I L
T
负载
e1
e2
RL
U0
图6—2单相半波整流电路
(1)工作原理
设变压器副边感应交流电压为 E2 为交流电压的有效值 e2 2 E 2 sin t A、在交流电压的正半周(0-π )，输出电压极性a端为 正、b端为负，如图6—3(a)所示，二极管VD正偏导通， 负载RL上获得的电压为 U o e2
２、二极管的伏安特性
iD/mA 1）二极管伏安特性曲线 20 AB段：正向导通区 接 近 直 线
15
10 OC段：反向截止区 5
B
O
C -40 -30 -20 -10 -10
A 0.8 u / V D
0.2 0.4 0.6 OA段：死区
D
CD段：反向击穿 区
-20
-30
-40
相关题：121、245
半导体主要知识点梳理总结
半导体主要知识点梳理总结半导体主要知识点梳理总结作为当今时代信息技术和电子工业的核心材料，半导体在现代社会扮演着至关重要的角色。
从微芯片到太阳能电池，从智能手机到电子器件，半导体无处不在。
对于想要了解半导体的读者来说，本文将梳理总结半导体的主要知识点，帮助读者建立起一个全面而深入的理解。
一、半导体的基本概念半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，具有导电性能，但电阻较高。
半导体的导电性通过施加外加电压或光照来控制。
半导体的内部结构由两种材料的组合形成，即P型半导体和N型半导体。
P型半导体中主要存在电子缺陷，称为空穴，而N型半导体中存在过量的自由电子。
半导体的导电性质与其能带结构有关。
能带是描述材料中电子能量的概念，包括价带和导带。
价带是电子处于较低能级的带，而导带是电子处于较高能级的带。
半导体的导电能力取决于价带与导带之间的能隙，也就是电子跃迁的能量差。
如果能隙较小，电子容易从价带跃迁到导带，因此导电性能较好。
而如果能隙较大，电子跃迁需要更高的能量，导电性能较差。
二、PN结与二极管PN结是半导体器件中最基本的结构之一。
它是由P型和N 型半导体材料的交界处形成的结构。
PN结的形成依靠半导体材料中的杂质原子掺杂。
其中P型区域被掺杂有五价元素，如硼，而N型区域被掺杂有三价元素，如磷。
PN结中的P区域和N区域形成了电势差，在静态情况下形成了一个静电势垒。
二极管是基于PN结的一种半导体器件。
它具有单向导电性，即只有一个方向上才能导电。
正向偏压情况下，即P端电压高于N端，这时PN结处的电势垒会减小，电子和空穴会发生再结合，导电能力增强。
而在反向偏压情况下，电势垒增大，使得电流难以流过，呈现出不导电的状态。
二极管在电子电路中常用于整流、开关和波形修整等方面。
三、场效应管与晶体管场效应管（FET）是另一种PN结基础上发展起来的半导体器件。
它是一种通过操控电场来控制电流的器件。
FET主要由掺杂有两个N型材料之间的P型沟道构成。
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。
半导体基础知识
半导体基础知识物质是由原子和分子组成的，而大量的原子（或分子）周期性重复排列就形成了固态晶体。
半导体就是一种很典型的晶体或从晶体学就是一种点阵结构。
原子处于晶格的格点上，且在格点上围绕在一个平衡位置作热振动。
原子又由原子核和核外电子组成。
核外电子又在不同的壳层上绕原子核转动。
如果能够写出半导体中所有相互作用的原子核和电子系统的确定方程式，并求其出其解，便可一了解半导体的很多物理性质。
但是这是一个很复杂的多体问题。
不可能求出其格解。
很多时候是用很接近的方法――――单电子近似模型，而来研究半导体中电子的能量付态。
所谓单电子近似是假设每个平均势场中运动，该势场是具有与晶格周期相同的周期性势场。
用单电子近似法研究晶体中电子状态的理论称为能带论。
更简单地讲这种单电子近似发是研究原子核固定运动的模式下，大量的外层电子的运动行为，也可以说这是整个半导体理论研究的内容。
研究对象主要是目前工艺成熟而被广泛应用的材料。
必须说明的是，这里所讨论不设及原子内层电子轨道的跃迁的电子运动行为，而着重指外层电子的能量状态变化及电子行为，特别是当硅单晶（相当半导体材料）挤入少量杂质，原来表现出半导体很多持有的性质。
电学的、光学的、热学的、磁学的性质，利用这些性质可以作出许许多多的半导体的零件。
1：半导体中的电子状态和能先看一下一个孤立原子的电子状态，这样的原子最简单的是氢原子。
