四、半導(dǎo)體半導(dǎo)體:本征半導(dǎo)體和非本征半導(dǎo)體（參雜半導(dǎo)體）四族元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體（一）本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體：沒有雜質(zhì)和缺陷、理想半導(dǎo)體禁帶價帶導(dǎo)帶ECEV本征半導(dǎo)體能帶特征：價帶全滿、導(dǎo)帶全空、禁帶中無能級分類：四族元素半導(dǎo)體：化合物半導(dǎo)體：IV-IV族：III-V族：（銻化銦）II-VI族：（硫化鎘），（碲化鋅）寬禁帶、大功率半導(dǎo)體材料

物性3C-SiC4H-SiC6H-SiC

Si熔點

2839

2700

2800

1420禁帶寬

2.2

2.9

3.2

1.1擊穿場強(qiáng)熱導(dǎo)率

4.9

4.9

5.0

1.5SiC與Si的物性比較把一對Si原子和C原子看作一個小球若把第一層作為A層，

第2層有B和C兩種可能，B上的層有C和A兩種可能，C上的層有A和B兩種可能，3C-SiC

の積層順序4H-SiCの積層順序6H-SiCの積層順序本征Si

原子鍵合與導(dǎo)電機(jī)制：電場Si每當(dāng)一個電子從價帶被激發(fā)到導(dǎo)帶，便在價帶中留下一個電子空位，空穴導(dǎo)帶電子和價帶空穴成對出現(xiàn):導(dǎo)帶電子:準(zhǔn)自由電子、可在電場的作用下定向運動、形成電流導(dǎo)帶電子價帶空穴:電場Si等效載流子其導(dǎo)電過程實質(zhì)上是電場的作用下價電子向空穴的跳躍過程等效于帶正電的空穴沿與價電子相反方向的運動空穴帶正電量：本征半導(dǎo)體導(dǎo)電：導(dǎo)帶電子和價帶空穴的共同貢獻(xiàn)電導(dǎo)率：導(dǎo)帶電子和價帶空穴的數(shù)密度。導(dǎo)帶電子導(dǎo)帶電子和價帶空穴的遷移率。通常：本征半導(dǎo)體:材料SiGeGaPGaAsInSbCdSZnTe本征半導(dǎo)體基本參數(shù)一、歐姆定律三、金屬的電阻第三章材料的物性第一節(jié)材料的電性質(zhì)二、固體電子能帶結(jié)構(gòu)四、半導(dǎo)體（一）本征半導(dǎo)體（二）非本征半導(dǎo)體—雜質(zhì)半導(dǎo)體（二）非本征半導(dǎo)體—雜質(zhì)半導(dǎo)體實際使用的半導(dǎo)體都是雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體：對本征半導(dǎo)體摻雜、實現(xiàn)改變其電性或獲得某種功能雜質(zhì)半導(dǎo)體分類：N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體（摻雜種類不同）1、N型半導(dǎo)體5價P原子束縛電子5價原子以替位式參入本征Si

或Ge

中摻雜原子：P,As,Sb未鍵合電子受雜質(zhì)原子的束縛很弱結(jié)合能：Si單晶SbPAsN型半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)5價雜質(zhì)原子摻入相當(dāng)在導(dǎo)帶底引入施主雜質(zhì)能級雜質(zhì)能級上的束縛電子很易被（熱和電）激發(fā)到導(dǎo)帶5價雜質(zhì)原子向?qū)峁╇娮?價雜質(zhì)原子：施主雜質(zhì)室溫下施主激發(fā)產(chǎn)生的電子數(shù)遠(yuǎn)大于本征激發(fā)的電子或空穴數(shù)N型半導(dǎo)體：電子是多數(shù)載流子；空穴是少數(shù)載流子2、P型半導(dǎo)體3價原子以替位式參入本征Si

或Ge中摻雜原子：Al,B,Ga3價原子的周圍共價鍵缺一個電子、周圍價電子很容易被激發(fā)到這個電子空缺上結(jié)合能：3價B原子空位缺電子的位置可看作與雜質(zhì)原子結(jié)合微弱的空位。價電子向空位跳躍的過程等效于空位向價帶的運動3價雜質(zhì)原子：受主雜質(zhì)接受來自價帶的電子P型半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)3價雜質(zhì)原子摻入相當(dāng)在價帶頂引入受主雜質(zhì)能級價帶電子很易被（熱和電）激發(fā)到受主能級上Si單晶BAlGa室溫下受主激發(fā)在價帶中產(chǎn)生的空穴數(shù)遠(yuǎn)大于本征激發(fā)的電子或空穴數(shù)P型半導(dǎo)體：電子使少數(shù)載流子；空穴是多數(shù)載流子等效于空位被激發(fā)到價帶中、成為空穴3、半導(dǎo)體摻雜工藝摻雜：將微量的施主或受主雜質(zhì)加入本征半導(dǎo)體中、使之成為N或P型半導(dǎo)體的過程摻雜物：被摻入的物質(zhì)摻雜工藝方法：擴(kuò)散法和離子注入法（1）擴(kuò)散法：氣相法和預(yù)沉積、高溫?zé)崽幚矸?/p>

