模电课件清华大学华成英1半导体基础知识.pptx

模电课件清华大学华成英1半导体基础知识半导体简介半导体材料半导体能带理论半导体中的载流子半导体中的杂质与缺陷半导体的导电性contents目录01半导体简介0102半导体的定义半导体的导电性能可以通过掺入杂质或施加外部电压等方式进行调控，从而实现电子和空穴的移动，进而实现电流的传导。半导体是指导电性能介于导体和绝缘体之间的材料。它们在电子设备和器件中发挥着至关重要的作用。半导体的分类根据导电性能的不同，半导体可以分为n型半导体和p型半导体两类。n型半导体是指电子为多数载流子的半导体，而p型半导体则是空穴为多数载流子的半导体。123半导体的电阻率较高，一般在105108cm之间。半导体的导电性能可以通过掺杂、施加外部电压等方式进行调控，从而实现电子和空穴的移动，进而实现电流的传导。半导体的光电性能也很重要，例如硅、锗等元素可用于制造太阳能电池和光电探测器等器件。半导体的特性半导体在电子、通信、能源、医疗等领域中有着广泛的应用。例如，硅是制造集成电路、太阳能电池、晶体管等器件的重要材料；锗则被用于制造红外探测器、晶体管等器件。半导体的应用02半导体材料半导体材料的分类由单一元素构成的半导体，如硅、锗等。由两种或多种元素构成的半导体，如砷化镓、磷化铟等。由两种或多种元素以一定的比例混合构成的半导体，如硅锗合金等。由非晶态物质构成的半导体，如非晶硅等。元素半导体化合物半导体固溶体半导体玻璃半导体热敏性半导体材料的电阻率随温度变化而变化，具有热敏性。光敏性半导体材料在光照下电阻率发生变化，具有光敏性。掺杂性通过掺入其他元素改变半导体材料的导电性能，实现对其导电类型的控制。压阻性半导体材料在受到压力作用时电阻率发生变化，具有压阻性。半导体材料的性质用于制造晶体管、集成电路、电子元件等。电子器件用于制造太阳能电池、激光器、光电探测器等。光电器件用于制造温度传感器、压力传感器、光传感器等。传感器在医学、能源、环境等领域也有广泛应用。其他领域半导体材料的应用提高半导体材料的性能指标，以满足不断发展的电子信息技术需求。高性能化低成本化环保化降低半导体材料的制造成本，提高生产效率，推动半导体产业的可持续发展。发展环保型的半导体材料，减少对环境的污染和资源消耗，实现绿色制造。030201半导体材料的发展趋势03半导体能带理论电子填满的能带，不易导电。满带空带导带价带没有电子的能带，不易导电。部分被电子占据的能带，可以导电。未被电子占据的能带，决定半导体的化学性质。半导体能带半导体导电机制本征半导体完全纯净的半导体，导电能力很差。非本征半导体掺入杂质半导体的，导电能力增强。自由电子在导带中的电子。空穴在价带中的空位。载流子价带顶部部分被电子占据，能带向下弯曲。N型半导体价带底部部分被空穴占据，能带向上弯曲。P型半导体能带弯曲04半导体中的载流子在半导体中，载流子是指能够导电的粒子，通常包括电子和空穴。载流子带负电的粒子，在半导体中通常是由价电子跃迁形成的。电子带正电的粒子，在半导体中是由于电子缺失形成的。空穴载流子的概念束缚电子束缚电子是指被原子或分子束缚的电子，通常存在于价带中。自由电子在半导体中，自由电子是指在晶格结构中自由移动的电子，通常存在于导带中。空穴空穴是指由于电子缺失形成的正电中心，通常存在于价带中。载流子的类型自由电子的浓度是指单位体积内自由电子的数量。自由电子浓度束缚电子的浓度是指单位体积内被原子或分子束缚的电子数量。束缚电子浓度空穴的浓度是指单位体积内空穴的数量。空穴浓度载流子的浓度在电场的作用下，载流子会沿着电场方向发生定向移动，称为漂移运动。由于浓度梯度的存在，载流子会从高浓度区域向低浓度区域发生定向移动，称为扩散运动。载流子的运动行为扩散运动漂移运动05半导体中的杂质与缺陷在半导体中引入正电荷，如五价元素。施主杂质在半导体中引入负电荷，如三价元素。受主杂质同时具有施主和受主特性的杂质，如四价元素。复合杂质在半导体材料制备过程中，由于原材料不纯或工艺条件波动而引入的杂质。非故意掺杂半导体中的杂质点缺陷沿晶格结构形成的一维缺陷，如位错。线缺陷面缺陷体缺陷01020403在整个晶体中存在的缺陷，如气泡或空洞。在晶格结构中占据一个位置，但与周围原子不匹配。在晶格结构中占据一定面积的缺陷，如晶界。半导体中的缺陷载流子浓度杂质和缺陷可以影响半导体的载流子浓度，从而改变其导电性能。迁移率杂质和缺陷可以影响载流子的迁移率，从而影响半导体的导电效率。击穿电压杂质和缺陷可能降低半导体的击穿电压，影响其耐压性能。热稳定性杂质和缺陷可能影响半导体的热稳定性，使其在高温下性能不稳定。杂质与缺陷对半导体性能的影响06半导体的导电性半导体是指介于导体和绝缘体之间的材料，具有导电能力，但导电性能不及导体。常见的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、硒（Se）等。半导体的定义半导体导电主要依靠自由电子和空穴两种载流子。在一定温度下，半导体材料内部的原子或分子的运动速度不同，导致电子吸收能量从原子中逸出，形成自由电子和空穴。当外部施加电压时，自由电子和空穴会向相反方向运动，形成电流。半导体的导电机理半导体的导电能力受温度、光照、杂质等因素影响。光照条件下，光子能量可使电子从束缚状态跃迁至自由状态，增加自由电子和空穴数量，提高导电能力。随着温度升高，半导体内部的原子或分子运动速度加快，导致自由电子和空穴数量增多，导电能力增强。掺入杂质后，杂质原子提供额外的电子或空穴，改变半导体的导电性能。半导体的导电特性半导体的应用半导体在电子、通信、能源等领域有广泛应用。晶体管、集成电路、太阳能电池等器件均基于半导体的导电性能实现其功能。THANKS感谢观看