氢原子核外只有一个电子，即由一个原子核和一个核外电子组成。
原子在原子核的势场作用下运动，量子力学表明这样的电子只能处于一个特定的运动状态，每一个运功动状态可以用量子数n，角量子数l,磁量子数mo及自旋量子数ms来表示。
子数n的量子状态具有能量为Eu= - (moq4/8ε 2 h2)*(1/n2) = - 13.6 (1/n2) eV其中mo 电子质量 q 电子电量为其它介电常数h 普朗克常数ε量子数可为 n＝1，2，3，4，5，6，……分别为离子一,二,三,四电子壳层依次为 K,L,M,N角量子数 l=0,1,2,3,……(n-1) n 表示各壳层,用s,p,d,f表示=0, +1, + 2,…… +l, (2l+1)磁量子数 ml= +1/2,-1/2.自施量子 ms当不计自旋时,每一个不同的n值有由上式所规定的每个能级有n2个量子状态与之对应,是表H.。
半导体的基本知识
第1章半导体的基本知识1.1 半导体及PN结半导体器件是20世纪中期开始发展起来的，具有体积小、重量轻、使用寿命长、可靠性高、输入功率小和功率转换效率高等优点，因而在现代电子技术中得到广泛的应用。
半导体器件是构成电子电路的基础。
半导体器件和电阻、电容、电感等器件连接起来，可以组成各种电子电路。
顾名思义，半导体器件都是由半导体材料制成的，就必须对半导体材料的特点有一定的了解。
1.1.1半导体的基本特性在自然界中存在着许多不同的物质，根据其导电性能的不同大体可分为导体、绝缘体和半导体三大类。
通常将很容易导电、电阻率小于10* Q ?cm的物质，称为导体，例如铜、铝、银等金属材料；将很难导电、电阻率大于1010Q?cm的物质，称为绝缘体，例如塑料、橡胶、陶瓷等材料；将导电能力介于导体和绝缘体之间、电阻率在10°Q?cm-1010Q?cm 范围内的物质，称为半导体。
常用的半导体材料是硅(Si)和锗(Ge)。
用半导体材料制作电子元器件，不是因为它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是由于其导电能力会随着温度的变化、光照或掺入杂质的多少发生显著的变化，这就是半导体不同于导体的特殊性质。
1热敏性所谓热敏性就是半导体的导电能力随着温度的升高而迅速增加。
半导体的电阻率对温度的变化十分敏感。
例如纯净的锗从20C升高到30C时，它的电阻率几乎减小为原来的1 /2。
而一般的金属导体的电阻率则变化较小，比如铜，当温度同样升高10C时，它的电阻率几乎不变。
2、光敏性半导体的导电能力随光照的变化有显著改变的特性叫做光敏性。
一种硫化铜薄膜在暗处其电阻为几十兆欧姆，受光照后，电阻可以下降到几十千欧姆，只有原来的1%自动控制中用的光电二极管和光敏电阻，就是利用光敏特性制成的。
而金属导体在阳光下或在暗处其电阻率一般没有什么变化。
3、杂敏性所谓杂敏性就是半导体的导电能力因掺入适量杂质而发生很大的变化。
在半导体硅中，只要掺入亿分之一的硼，电阻率就会下降到原来的几万分之一。
半导体基本知识及PN结的形成过程
秦皇岛职业技术学校教案纸(正页)为什么会出现这种现象呢？我们都知道内因决定外因，内部结构决定外部特性，之所以会有这种特性，就是由二极管内部结构决定的。
半导体物理基础知识物质根据其导电性能分为导体：导电能力良好的物质。
绝缘体：导电能力很差的物质。
半导体：是一种导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，如硅、锗、硒、砷化镓及一些硫化物和氧化物。
我们常说的电子器件所用的半导体材料是指硅、锗、砷化镓。
利用这些材料可以制造出各种用途的电子器件，如：三极管、二极管、稳压管等。
其中用硅和锗材料的杂质半导体最为常见。
下面就简单介绍一下半导体的基本知识。
1.1 本征半导体硅和锗都是晶体，且都是四价元素，它们的原子是有规则地排列着，以硅为例，硅的每个原子均和相邻四个原子之间各拿出一个电子形成四个共价键。
共价键内的两个价电子称为束缚电子，它们受原子核引力的约束形成一种稳定的结构。
如果没有足够的外加能量,电子是不易摆脱共价键束缚的。
我们称这种纯净的、结构完整的晶体结构的半导体为本征半导体（又称纯净半导体）。
整块晶体内部晶格排列完全一致的晶体称为单晶，硅和锗的单晶称为本征半导体，它是制造半导体器件的基本材料。
