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请详细介绍一下半导体缺陷理论

myboron 发布于 1年前 (2022-10-22) 分类: 193

请详细介绍一下半导体缺陷理论

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  • test237054461年前 (2022-10-23)

    半导体 能带 p型半导体 n型 半导体 晶体二极管、三极管
    【半导体】 导电性能介于导体绝缘体间非离性导电物质室温其电阻率约10-3~l09欧姆·厘米般固体例锗(Ge)、硅(Si)及些化合物半导体碲化铅(PbTe)、砷化铟(InAs)、硫化铅(PbS)、碳化硅(SiC)等与金属材料同半导体杂质含量外界条件改变(温度变化、受光照射等)都使半导体导电性能发显著变化纯度高内部结构完整半导体极低温度几乎导电接近绝缘体随着温度升高半导体电阻迅速减含少量杂质内部结构完整半导体通n型p型两类半导体p-n结及半导体同某些金属相接触边界层都具单向导电或光照产电势差特性利用些特性制各种器件半导体二极管、三极管集电路等半导体所具介于导体绝缘体间导电性原结构比较特殊即其外层电既象导体容易挣脱其原核束缚象绝缘体电原核紧紧束缚着决定导电性介于两者间
    【能带】 研究固体物理种理论虽所固体都包含量电具电导电性能则基本观察任何电导电性基本事实曾期解释能带理论基础首导体、绝缘体半导体区提理论说明能带论发展初期重物理往往形象化用水平横线表示电能量值能量越线位置越高定能量范围内许能级(彼相隔近)形条带称能带各种晶体能带数目及其宽度等均相同相邻两能带间能量范围称能隙或禁带晶体电能具种能量完全电占据能带称满带满带电导电;没电占据带称空带;部占据称导带导带电才能导电价电所占据能带称价带能量比价带低各能带般都满带价带满带导带;金属导带所金属能导电绝缘体半导体满带所能导电半导体容易其杂质或受外界影响(光照、加热等)使价带电数减少或使空带现些电导带能导电
    【本征半导体】 含杂质且结构非完整半导体单晶其参与导电电空穴数目相等温度极低其电阻率极难导电;随着温度升高电阻率急剧减硅、锗等半导体材料制单晶体其原排列由杂乱章状态变非整齐状态其原间距离都相等约2.35×10-4微米每原外层4电仅受自身原核束缚且与周围相邻4原发联系每两相邻原间都共电电任何电面围绕自身原核运另面现相邻原所属轨道组合叫做共价键结构硅、锗共价键结构特点外层共电所受束缚力并象绝缘体紧定温度由于热运其少数电能挣脱束缚自由电形电载流共电挣脱束缚自由电同留空位空位附近共电容易进行填补形共电运种运论效现象都象带电荷空位移区别于自由电运种运叫做空穴运空位叫做空穴由见空穴种载流半导体处于外加电压作用通电流看作由自由电定向移所形电流另部带电空穴定向移所半导体仅电载流空穴载流半导体导电特点种纯单晶半导体虽种空穴载流载流总数离实际应用要求具良导电能力要求看相差远所种本征半导体实际用处
    【杂质半导体】纯单晶本征半导体掺杂些用杂质使其导电特性改善其导电性能取决于杂质类型含量半导体即称杂质半导体数半导体都种类型半导体材料提纯再用扩散或用离注入掺入适杂质制n型半导体或p型半导体利用同类型杂质半导体制整流器半导体二极管、半导体三极管集电路等重要部件由看杂质半导体才用
    【n型半导体】n表示负电意思类半导体参与导电主要带负电电些电自半导体施主杂质所谓施主杂质掺入杂质能够提供导电电改变半导体导电性能例半导体锗硅五价元素砷、锑、磷等原都施主杂质某半导体杂质总量施主杂质数量占数则种半导体n型半导体硅单晶掺入五价元素砷、磷则硅原砷、磷原组共价键磷外层五电四电组共价键电受原核束缚容易自由电所种半导体电载流数目主要靠电导电叫做电半导体简称n型半导体
    【p型半导体】p表示电意思种半导体参与导电主要带电空穴些空穴自于半导体受主杂质所谓受主杂质掺入杂质能够接受半导体价电产同数量空穴改变半导体导电性能例半导体锗硅三价元素硼、铟、镓等原都受主某半导体杂质总量受主杂质数量占数则半导体p型半导体单晶硅掺入三价硼原则硼原与硅原组共价键由于硼原数目比硅原要少整晶体结构基本变某些位置硅原硼原所代替硼三价元素外层三价电所与硅原组共价键自形空穴掺入硼杂质每原都能提供空穴使硅单晶空穴载流数目增加种半导体内几乎没自由电主要靠空穴导电所叫做空穴半导体简称p型半导体
    【p-n结】块半导体掺入施主杂质使其部n型半导体其余部掺入受主杂质p型半导体p型半导体n型半导体两区域共处体两区域间交界层p-n结p-n结薄结电空穴都少靠近n型边带电荷离靠近p型边带负电荷离p型区空穴浓度n型区电浓度所结合起交界便要发电空穴扩散运由于p区量移空穴n区几乎没空穴空穴要由p区向n区扩散同n区量自由电p区几乎没电所电要由n区向p区扩散随着扩散进行p区空穴减少现层带负电粒区;n区电减少现层带电粒区结p-n结边界附近形空间电荷区p型区边带负电荷离n型区边带电荷离结形强局部电场向由n区指向p区结加向电压(即p区加电源极n区加电源负极)电场减弱n区电p区空穴都容易通电流较;外加电压相反则电场增强原n区少数空穴p区少数电能够通电流p-n结具整流作用具p-n结半导体受光照其电空穴数目增结局部电场作用p区电移n区n区空穴移p区结两端电荷积累形电势差现象称p-n结光伏特效应由于些特性用p-n结制半导体二极管光电池等器件p-n结加反向电压(n区加电源极p区加电源负极)电压定范围内p-n结几乎通电流加p-n结反向电压越某数值发电流突增现象p-n结击穿p-n结击穿便失其单向导电性能结并定损坏反向电压降低性能恢复根据其内物理程p-n结击穿雪崩击穿隧道击穿两种由于p-n结具种特性面用制造半导体二极管使工作定电压范围内作整流器等;另面击穿并损坏用制造稳压管或关管等器件
    【晶体二极管】亦称半导体二极管种由半导体材料制具单向导电特性两极器件早期半导体二极管用金属丝尖端触半导体晶片制称点接触二极管通较高频率范围内作检波、混频器用目前数晶体二极管都面结型由半导体晶片形p-n结组或由金属同半导体接触组用于整流检波、混频、关稳压等除般用途二极管外些用于特殊用途利用特殊原理制二极管例:(1)肖特基二极管(称金属-半导体二极管):用某些金属半导体相接触交界面处便形势垒区(通称表面势垒或肖特基势垒)产整流检波作用种二极管起导电作用热运能量比较些载流所叫热载流二极管种二极管比p-n结二极管更高使用频率关速度噪声比较低工作电流较反向耐压较低目前主要用作微波检波器混频器已雷达接收机代替点接触二极管;(2)隧道二极管:种具负阻特性半导体二极管目前主要用掺杂浓度较高锗或砷化镓制其电流电压间变化关系与般半导体二极管同某极加电压通管电流先随电压增加快变电压达某值忽变定值急剧变;所加电压与前相反电流则随电压增加急剧变种变化关系能用量力隧道效应加说明故称隧道二极管具关、振荡、放等作用应用电计算机微波技术;(3)变容二极管;利用p-n结电容特性实现放、倍频、调谐等作用种二极管由于结电容随外加电压显著变化所称变容二极管制造变容二极管所用半导体材料主要用硅砷化镓作微波放优点具低噪声;(4)雪崩二极管:亦称碰撞雪崩渡越间二极管种外加电压作用产超高频振荡半导体二极管工作原理:利用p-n结雪崩击穿半导体注入载流些载流渡越晶片流向外电路由于渡越需要定间使电流相于电压现间延迟适控制渡越间电流电压关系现负阻效应能够产振荡雪崩二极管主要用微波领域作振荡源;(5)发光二极管:种外加向电压作用发光二极管发光原理:向电压作用p-n结注入非平衡载流些载流复合余能量转化光形式发射发光二极管经用作电设备指示灯、数码管等显示元件用于光通讯优点工作电压低耗电量体积、寿命制造发光二极管所用半导体材料主要磷砷化镓、碳化硅等