a、氣相法：置硅片于1000—1100oC

的擴(kuò)散爐中，擴(kuò)散爐中充滿摻雜原子氣體?？刂齐s質(zhì)濃度和摻雜深度的工藝參數(shù)：溫度、時間、氣相中摻雜原子濃度（2）離子注入法：b、預(yù)沉積、高溫?zé)崽幚矸ǎ篠i基板預(yù)沉積雜質(zhì)層熱處理Si基板擴(kuò)散層比氣相法更易精確控制摻雜控制雜質(zhì)濃度和摻雜深度的工藝參數(shù)：摻雜濃度和深度由溫度和時間決定50~100kV電壓加速雜質(zhì)離子轟擊Si基板轟擊深度：取決于雜質(zhì)原子的質(zhì)量、基板的晶格損傷可在適當(dāng)?shù)臏囟认峦嘶鹛幚硐稍谑覝叵逻M(jìn)行、能精確控制摻雜濃度和深度、適于集成電路制作加速電壓、及基板的表面狀態(tài)雜質(zhì)量由預(yù)沉積層厚度決定五、絕緣體禁帶寬度大、常溫下價電子不能被激發(fā)到導(dǎo)帶、電導(dǎo)率低絕緣材料的主要性能指標(biāo)：電阻率、介電系數(shù)、介質(zhì)損失和介電強(qiáng)度（一）體電阻率和面電阻率體電阻率：表征載流子在材料體內(nèi)輸運時的能耗特征面電阻率：表征載流子在材料表面或界面輸運時的能耗特征測量方法：歐姆定律1、體電阻率A電極試樣試樣厚度電極面積電極被蒸鍍在試樣上2、面電阻率A電極試樣（1）平行電極電極間距，電極長度（2）對環(huán)狀電極A芯電極環(huán)電極試樣芯電極直徑環(huán)電極內(nèi)徑絕緣材料：陶瓷、高分子聚合物制作或合成過程引入的雜質(zhì)會降低材料電阻率影響聚合物電阻率的因素：未反應(yīng)的單體、殘留的引發(fā)劑、輔助劑及吸附的水分等潮濕空氣中吸附的表面水分會使表面電阻率大幅度降低（二）電介質(zhì)隔斷或減弱電場的性質(zhì)介電性：金屬能完全隔斷電場、金屬的介電性最強(qiáng)：絕緣體只能減弱體內(nèi)的電場：電介質(zhì)：用于把帶電體隔離、并能長期經(jīng)受強(qiáng)電場作用的絕緣材料電介質(zhì)介電性的起因：電介質(zhì)在外電場中的極化電介質(zhì)極化機(jī)制：（1）、分子的極化；（3)、空間電荷極化。（2）、弛豫極化（電子、離子弛豫極化）；1、電介質(zhì)極化(1)、分子的極化電介質(zhì)由分子組成、在外電場的作用下分子中電荷分布發(fā)生變化，—極化分子極化包括：電子位移極化、離子位移極化，及有極分子（具有電偶極矩）的取向極化。A、電子位移極化外電場的作用下、原子中的電子相對原子核發(fā)生位移：||電子軌道位移原子正、負(fù)電中心不再重合電子軌道位移：原子中的所有電子都發(fā)生、但價電子顯著、內(nèi)層電子不顯著電子質(zhì)量小、對電場反應(yīng)快電子位移極化建立時間：可以跟隨光頻變化電場原子玻爾模型電子平均極化率：原子或離子半徑B、離子位移極化離子在外電場的作用下偏離平衡位置、相當(dāng)于一感生偶極矩結(jié)合鍵被拉長據(jù)經(jīng)典彈性振動理論離子位移極化率：晶格常數(shù)；電子層斥力指數(shù)離子晶體C、有極分子的取向極化離子質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子質(zhì)量，離子極化建立時間比電子的長離子極化建立時間：有極分子電介質(zhì)在電場的作用下除電子、離子的位移極化外，有極分子將沿電場方向有序化。取向極化：有極分子電介質(zhì)主要極化方式+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-無電場無電場時有極分子的取向雜亂無章，宏觀上電介質(zhì)對外不顯電性+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-E0有電場有外電場時在外電場力矩作用下，偶極子（有極分子）轉(zhuǎn)向電場的方向，場強(qiáng)越強(qiáng)偶極子的取向與電場