物质的导电能力是与物质当中能够参与导电的载流子的数目有关,也就是与载流子浓度的大小有关。
在金属中只有一种载流子——自由电子，它是原子的外层电子。
因为金属的外层电子很容易摆脱原子核的约束，成为自由移动的电子，使金属导电有了可能。
本征半导体的导电能力很弱，因为它的外层电子形成了共价键，价电子不容易摆脱束缚，也就不会有很多自由电子存在。
载流子浓度小，自然导电能力差。
但在一定的温度下，还是有一些共价键中的电子吸收热能，获得足够的能量挣脱出来成为自由电子，同时在共价键中留下一个空位，叫空穴。
自由电子和空穴是成对出现的。
我们把这个过程叫本征激发。
同时还存在一个相反的过程，价电子成为自由电子后，由于热骚动，有可能自由电子又会和空穴相遇，释放出能量，使空穴和自由电子消失，我们把这个过程叫复合。
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半导体材料基础知识
半导体材料基础知识
newmaker
导电能力介于导体与尽缘体之间的
物质称为半导体。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件
和集成电的电子材料，其电导率在10（U-3）～10（U-9）欧姆/厘米范围内。
半导体材料的电学性质对光、热、电、磁等外界因素的变化十分敏感，在半导
体材料中掺进少量杂质可以控制这类材料的电导率。正是利用半导体材料的这
些性质，才制造出功能多样的半导体器件。半导体材料是半导体产业的基础，
它的发展对半导体技术的发展有极大的影响。
半导体材料按化学成分和内部结构，大致可分为以下几类。1.元素半导体有
锗、硅、硒、硼、碲、锑等。50年代，锗在半导体中占主导地位，但锗半导
体器件的耐高温顺抗辐射性能较差，到60年代后期逐渐被硅材料取代。用硅
制造的半导体器件，耐高温顺抗辐射性能较好，特别适宜制作大功率器件。因
此，硅已成为应用最多的一种增导体材料，目前的集成电路大多数是用硅材料
制造的。2.化合物半导体由两种或两种以上的元素化合而成的半导体材料。它
的种类很多，重要的有砷化镓、磷化锢、锑化锢、碳化硅、硫化镉及镓砷硅
等。其中砷化镓是制造微波器件和集成电的重要材料。碳化硅由于其抗辐射能
力强、耐高温顺化学稳定性好，在航天技术领域有着广泛的应用。3.无定形半
导体材料用作半导体的玻璃是一种非晶体无定形半导体材料，分为氧化物玻璃
和非氧化物玻璃两种。这类材料具有良好的开关和记忆特性和很强的抗辐射能
力，主要用来制造阈值开关、记忆开关和固体显示器件。4.有机增导体材料已
知的有机半导体材料有几十种，包括萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化
合物等，目前尚未得到应用。
以非晶态半导体材料为主体制成的固态电子器件。非晶态半导体固然在整体上
分子排列无序，但是仍具有单晶体的微观结构，因此具有很多特殊的性质。
1975年，英国W.G.斯皮尔在辉光放电分解硅烷法制备的非晶硅薄膜中掺杂成
功，使非晶硅薄膜的电阻率变化10个数目级，促进非晶态半导体器件的开发
和应用。同单晶材料相比，非晶态半导体材料制备工艺简单，对衬底结构无特
殊要求，易于大面积生长，掺杂后电阻率变化大，可以制成多种器件。非晶硅
太阳能电池吸收系数大，转换效率高，面积大，已应用到计算器、电子表等商
品中。非晶硅薄膜场效应管阵列可用作大面积液晶平面显示屏的寻址开关。利
用某些硫系非晶态半导体材料的结构转变来记录和存储光电信息的器件已应用
于计算机或控制系统中。利用非晶态薄膜的电荷存储和光电导特性可制成用于
静态图像光电转换的静电复印机感光体和用于动态图像光电转换的电视摄像管
的靶面。
具有半导体性质的非晶态材料。非晶态半导体是半导体的一个重要部分。50
年代B.T.科洛米耶茨等人开始了对硫系玻璃的研究，当时很少有人留意，直到
1968年S.R.奥弗申斯基关於用硫系薄膜制作开关器件的专利发表以后，才引
起人们对非晶态半导体的爱好。1975年W.E.斯皮尔等人在硅烷辉光放电分解
制备的非晶硅中实现了掺杂效应，使控制电导和制造PN结成为可能，从而为
非晶硅材料的应用开辟了广阔的远景。在理论方面，P.W.安德森和莫脱，N.F.
建立了非晶态半导体的电子理论，并因而荣获1977年的诺贝尔物理学奖。目
前无论在理论方面，还是在应用方面，非晶态半导体的研究正在很快地发展
著。(end)