半导体的基础知识笔记

课 程 教学题目 授课时间 电子电工 教 师 张 丽 娟 教学班级 半导体的基础知识 计划课时 30分钟 7月15日 教学方法 讲授法 知识目标：1、了解本征半导体 2、掌握杂质半导体 3、掌握PN结的形成及特性 教学目标 能力目标：培养学生的分析能力，为以后分析电路而做准备。 情感目标：培养学生参与、合作意识，激发学生学习兴趣和乐于探究的精神。 教学重点重点：杂质半导体、PN结的特性 与难点 难点：PN结的形成 教学活动流程 教学步骤 教学内容 教学 方法 复习提问师生共述 时间 5分钟 复习内容： 引入新课： 构成各种电子电路最基本的元件是半导体器件。 常用的半导体器件有二极管、三极管、场效应晶体管等。 电子器件中的半导体器件是用半导体材料制成的。 物质按其导电能力的强弱，可分为导体、绝缘体和半导体。 一、复习 1、导体：导电能力很强的物质，叫导体。如低价元素铜、铁、引入 铝等。 2、绝缘体：导电能力很弱，基本上不导电的物质,叫绝缘体.如高价惰性气体和橡胶、陶瓷、塑料等高分子材料等. 为什么物质的导电能力有如此大的差别呢？这与它们的原子结构有关，即与它们的原子最外层的电子受其原子核束缚力的强弱有关。 半

1半导体中的电子状态

1.2半导体中电子状态和能带 1.3半导体中电子的运动有效质量

1半导体中E与K的关系 2半导体中电子的平均速度 3半导体中电子的加速度 1.4半导体的导电机构空穴

1硅和锗的导带结构

对于硅，由公式讨论后可得：

I.磁感应沿【1 1 1】方向，当改变B（磁感应强度）时，只能观察到一个吸收峰

II.磁感应沿【1 1 0】方向，有两个吸收峰 III.磁感应沿【1 0 0】方向，有两个吸收峰 IV磁感应沿任意方向时，有三个吸收峰 2硅和锗的价带结构

重空穴比轻空穴有较强的各向异性。

2半导体中杂质和缺陷能级

缺陷分为点缺陷，线缺陷，面缺陷(层错等) 1.替位式杂质间隙式杂质 2.施主杂质：能级为E(D),被施主杂质束缚的电子的能量状态比导带底E(C)低ΔE(D),施主能级位于离导带底近的禁带中。

3.受主杂质：能级为E(A),被受主杂质束缚的电子的能量状态比价带E(V)高ΔE(A),受主能级位于离价带顶近的禁带中。 4.杂质的补偿作用 5.深能级杂质：

⑴非3，5族杂质在硅，锗的禁带中产生的施主能级距离导带底较远，离价带顶也较远，称为深能级。

⑵这些深能级杂质能产生多次电离。

6.点缺陷：弗仑克耳缺陷：间隙原子和空位成对

GAS

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系统基础知识 概述

HOOK-UP专业认知

一、 厂务系统HOOK UP定义

HOOK UP 乃是藉由连接以传输UTILITIES使机台达到预期的功能。HOOK UP是将厂务提供的 UTILITIES ( 如 水,电,气,化学品等),经由预留之UTILITIES连接点( PORT OR STICK),藉由管路及电缆线连接至机台及其附属设备( SUBUNITS)。

机台使用这些 UTILITIES,达成其所被付予的制程需求并将机台使用后,所产生之可回收水或废弃物( 如废水,废气等),经由管路连接至系统预留接点,再传送到厂务回收系统或废水废气处理系统。HOOK UP 项目主要包括∶CAD，MOVE IN ，CORE DRILL，SEISMIC ，VACUU，GAS，CHEMICAL，D.I ,PCW,CW,EXHAUST,ELECTRIC, DRAIN. 二、 GAS HOOK-UP专业知识的基本认识

在半导体厂，所谓气体管路的Hook-up（配管衔接）以Buck Gas（一般性气体如CDA、GN2、PN2、PO2、PHE、PAR、H2等）而言，自供气源之气体存贮槽出口点经主管线（Main Pip

