半導(dǎo)體簡(jiǎn)介

半導(dǎo)體

　　P端接電源的正極，N端接電源的負(fù)極稱(chēng)之為PN結(jié)正偏。此時(shí)PN結(jié)如同一個(gè)開(kāi)關(guān)合上，呈現(xiàn)很小的電阻，稱(chēng)之為導(dǎo)通狀態(tài)。
　　P端接電源的負(fù)極，N端接電源的正極稱(chēng)之為PN結(jié)反偏，此時(shí)PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，如同開(kāi)關(guān)打開(kāi)。結(jié)電阻很大，當(dāng)反向電壓加大到一定程度，PN結(jié)會(huì)發(fā)生擊穿而損壞。　　伏安特性曲線：加在PN結(jié)兩端的電壓和流過(guò)二極管的電流之間的關(guān)系曲線稱(chēng)為伏安特性曲線。如圖所示：
　　正向特性：u>0的部分稱(chēng)為正向特性。
　　反向特性：u<0的部分稱(chēng)為反向特性。
　　反向擊穿：當(dāng)反向電壓超過(guò)一定數(shù)值U（BR）后，反向電流急劇增加，稱(chēng)之反向擊穿。
　　勢(shì)壘電容：耗盡層寬窄變化所等效的電容稱(chēng)為勢(shì)壘電容Cb。
　　變?nèi)荻O管：當(dāng)PN結(jié)加反向電壓時(shí)，Cb明顯隨u的變化而變化，而制成各種變?nèi)荻O管。如下圖所示。
　　平衡少子：PN結(jié)處于平衡狀態(tài)時(shí)的少子稱(chēng)為平衡少子。
　　非平衡少子：PN結(jié)處于正向偏置時(shí)，從P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴和從N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的自由電子均稱(chēng)為非平衡少子。
　　擴(kuò)散電容：擴(kuò)散區(qū)內(nèi)電荷的積累和釋放過(guò)程與電容器充、放電過(guò)程相同，這種電容效應(yīng)稱(chēng)為Cd。
　　結(jié)電容：勢(shì)壘電容與擴(kuò)散電容之和為PN結(jié)的結(jié)電容Cj。　　半導(dǎo)體中的雜質(zhì)對(duì)電阻率的影響非常大。半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)時(shí)，雜質(zhì)原子附近的周期勢(shì)場(chǎng)受到干擾并形成附加的束縛狀態(tài)，在禁帶中產(chǎn)加的雜質(zhì)能級(jí)。例如四價(jià)元素鍺或硅晶體中摻入五價(jià)元素磷、砷、銻等雜質(zhì)原子時(shí)，雜質(zhì)原子作為晶格的一分子，其五個(gè)價(jià)電子中有四個(gè)與周?chē)逆N（或硅）原子形成共價(jià)結(jié)合，多余的一個(gè)電子被束縛于雜質(zhì)原子附近，產(chǎn)生類(lèi)氫能級(jí)。雜質(zhì)能級(jí)位于禁帶上方靠近導(dǎo)帶底附近。雜質(zhì)能級(jí)上的電子很易激發(fā)到導(dǎo)帶成為電子載流子。這種能提供電子載流子的雜質(zhì)稱(chēng)為施主，相應(yīng)能級(jí)稱(chēng)為施主能級(jí)。施主能級(jí)上的電子躍遷到導(dǎo)帶所需能量比從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶所需能量小得多（圖2）。在鍺或硅晶體中摻入微量三價(jià)元素硼、鋁、鎵等雜質(zhì)原子時(shí)，雜質(zhì)原子與周?chē)膫€(gè)鍺（或硅）原子形成共價(jià)結(jié)合時(shí)尚缺少一個(gè)電子，因而存在一個(gè)空位，與此空位相應(yīng)的能量狀態(tài)就是雜質(zhì)能級(jí)，通常位于禁帶下方靠近價(jià)帶處。價(jià)帶中的電子很易激發(fā)到雜質(zhì)能級(jí)上填補(bǔ)這個(gè)空位，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。價(jià)帶中由于缺少一個(gè)電子而形成一個(gè)空穴載流子（圖3）。這種能提供空穴的雜質(zhì)稱(chēng)為受主雜質(zhì)。存在受主雜質(zhì)時(shí)，在價(jià)帶中形成一個(gè)空穴載流子所需能量比本征半導(dǎo)體情形要小得多。半導(dǎo)體摻雜后其電阻率大大下降。加熱或光照產(chǎn)生的熱激發(fā)或光激發(fā)都會(huì)使自由載流子數(shù)增加而導(dǎo)致電阻率減小，半導(dǎo)體熱敏電阻和光敏電阻就是根據(jù)此原理制成的。對(duì)摻入施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體，導(dǎo)電載流子主要是導(dǎo)帶中的電子，屬電子型導(dǎo)電，稱(chēng)N型半導(dǎo)體。摻入受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體屬空穴型導(dǎo)電，稱(chēng)P型半導(dǎo)體。半導(dǎo)體在任何溫度下都能產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，故N型半導(dǎo)體中可存在少量導(dǎo)電空穴，P型半導(dǎo)體中可存在少量導(dǎo)電電子，它們均稱(chēng)為少數(shù)載流子。在半導(dǎo)體器件的各種效應(yīng)中，少數(shù)載流子常扮演重要角色。
　　PN結(jié)
