2025年半导体基础知识和半导体器件工艺.pdfVIP

饭疏食，饮水，曲肱而枕之，乐亦在其中矣。不义而富且贵，于我如浮云。——《论语》

半导体基础知识和半导体器件工艺

第一章半导体基础知识

通常物质根据其导电性能不同可分成三类。第一类为导体，它可以很好的传

导电流，如：金属类，铜、银、铝、金等；电解液类：NaCl水溶液，血液，普

通水等以及其它一些物体。第二类为绝缘体，电流不能通过，如橡胶、玻璃、

陶瓷、木板等。第三类为半导体，其导电能力介于导体和绝缘体之间，如四族

元素Ge锗、Si硅等，三、五族元素的化合物GaAs砷化镓等，二、六族元素的化

合物氧化物、硫化物等。

物体的导电能力可以用电阻率来表示。电阻率定义为长1厘米、截面积为1平

方厘米的物质的电阻值，单位为欧姆*厘米。电阻率越小说明该物质的导电性能

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越好。通常导体的电阻率在10欧姆*厘米以下，绝缘体的电阻率在10欧姆*厘

米以上。

半导体的性质既不象一般的导体，也不同于普通的绝缘体，同时也不仅仅由

于它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是由于半导体具有以下的特殊性

质：

(1)温度的变化能显著的改变半导体的导电能力。当温度升高时，电阻率会

降低。比如Si在200℃时电阻率比室温时的电阻率低几千倍。可以利用半导体的

这个特性制成自动控制用的热敏组件（如热敏电阻等），但是由于半导体的这

一特性，容易引起热不稳定性，在制作半导体器件时需要考虑器件自身产生的

热量，需要考虑器件使用环境的温度等，考虑如何散热，否则将导致器件失

效、报废。

(2)半导体在受到外界光照的作用是导电能力大大提高。如硫化镉受到光照

后导电能力可提高几十到几百倍，利用这一特点，可制成光敏三极管、光敏电

阻等。

(3)在纯净的半导体中加入微量（千万分之一）的其它元素（这个过程我们称

为掺杂），可使他的导电能力提高百万倍。这是半导体的最初的特征。例如在

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原子密度为5*10/cm的硅中掺进大约5X10/cm磷原子，比例为10（即千万

分之一），硅的导电能力提高了几十万倍。

物质是由原子构成的，而原子是由原子核和围绕它运动的电子组成的。电子

很轻、很小，带负电，在一定的轨道上运转；原子核带正电，电荷量与电子的

总电荷量相同，两者相互吸引。当原子的外层电子缺少后，整个原子呈现正

电，缺少电子的地方产生一个空位，带正电，成为电洞。物体导电通常是由电

子和电洞导电。

前面提到掺杂其它元素能改变半导体的导电能力，而参与导电的又分为电子

和电洞，这样掺杂的元素（即杂质）可分为两种：施主杂质与受主杂质。

将施主杂质加到硅半导体中后，他与邻近的4个硅原子作用，产生许多自由

电子参与导电，而杂质本身失去电子形成正离子，但不是电洞，不能接受电

子。这时的半导体叫N型半导体。施主杂质主要为五族元素：锑、磷、砷等。

将施主杂质加到半导体中后，他与邻近的4个硅原子作用，产生许多电洞参

与导电，这时的半导体叫p型半导体。受主杂质主要为三族元素：铝、镓、铟、

硼等。

电洞和电子都是载子，在相同大小的电场作用下，电子导电的速度比电洞

学而不知道，与不学同；知而不能行，与不知同。——黄睎

快。电洞和电子运动速度的大小用迁移率来表示，迁移