11 基础介绍 太阳电池材料跟生产基础.ppt

半导体生产与洁净度 微电子的发展史－集成电路的发展 1、1904年和1906年真空二极管和真空三极管的问 世； 2、1950年世界上第一个结型晶体管诞生； 3、1958年世界上第一块集成电路研制成功； 4、日本公司将集成电路从军事用途带入民用领域。 微电子的发展史－太阳能电池的发展 1951年在贝尔实验室诞生； 60年代用于航天领域，转换效率为10%； 70年代技术迅速发展，使用于民用领域；转换效率为20%； 90年代在规模生产，效率不断提高；销售量以每年25%的速度递增。 半导体基本知识 定义 导体： 能导电的物体；（如：银、铜、铝等） 绝缘体：不容易导电的物体；（如：橡皮、塑料、玻璃等） 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。（如：锗、硅、硒等） 半导体的特性 有两种载流子——电子和空穴。纯净的（不含杂质）的半导体（称本征半导体）中有一个电子就必然有一个空穴。即电子和空穴的数量相等。 半导体的导电性 与导体和绝缘体不同，半导体的导电性能受温度的影响很大。 当温度升级1℃时，它的电导率就要增加百分之几到百分之十几，这是由于半导体中的本征载流子随温度升高而增加的缘故。而导体和绝缘体的电导率随温度的变化却很小。 Ｎ型半导体 掺入杂质锑（或磷、砷之类）：新产生的电子数量远远超过原来未掺入杂质前的电子或空穴的数量。电子的数目以压倒多数超过空穴，导电作用主要由电子来决定，电子称为“多数载流子，空穴称“少数载流子”。 这种类型半导体叫电子型半导体，简称n型半导体。 Ｐ型半导体 掺入杂质铟（或铝、硼之类）：这块半导体中会产生许多新的电子和空穴。空穴的数目以压倒多数超过电子，导电作用主要由空穴来决定，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。 这种类型半导体叫空穴型半导体，简称p型半导体。 Ｎ型半导体的工作原理 n型半导体的多数载流子——电子在电场作用下向外加电压的“正端”移动，而少数载流子——空穴在电场作用下向外加电压的“负端”移动，在半导体内构成电流。电流方向与带负电的电子运动方向相反。 Ｐ型半导体的工作原理 p型半导体的多数载流子——空穴在电场作用下向外加电压的“负端”移动，而少数载流子——电子在电场作用下向外加电压的“正端”移动，在半导体内构成电流。电流方向与带正电的空穴运动方向相同。 二、P-N结的单向导电性 由于两边空穴和电子数量分布的不均匀： n型区域中邻近p型区域一边的薄层A中就有一部分电子扩散到p区。薄层A失去了一些电子，带正电。如图（a) p型区域中邻近n型区域一边的薄层b中就有一部分空穴扩散到n区。薄层B失去了一些空穴，带负电。如图（b） 由于空穴和电子的扩散，使薄层A带正电，而薄层B带负电，因此在薄层A、B间产生一个电场，如下图。这个电场的方向是由n区指向p区。这个电场会阻止电子继续往p区扩散也阻止空穴继续往n区扩散，但是刚开始电子和空穴的扩散占优势。 随着电子和空穴的不断扩散，n区和p区失去的电子和空穴越来越多，薄层A和B越来越厚，形成的电场的作用越来越强。最后，电场的作完全抵消了扩散，达到了动态平衡状态。 薄层A和薄层B称为“pn结”，又称“阻挡层”，厚度大约为10-4～10-5cm。 实验：在pn结两端接上电池，电池正极接p型半导体，负极接n型半导体，如图（a），电流表有读数。电池正极接n型半导体，负极接p型半导体，如图（b），电流表的读数接近零。 结论：pn结具有只让电流从一个方向通过的单向导通性。 分析之一外加正向电压 当pn结正向连接时，即p区接电池正极，n区接电池负极，这时外加电压在pn结中产生的电场方向是由p区指向n区的，恰好与pn结原来形成的电场方向相反。 分析之二－外加反向电压 当pn结反向连接时，即p区接电池负极，n区接电池正极，这时外加电压在pn结中产生的电场方向是由n区指向p区的，恰好与pn结原来形成的电场方向一致。 因此，pn结中原来的电场被削弱了，阻挡层厚度减少了。P区的空穴n区的电子在这个外加电场作用下不不断走向交界处。空穴由左方向流向右方和电子由右方流左方都相当于电流由左方流向右方。由于p区空穴很多，n区电子很多，这股电流很大，这就是正向连接时出现大电流的原因。外加正向电压越大，在pn结中外加电场的作用就越强，更进一步削弱原来pn结的电场，所以电流更要增加。 因此，pn结中原来的电场被加强了，阻挡层厚度增加了。n区中的多数载流子——电子和p区中的多数载流子——空穴很难能过pn结向对方移动，这就是反向连接时电流极小的原因。但是，这时p区中的少数载流子——电子和n区中的少数载流子——空穴在反向电场帮助向交界移动，电子由左方流向右方和空穴由右方流向左方形成反向电流，但由于少数载流子数量很少，反向电流是很小的。 因此，我们可以把p