半导体基础理论.ppt

《半导体基础理论.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、半导体基础理论1目录固体能带理论半导体材料硅的晶体结构半导体特性载流子的复合与寿命载流子的传输P-N结二极管性质硅材料的物理化学特性2固体的能带理论——能带的形成晶体中，各个原子互相靠的很近，不同原子的内、外壳层都有一定的重叠，电子不在局限在某一个原子中，可以由一个原子转移到相邻的原子上，导致电子共有化运动，结果使孤立原子的单一能级分裂成能带。根据电子先填充低能级的原理，下面的能带先填满电子，这个带被称为价带或满带，上面的未被电子填满的能带或空能带称为导带，中间以禁带相隔。3固体的能带理论——能带的形成电子在原子之间的转移不是任意的，电子只能在能量相同的

2、轨道之间发生转移.当电子获得足够能量的时候将越过禁带发生跃迁。能带禁带能带禁带能带4固体的能带理论——导体、绝缘体、半导体绝缘体半导体导体EcEvEgEg导带禁带价带5固体的能带理论——导体、绝缘体、半导体导体：能带交叠，即使极小的外加能量就会引起导电。绝缘体：能带间距很大，不可能导电。半导体：禁带比绝缘体窄很多，部分电子因热运动从价带跳到导带，使导带中有少量电子，价带中有少量空穴，从而有一定的导电能力。6固体的能带理论——导体、绝缘体、半导体物体的导电能力，一般用材料电阻率的大小来衡量。电阻率越大，说明这种材料的导电能力越弱。物体电阻率导体半导体绝缘

3、体Ω·CM<10e-410e-3~10e9>10e97半导体材料硅的晶体结构硅太阳电池生产中常用的硅（Si），磷（P），硼（B）元素的原子结构模型如下：第三层4个电子第二层8个电子第一层2个电子Si+14P+15B最外层5个电子最外层3个电子siPB8半导体材料硅的晶体结构原子最外层的电子称为价电子，有几个价电子就称它为几族元素。若原子失去一个电子，称这个原子为正离子，若原子得到一个电子，则成为一个带负电的负离子。原子变成离子的过程称为电离。9半导体材料硅的晶体结构晶体结构固体可分为晶体和非晶体两大类。原子无规则排列所组成的物质为非晶体。而晶体则是由原子规则

4、排列所组成的物质。晶体有确定的熔点，而非晶体没有确定熔点，加热时在某一温度范围内逐渐软化，如玻璃。10半导体材料硅的晶体结构单晶和多晶的区别在整个晶体内，原子都是周期性的规则排列，称之为单晶。由许多取向不同的单晶颗粒杂乱地排列在一起的固体称为多晶。11半导体材料硅的晶体结构硅晶体内的共价键硅晶体的特点是原子之间靠共有电子对连接在一起。硅原子的4个价电子和它相邻的4个原子组成4对共有电子对。这种共有电子对就称为“共价键”。12半导体材料硅的晶体结构硅晶体的金刚石结构晶体对称的，有规则的排列叫做晶体格子，简称晶格，最小的晶格叫晶胞。以下是较重要的几个晶胞：(a)

5、简单立方（Po）(b)体心立方（Na、W）(c)面心立方（Al、Au）13半导体材料硅的晶体结构金刚石结构是一种复式格子，它是两个面心立方晶格沿对角线方向上移1/4互相套构而成。正四面实体结构金钢石结构14半导体材料硅的晶体结构晶面和晶向晶体中的原子可以看成是分布在一系列平行而等距的平面上，这些平面就称为晶面。每个晶面的垂直方向称为晶向。(100晶面)(110晶面)(111晶面)15半导体的特性——纯度半导体特性，是建立在半导体材料的纯度很高的基础上的。半导体的纯度常用几个“9”来表示。比如硅材料的纯度达到6个“9”，就是说硅的纯度达到99.9999%，其

6、余0.0001%（即10-6）为杂质总含量。半导体材料中的杂质含量，通常还以“PPb”与“PPm”来表示。一个PPb就是十亿分之一（10-9），一个“PPm”就是百万分之一（10-6）16半导体的特性——导电特性导电能力随温度灵敏变化导体，绝缘体的电阻率随温度变化很小，导体温度每升高1度，电阻率大约升高0.4%。而半导体则不一样，温度每升高或降低1度，其电阻就变化百分之几，甚至几十，当温度变化几十度时，电阻变化几十，几万倍，而温度为绝对零度（-273℃）时，则成为绝缘体。17半导体的特性——导电特性导电能力随光照显著改变当光线照射到某些半导体上时，它们的

7、导电能力就会变得很强，没有光线时，它的导电能力又会变得很弱。杂质的显著影响在纯净的半导体材料中，适当掺入微量杂质，导电能力会有上百万倍的增加。这是最特殊的性能。其他特性温差电效应，霍尔效应，发光效应，光伏效应，激光性能等。18半导体的特性——导电过程描述纯净的半导体，在不受外界作用时，导电能力很差。而在一定的温度或光照等作用下，晶体中的价电子有一部分可能会冲破共价键的束缚而成为一个自由电子。同时形成一个电子空位，称之为“空穴”。从能带图上看，就是电子离开了价带跃迁到导带，从而在价带中留下了空穴，产生了一对电子和空穴。如图，通常将这种只含有“电子空穴对”的半

8、导体称为本征半导体。“本征”指只涉及半导体本身的特性