9金属半导体与半导体异质结

一、肖特基势垒二极管

欧姆接触：通过金属-半导体的接触实现的连接。接触电阻很低。

金属与半导体接触时，在未接触时，半导体的费米能级高于金属的费米能级，接触后，半导体的电子流向金属，使得金属的费米能级上升。之间形成势垒为肖特基势垒。

在金属与半导体接触处，场强达到最大值，由于金属中场强为零，所以在金属——半导体结的金属区中存在表面负电荷。

影响肖特基势垒高度的非理想因素：肖特基效应的影响，即势垒的镜像力降低效应。金属中的电子镜像到半导体中的空穴使得半导体的费米能级程下降曲线。附图：

电流——电压关系：金属半导体结中的电流运输机制不同于pn结的少数载流子的扩散运动决定电流，而是取决于多数载流子通过热电子发射跃迁过内建电势差形成。附肖特基势垒二极管加反偏电压时的I-V曲线：反向电流随反偏电压增大而增大是由于势垒降低的影响。

肖特基势垒二极管与Pn结二极管的比较：1.反向饱和电流密度（同上），有效开启电压低于Pn结二极管的有效开启电压。2.开关特性肖特基二极管更好。应为肖特基二极管是一个多子导电器件，加正向偏压时不会产生扩散电容。从正偏到反偏时也不存在像Pn结器件的少数载流子存储效应。 二、金属-半导体的欧姆接触

第一章 半导体基础知识

〖本章主要内容〗

本章重点讲述半导体器件的结构原理、外特性、主要参数及其物理意义，工作状态或工作区的分析。

首先介绍构成PN结的半导体材料、PN结的形成及其特点。其后介绍二极管、稳压管的伏安特性、电路模型和主要参数以及应用举例。然后介绍两种三极管（BJT和FET）的结构原理、伏安特性、主要参数以及工作区的判断分析方法。 〖本章学时分配〗

本章分为4讲，每讲2学时。

第一讲 常用半导体器件

一、主要内容

1、半导体及其导电性能

根据物体的导电能力的不同，电工材料可分为三类：导体、半导体和绝缘体。半导体可以定义为导电性能介于导体和绝缘体之间的电工材料，半导体的电阻率为10-3～10-9 ??cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化；往纯净的半导体中掺入某些特定的杂质元素时，会使它的导电能力具有可控性；这些特殊的性质决定了半导体可以制成各种器件。 2、本征半导体的结构及其导电性能

本征半导体是纯净的、没有结构缺陷的半导体单晶。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”，它在物理结构上

半导体物理 一、什么是半导体 导体

绪 论

绝缘体

半导体

电导率ρ <10?3 10?3~109 ?109 ??cm 此外，半导体还有以下重要特性

1、 温度可以显著改变半导体导电能力

例如：纯硅（Si） 若温度从30?C变为20?C时，ρ增大一倍 2、 微量杂质含量可以显著改变半导体导电能力

例如：若有100万硅掺入1个杂质（P . Be）此时纯度99.9999% ，室温（27?C 300K）时，电阻率由214000Ω降至0.2Ω 3、 光照可以明显改变半导体的导电能力

例如：淀积在绝缘体基片上（衬底）上的硫化镉（CdS）薄膜，无光照时电阻（暗电阻）约为几十欧姆，光照时电阻约为几十千欧姆。

另外，磁场、电场等外界因素也可显著改变半导体的导电能力。

综上：

? 半导体是一类性质可受光、热、磁、电，微量杂质等作用而改变其性质的材料。 二、课程内容

本课程主要解决外界光、热、磁、电，微量杂质等因素如何影响半导体性质的微观机制。

预备知识——化学键的性质及其相应的具体结构 晶体：常用半导体材料Si Ge GaAs等都是晶体 固体

非晶体：非晶硅（太阳能电池主要材料）

晶体的基本性质：固定外形、固定熔点、更重

半导体物理简介

半导体物理简介

1. 半导体材料介绍

半导体的种类

半导体的键结与晶格结构

半导体中的导电载子---电子与电洞 产生与复合

带沟与半导体的光电特性 半导体的掺杂

2. 半导体之导电行为 移动电流与扩散电流 多出载子的传导行为

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半导体物理简介

本章是要简介以半导体为基础的近代电子学中的基本概念，包括半导体材 料、基本半导体组件，以及应用。这里仅提供简单且直觉的物理图像，严谨的探 讨与推导公式不在描述的范围内。

