半导体基础知识和半导体器件工艺（十六）.docVIP

半导体基础知识和半导体器件工艺 第一章 半導體基礎知識??　通常物質根據其導電性能不同可分成三類。第一類爲導體，它可以很好的傳導電流，如：金屬類，銅、銀、鋁、金等；電解液類：NaCl水溶液，血液，普通水等以及其他一些物體。第二類爲絕緣體，電流不能通過，如橡膠、玻璃、陶瓷、木板等。第三類爲半導體，其導電能力介於導體和絕緣體之間，如四族元素Ge鍺、Si矽等，三、五族元素的化合物GaAs砷化鎵等，二、六族元素的化合物氧化物、硫化物等。? ? 物體的導電能力可以用電阻率來表示。電阻率定義爲長1釐米、截面積爲1平方釐米的物質的電阻值，單位爲歐姆*釐米。電阻率越小說明該物質的導電性能越好。通常導體的電阻率在10-4歐姆*釐米以下，絕緣體的電阻率在109歐姆*釐米以上。? ? 半導體的性質既不象一般的導體，也不同于普通的絕緣體，同時也不僅僅由於它的導電能力介於導體和絕緣體之間，而是由於半導體具有以下的特殊性質：(1) 溫度的變化能顯著的改變半導體的導電能力。當溫度升高時，電阻率會降低。比如Si在200時電阻率比室溫時的電阻率低幾千倍。可以利用半導體的這個特性製成自動控制用的熱敏元件（如熱敏電阻等），但是由於半導體的這一特性，容易引起熱不穩定性，在製作半導體器件時需要考慮器件自身産生的熱量，需要考慮器件使用環境的溫度等，考慮如何散熱，否則將導致器件失效、報廢。(2) 半導體在受到外界光照的作用是導電能力大大提高。如硫化鎘受到光照後導電能力可提高幾十到幾百倍，利用這一特點，可製成光敏三極管、光敏電阻等。(3) 在純淨的半導體中加入微量（千萬分之一）的其他元素（這個過程我們稱爲摻雜），可使他的導電能力提高百萬倍。這是半導體的最初的特徵。例如在原子密度爲5*1022/cm3的矽中摻進大約5X1015/cm3磷原子，比例爲10-7（即千萬分之一），矽的導電能力提高了幾十萬倍。??物質是由原子構成的，而原子是由原子核和圍繞它運動的電子組成的。電子很輕、很小，帶負電，在一定的軌道上運轉；原子核帶正電，電荷量與電子的總電荷量相同，兩者相互吸引。當原子的外層電子缺少後，整個原子呈現正電，缺少電子的地方産生一個空位，帶正電，成爲電洞。物體導電通常是由電子和電洞導電。??前面提到摻雜其他元素能改變半導體的導電能力，而參與導電的又分爲電子和電洞，這樣摻雜的元素（即雜質）可分爲兩種：施主雜質與受主雜質。??將施主雜質加到矽半導體中後，他與鄰近的4個矽原子作用，産生許多自由電子參與導電，而雜質本身失去電子形成正離子，但不是電洞，不能接受電子。這時的半導體叫N型半導體。施主雜質主要爲五族元素：銻、磷、砷等。將施主雜質加到半導體中後，他與鄰近的4個矽原子作用，産生許多電洞參與導電，這時的半導體叫p型半導體。受主雜質主要爲三族元素：鋁、鎵、銦、硼等。電洞和電子都是載子，在相同大小的電場作用下，電子導電的速度比電洞快。電洞和電子運動速度的大小用遷移率來表示，遷移率愈大，截流子運動速度愈快。\假如把一些電洞注入到一塊N型半導體中，N型就多出一部分少數載子――電洞，但由於N型半導體中有大量的電子存在，當電洞和電子碰在一起時，會發生作用，正負電中和，這種現象稱爲複合。單個N型半導體或P型半導體是沒有什麽用途的。但使一塊完整的半導體的一部分是N型，另一部分爲P型，並在兩端加上電壓，我們會發現有很奇怪的現象。如果將P型半導體接電源的正極，N型半導體接電源的負極，然後緩慢地加電壓。當電壓很小時，一般小於0.7V時基本沒有電流流過，但大於0.7V以後，隨電壓的增加電流增加很快，當電壓增加到一定值後電流幾乎就不變化了。這樣的連接方法爲正向連接，所加的電壓稱爲正向電壓。將N型半導體接電源的正極，P型半導體接電源的負極，當電壓逐漸增大時，電流開始會有少量的增加，但達到一定值後電流就保持不變，並且電流值很小，這個電流叫反向飽和電流、反向漏電流。當電壓繼續加到一定程度時，電流會迅速增加，這時的電壓稱爲反向擊穿電壓。這是由於載子（電子和電洞）的擴散作用，在P型和N型半導體的交界面附近，由於電子和電洞的擴散形成了一個薄層（阻擋層），這個薄層稱作PN接面。在沒有外加電壓時，PN接面本身建立起一個電場，電場的方向是由N區指向P區，從而阻止了電子和電洞的繼續擴散。當外加正電壓時，削弱了原來存在於PN接面中的電場，在外加電場的作用下，N? ? ? ? 區的電子不斷地走向P區，P區的電洞不斷地走向N區，使電流流通。當外加反向電壓時，加強了電場阻止電子和電洞流通的作用，因此電流很難通過。這就是PN接面的單向導電性。半導體二極體是由一個PN接面組成，而三極管由兩個PN接面組成：射極接面和集極接面。這兩個接面把電晶體分成三個區域：發射區、基區和集電區。由於這三個區域的電類型不同，又可分爲P