　　P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體相互接觸時(shí)，其交界區(qū)域稱(chēng)為PN結(jié)。P區(qū)中的自由空穴和N區(qū)中的自由電子要向?qū)Ψ絽^(qū)域擴(kuò)散，造成正負(fù)電荷在PN 結(jié)兩側(cè)的積累，形成電偶極層(圖4)。電偶極層中的電場(chǎng)方向正好阻止擴(kuò)散的進(jìn)行。當(dāng)由于載流子數(shù)密度不等引起的擴(kuò)散作用與電偶層中電場(chǎng)的作用達(dá)到平衡時(shí)，P區(qū)和N區(qū)之間形成一定的電勢(shì)差，稱(chēng)為接觸電勢(shì)差。由于P區(qū)中的空穴向N區(qū)擴(kuò)散后與N區(qū)中的電子復(fù)合，而N區(qū)中的電子向P區(qū)擴(kuò)散后與P區(qū)中的空穴復(fù)合，這使電偶極層中自由載流子數(shù)減少而形成高阻層，故電偶極層也叫阻擋層，阻擋層的電阻值往往是組成PN結(jié)的半導(dǎo)體的原有阻值的幾十倍乃至幾百倍。
　　PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，半?dǎo)體整流管就是利用PN結(jié)的這一特性制成的。PN結(jié)的另一重要性質(zhì)是受到光照后能產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，稱(chēng)光生伏打效應(yīng)，可利用來(lái)制造光電池。半導(dǎo)體三極管、可控硅、PN結(jié)光敏器件和發(fā)光二極管等半導(dǎo)體器件均利用了PN結(jié)的特性。　　半導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)實(shí)際上可以追溯到很久以前，
　　1833年，英國(guó)巴拉迪zui先發(fā)現(xiàn)硫化銀的電阻隨著溫度的變化情況不同于一般金屬，一般情況下，金屬的電阻隨溫度升高而增加，但巴拉迪發(fā)現(xiàn)硫化銀材料的電阻是隨著溫度的上升而降低。這是半導(dǎo)體現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。
　　不久，1839年法國(guó)的貝克萊爾發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體和電解質(zhì)接觸形成的結(jié)，在光照下會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓，這就是后來(lái)人們熟知的光生伏應(yīng)，這是被發(fā)現(xiàn)的半導(dǎo)體的第二個(gè)特征。
　　在1874年，德國(guó)的布勞恩觀察到某些硫化物的電導(dǎo)與所加電場(chǎng)的方向有關(guān)，即它的導(dǎo)電有方向性，在它兩端加一個(gè)正向電壓，它是導(dǎo)通的；如果把電壓極性反過(guò)來(lái)，它就不導(dǎo)電，這就是半導(dǎo)體的整流效應(yīng)，也是半導(dǎo)體所*的第三種特性。同年，舒斯特又發(fā)現(xiàn)了銅與氧化銅的整流效應(yīng)。
　　1873年，英國(guó)的史密斯發(fā)現(xiàn)硒晶體材料在光照下電導(dǎo)增加的光電導(dǎo)效應(yīng)，這是半導(dǎo)體又一個(gè)*的性質(zhì)。半導(dǎo)體的這四個(gè)效應(yīng)，(jianxia霍爾效應(yīng)的余績(jī)──四個(gè)伴生效應(yīng)的發(fā)現(xiàn))雖在1880年以前就先后被發(fā)現(xiàn)了，但半導(dǎo)體這個(gè)名詞大概到1911年才被考尼白格和維斯使用。而總結(jié)出半導(dǎo)體的這四個(gè)特性一直到1947年12月才由貝爾實(shí)驗(yàn)室完成。
　　很多人會(huì)疑問(wèn)，為什么半導(dǎo)體被認(rèn)可需要這么多年呢？主要原因是當(dāng)時(shí)的材料不純。沒(méi)有好的材料，很多與材料相關(guān)的問(wèn)題就難以說(shuō)清楚。
　　半導(dǎo)體于室溫時(shí)電導(dǎo)率約在10ˉ10～10000/Ω·cm之間，純凈的半導(dǎo)體溫度升高時(shí)電導(dǎo)率按指數(shù)上升。半導(dǎo)體材料有很多種，按化學(xué)成分可分為元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體兩大類(lèi)。。除上述晶態(tài)半導(dǎo)體外，還有非晶態(tài)的有機(jī)物半導(dǎo)體等和本征半導(dǎo)體。　　zui早的實(shí)用“半導(dǎo)體”是「電晶體（Transistor）/二極體（Diode）」。 一、在無(wú)電收音機(jī)（Radio）及 電視機(jī)（evision）中，作為“訊號(hào)放大器 /整流器”用。 二、近來(lái)發(fā)展「太陽(yáng)能（Solar Power）」，也用在「光電池（Solar Cell）」中。　　Semiconductor
　　A semiconductor is a materialwith an electrical conductivity that is intermediate between thatof an insulatora conductor. A semiconductor behaves as aninsulator at very low temperature,has an appreciableelectrical conductivity at room temperature although much lowerconductivity than a conductor. Commonly used semiconductingmaterials are silicon, germanium,gallium arsenide.