    【晶体三极管】 亦称半导体三极管或简称晶体管种具三电极能起放、振荡或关等作用半导体器件按工作原理同结型晶体管场效应晶体管结型晶体管半导体单晶制备两p-n结组p-n-p(或n-p-n)结构间n型(或p型)区叫基区边两区域别叫发射区集电区三部都电极与外电路联接别称发射极字母e表示、基极字母b表示集电极字母c表示电线路用符号代表p-n-p型n-p-n型晶体管图3-17所示晶体管用作放器发射极基极间输入电信号其电流控制集电极基极(或集电极发射极)间电流负载获放电信号同电管相比晶体管具体积、重量轻、耐震、寿命耗电优点受温度影响较目前用晶体管主要用锗或硅晶体制场效应晶体管利用输入电压电场作用控制输电流种半导体器件场效应晶体管结型场效应晶体管金属-氧化物-半导体场效应晶体管两类金属-氧化物-半导体场效应晶体管简称MOS晶体管结构图3-18所示其1栅极;2绝缘层;3沟道;4源;5漏制作程n型(或p型)晶片扩散两p型(或n型)区别称源漏面引源极(接电压端)漏极(接负端)源漏间沟道区面隔层氧化层(或其绝缘层)制作层金属电极称栅极场效应晶体管工作栅极电压变化引起沟道导电性能变化说栅极电压变化控制源漏间电流变化场效应晶体管特点输入阻抗高抗辐射能力强

    【集电路】 种微型电器件或部件采用定工艺电路所需要晶体管、电阻、电容电等制作块或几块晶片或陶瓷基片再用适进行互连封装管壳内具所需功能微型电路结构集电路已打破传统电路设计概念集电路晶体管、二极管、电阻、电容、电等各元件结构已组整体整电路体积缩且引线焊接点数目减少使电元件向着微型化低功耗高靠性面迈进步用集电路装配电设备其装配密度比用立式晶体管等元器件组装电设备提高几十倍百倍设备稳定工作间提高集电路电计算机、通讯设备、导弹、雷达、造卫星各种遥控、遥测设备占据非重要位根据制造工艺同目前集电路主要半导体集电路、薄膜集电路、厚膜集电路混合集电路等几类根据性能用途同数字集电路、线性集电路微波集电路等近集电路发展极迅速早期半导体集电路集度每晶片几十元件目前集度已高达每片包含几千甚至万元件习惯由百门电路或千晶体管集块晶片并互连具系统或系统功能电路称规模集电路
    【半导体集电路】 亦称固体电路或单块集电路块半导体单晶片(般硅片)用氧化、扩散或离注入光刻、蒸发等工艺做晶体管、二极管、电阻电容等元件并用某种隔离技术使电性能互相绝缘晶片表面用金属薄膜使关元件按需要互相连接封装管壳构完整电路半导体集电路制造比较简便本低廉、靠性高、体积比较目前集电路产应用种

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