半导体和电介质材料.ppt

关于半导体和电介质材料;6.1 导体、半导体和绝缘体材料 ;第三页，共一百零六页，2022年，8月28日;第四页，共一百零六页，2022年，8月28日;导体、半导体和绝缘体的区别——能带理论 ;Chapter2;电子的共有化运动： 晶体中大量的原子集合在一起，而且原子之间距离很近，从而导致离原子核较远的壳层发生交叠，壳层交叠使电子不再局限于某个原子上，有可能转移到相邻原子的相似壳层上去，也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去，因而电子可以在整个晶体中运动，这种现象称为电子的共有化运动。 ;;金属中电子的共有化;四个原子的能级的分裂;当有n个原子相互靠近组成晶体;由于n是一个非常大的数值，能级又靠的很近，所以每一个能带中的能级基本上可视为连续的，或 “准连续能级”;;能带图可简化成:;原子能级分裂为能带的示意图;6.1.2 导体、半导体和绝缘体区别的能带论解释;金属、绝缘体、半导体的能带特征;;;载流子：导体和半导体的导电作用是通过带电粒子的运动（形成电流）来实现的，这种电流的载体称为载流子。 导体的载流子是自由电子； 半导体的载流子是带负电的电子和带正电的空穴。 ;;; Electron conduction in n-type semiconductors (and metals);电子：带负电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚后形成的准自由电子，对应于导带中占据的电子 空穴：带正电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚后形成的电子空位，对应于价带中的电子空位;本征半导体：是指不含杂质的半导体；通常由于载流子数目有限，导电性能不好。 N型半导体：在本征半导体中掺入5价元素，载流子多数为电子。杂质能级—施主能级 P型半导体：在本征半导体中掺入3价元素，载流子多数为空穴。杂质能级—受主能级;以硅中掺磷为例：;Ⅴ族杂质在硅、锗中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心，称为施主杂质或n型杂质。 释放电子的过程叫做施主电离； 施主杂质为电离时是中性的，称为束缚态或中性态，电离后成为正电中心年，称为离化态。;Chapter2;以硅中掺硼为例：;Ⅲ族杂质在硅、锗中电离时，能够接受电子而产生导电空穴并形成负电中心，称为受??杂质或p型杂质。 释放电子的过程叫做受主电离； 施主杂质为电离时是中性的，称为束缚态或中性态，电离后成为正电中心年，称为离化态。;Chapter2;6.1.3 导体材料 金属：如银、铜、铝等；可用作电缆材料，电池材料，电机材料，开关材料，辐射屏蔽材料，传感器材料等；导电系数依次 ; 合金：向导电纯金属中加入其他金属元素所构成的导电材料即为导电合金材料。此类导电材料经不同方法的强化后，具有良好的导电性和高的机械强度、硬度、耐蚀、耐磨、耐热等综合性能。如铜和铝的合金。 将两种或两种以上的金属通过一定的复合工艺制成的导电材料即为复合导电金属。如铜包铝线、铝包铜线等。此类导电材料有线、棒、板、片、管等各种型材。 非金属：如石墨等；可用作耐腐蚀导体和导电填料等。;6.1.4 半导体材料;非晶;Chapter 1;Chapter 1;Chapter 1;Chapter 1;Chapter 1;Chapter 1;;霍尔元件基本结构;霍尔特斯拉计（高斯计） ;硅和锗——第一代半导体材料;硅在太阳能电池上的应用 单晶硅 多晶硅 非晶硅;当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。;;第四十九页，共一百零六页，2022年，8月28日;第五十页，共一百零六页，2022年，8月28日; 扩散; 注入;硅（111）晶面图;砷化镓——第二代半导体材料;第五十五页，共一百零六页，2022年，8月28日;;;分 类;高温区：高于GaAs熔点，维持熔融状态； 低温区：防止As挥发损失； 中温区：调整固液界面附件温度梯度，并抑制石英舟污染;氮化镓——第三代半导体材料; 特点： 三种晶体结构：闪锌矿、纤锌矿和岩盐矿 宽禁带半导体材料： InN---1.9 eV，GaN---3.4 eV，AlN---6.2eV ;英国剑桥大学的研究人员发现一种生产发光二极管（LED）的新方法，他们说能在5年中将LED产品的成本降低多达75%。氮化镓可能是继硅之后最重要的半导体材料。它发出灿烂的光，将是下一代能在高温下使用的高频高能量晶体的关键材料。”剑桥大学氮化镓和材料科学中心(CCGN)主任科林汉弗莱斯教授说。;“世贸天阶”上方的LED屏幕最初的LED光源能够发出来的颜色只是红色，进入到20世纪90年底，LED已经能够发出红、蓝、橙、黄、绿等单色。最终