电子技术的进步造就了我们目前信息计算机产业的发展，更改变了我们日常生 活形态，甚至人类的思考模式、文化活动以及国家间之政治与军事的互动。电子 技术中的主角就是半导体。因此，我们将由半导体材料的种类及特性开始介绍， 并就他的重要导电行为加以讨论，再来介绍最基本的半导体组件---二极管。对于 二极管有了初步了解后，三极体（或称为双极晶体管 BJT）的特性就很容易能够 掌握。场效晶体管（FET）的操作原理和三极体完全不相同，这里会特别介绍在 近代计算机中用得最多的金氧半场效晶体管（MOSFET）。除了基本组件的原理描 述外，对于一些特殊功能的组件，例如发光二极管、二极管雷射、高频晶体管等， 均将略加介绍。最后我们将就集成电

二、本征半导体和杂质半导体

1、什么是半导体？在上一节中，我们从电子填充能带的情况说明 了什么是半导体。 半导体是一种具有特殊导电性能的功能材料， 其电阻率介于10-4到1010欧姆 厘米之间，介于金属导 体和绝缘体之间。半导体的导电性质可以随着材料的 纯度、温度及其它外界条件(如光照)的不同而变化。

2、本征半导体所谓本征半导体就是一块没有杂质和缺陷的半导体。在绝对零度时，价带中所有量子态都被电子占 据，而导带中所有量子态都是空的。当温度大于零度 时，就会有电子从价带由于本征激发跃迁至导带，同 时在价带中产生空穴。由于电子和空穴是成对产生的， 导带中电子的浓度no应等于价带中空穴的浓度po,即 有：no=po.

n0=p0=(NcNv)1/2 exp(-Eg/2kT) = nini称为本征载流子浓度 Nc 、Nv 是导带底和价带 顶的有效状态密度； Ec Eg k是波耳兹曼常数； 本征激发 T为温度； Eg是禁带宽度； Ev

n0

p0

(详细推导请参阅刘恩科 等所编的“半导体物理

学”)

3、杂质半导体在实际应用的半导体材料晶格中，总是存在着 偏离理想情况的各种复杂现象。包括存在各种杂质和 缺陷。实践表明：半导体的导电性可以通过掺入适量 的杂质来控制，这

电子技术

电子技术Electronic Technology 教材： 《电子技术》

授课方法： 讲授、讨论和练习相结合 任课教师： 郝振洋

E-mail: zhenyang_hao@

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0506301 —304班学生成绩统计 电子技术

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0506305 、0706101、301、302班学生成绩统计 电子技术

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电子技术

电路定律、分析方法

电工

电子技术

交流电路分析

技术

电磁学

三相电动机 4上页 下页 返回

电子技术

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电子技术

电子技术的内容简介模拟电路 处理时域中连续信号的电路

电子技术数字电路 处理时域中不连续信号的电路

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电子技术模拟电路

数字电路

应用电路 运算放大器 基本放大电路

电 子 元

器

件

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电子技术

绪 论电子技术的发展概况 电子技术的内容简介 学习电子技术的目的 学习电子技术的方法

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电子技术

电子技术的发展概况

电子 技术

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电子技术

电子技术的发展概况电子技术的定义： 电子技术是根据电子学的原理，运用电子器件设计 和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的科学。 伴随着电子技术的发展而飞速发展起来的电子计 算机所经历的四个阶段充分说明了电子技术发展 的四个

半导体器件基础总复习

双极型晶体管部分

晶体管由两个 pn 结： 发射结和集电结将晶体管划分为三个区： 发射区、基区及集电区。 相应的三个电极称为发射极、基极和集电极，并用 E，B 和 C ( 或 e，b 和 c ) 表示。 晶体管有两种基本结构： pnp 管和 npn 管。

双极型 NPN 晶体管制造过程： 1、在 N 型衬底中扩散 P 型杂质；

2、在 P 型扩散区中再扩散 N型杂质； 3、在磷氧化层上开出基区和发射区接触孔； 4、蒸发金属；

5、光刻金属，引出及区、发射区引线； 6、制备集电极电极 7、切片、封装

发射效率 ??

JnEJnE??JEJnE?JpE1?1JpE

??1?1JnEDpepneWbDnbn0pbLpe20

可见提高 Ne / Nb，降低 R□e / R□b可提高发射效率，使γ 接近于 1。

1?Wb?JJ**?基区输运系数 ??nC?1?rB ??1??? 2?LJnEJnE?nb?1

半导体器件基础总复习

集电区倍增因子?*?1?1222qni?nC?pC?C 22两种类型晶体管均可适用

?WWnpn 晶体管共基电流放大系数 ??1?eb?b2

?bLpe2Lpe