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微电子概论基础知识概览 半导体 半导体的主要特点 □在纯净的半导体材料中，电导率随温度的上升而指数增加 □半导体中杂质的种类和数量决定着半导体的电导率，而且在参杂情况下，温度对电导率的影响较弱 □在半导体中可以实现非均匀掺杂 □光的辐射、高能电子等的注入可以影响半导体的电导率 （2）半导体的掺杂 □电子和空穴：可以自由移动的缺位成为空穴，在半导体中电子和空穴统称为载流子 半导体名称 掺杂方式 掺杂元素 导电机制 原理 N型半导体 施主掺杂 V族（P、As） 自由电子 V族杂质原子可以向半导体硅提供一个自由电子，而本身成为带正电的离子 P型半导体 受助掺杂 Ⅲ族元素（B、Al） 空穴 在与周围硅原子形成共价键时，产生一个空穴，这样杂质原子可以向半导体硅提供一个空穴，而本身接受一个电子成为带负电的粒子 实际上，半导体中通常同时含有施主和受主杂质，当施主数量大于受主数量时，半导体是N型的；反之，半导体是P型的。 （3）半导体的电导率和电阻率 □平局漂移速率：v= uE (u—迁移率) 则用迁移率表示电导率为： N、P型： nqu； □电导率一方面取决于杂质浓度，另一方面取决于迁移率。 □迁移率：反映半导体中载流子导电能力的重要参数。迁移率越大，半导体的电导率越高。通常电子迁移率要高于空穴迁移率。 □影响迁移率的因素：（1）掺杂浓度：在低掺杂浓度的范围内，电子和空穴的迁移率基本与掺杂浓度无关，保持比较确定的迁移率数值。在高掺杂浓度后，迁移率随掺杂浓度的增高而显著下降。（2）温度：掺杂浓度较低时，迁移率随温度的升高大幅下降。当掺杂浓度较高时，迁移率随温度的变化较平缓。当掺杂浓度很高时，迁移率在较低的温度下随温度的上升而缓慢增高，而在较高的温度下迁移率随温浓度的上升而缓慢下降。（高斜率下斜：大幅度下降、平：变化较平缓、抛物：先升高再下降缓慢ing） 散射：载流子在其热运动的过程中，不断地与晶格、杂质、缺陷等发生碰撞，无规则的改变其运动方向，这种碰撞现象通常称为散射。 （4）半导体中的载流子 □价带：能量最高的价电子所填充的带 □导带：最低的没有被电子填充的能带 □载流子的运动形式： ●漂移：由电场作用而产生的沿电场方向的运动称为漂移运动。 ●扩散： ●产生：电子从价带跃迁到导带 ●复合：倒带中的电子和价带中的空穴相遇，电子可以从导带落入价带的这个空能级，称为复合 □空穴和电子导电形成的实质：电子摆脱共价键而形成电子和空穴的过程，就是一个电子从价带到导带的量子跃迁过程。其结果是，导带中增加了一个电子而价带中出现了一个空能级，半导体中导电的电子就是处于导带的电子，而原来填满的价带中出现的空能级则代表到点的空穴。从实质上讲空穴的导电性反应的仍是价带中电子的导电性。 □杂质能级：如果能级在有电子占据时是电中性，失去电子后成为正点中心的杂志能级，称为施主能级；受主能级正好相反，在有电子占据时 是负电中心，而没有电子占据是电中性的。（此处的能级是杂质自己的能级） （5）多子和少子的热平衡 □多子少子相对性：N型中，电子为多子，空穴为少子；P型中，空穴为多子，电子为少子。 □形成热平衡的原因：电子从价带到导带跃迁形成一对电子和空穴，随着电子和空穴对的产生，电子-空穴的复合也同时无休止的进行。所以半导体中电子和空穴的数目不会越来越多。半导体中将在产生和复合的基础上产生热平衡。 □本征半导体的热平衡： ●本征半导体是指半导体中没有杂质而完全靠半导体本身提供载流子的理想情况。 ●电子和空穴的浓度相等，这个共同的浓度称为本征载流子浓度 ●本征载流子浓度与禁带宽度、温度有关，与掺杂类型、浓度无关。 ●两者乘积为定值 np = ni2 ●浓度与温度的关系：在室温中本征载流子浓度很低，但随着温度的升高，而迅速增加。本征载流子浓度是一个完全确定的温度函数。 □非本征半导体的热平衡： 仍然遵循 np = ni2 只不过这里N 要理解为总电子的浓度，也可以说就是掺杂施主杂质的浓度，P要理解为总空穴的浓度，也可以说是掺杂受主杂质的浓度。 PN结 基本概念： 定义：在一块半导体材料中，如果一部分是N区，一部分是P区，在N区和P区的交界面形成了PN结。 突变结：在交界面处，若杂质分布有一个突变 扩散结：杂志浓度逐渐变化 性质：单向导电性。P + N- 通 P- N+断，且通时电流随电压增加很快 平衡PN结 定义：指没有外加偏压情况下的PN结。 自建场：电场方向n-p. PN 结的正向特性（扩散运动为主） 外加电压与自建电场方向相反，打破了扩散漂移的相对平衡，载流子的扩散运动超过漂移运动，这是将有源源不断的电子从N区到P区，成为非平衡载流子，称为注入效应。 电子电流和空穴电流相互转换，在各个区域不同，但是通过每个面的电流之和相同，所以PN结内部电流是连