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图解半导体制程概论
【半导体】具有处于如铜或铁等容易导电的【导体】、与如橡胶或玻璃等不导电的【绝缘体】
中间的电阻系数、该电阻比会受到下列的因素而变化。如:杂质的添加·温度
光的照射·原子结合的缺陷
█ 半导体的材料
硅(Si)与锗(Ge)为众所周知的半导体材料.这些无素属于元素周期素中的第 IV 族,其最外壳
(最外层的轨道)具有四个电子.半导体除以硅与锗的单一元素构成之处,也广泛使用两种以上
之元素的化合物半导体.
●硅、锗半导体 (Si、Ge Semiconductor)
单结晶的硅、其各个原子与所邻接的原子共价电子(共有结合、共有化)且排列得井井有
条。利用如此的单结晶,就可产生微观性的量子力学效果,而构成半导体器件。
●化合物半导体(Compound Semiconductor)
除硅(Si)之外,第III 族与第V 族的元素化合物,或者与第IV 族元素组成的化合物也可用
于半导体材料。例如,GaAs (砷化镓)、Gap (磷化砷)、AlGaAs (砷化镓铝)、GaN (氮
化镓)SiC (碳化硅)SiGe (锗化硅)等均是由2 个以上元素所构成的半导体。
█ 本征半导体与自由电子及空穴
我们将第IV 族(最外层轨道有四个电子)的元素(Si、Ge 等),以及和第IV 族等价的化
合物(GaAs 、GaN 等),且掺杂极少杂质的半导体的结晶,称之为本征半导体(intrinsic s
emiconductor )。
●本征半导体(intrinsic semiconductor )
当温度十分低的时候,在其原子的最外侧的轨道上的电子(束缚电子(bound electrons )
用于结合所邻接的原子,因此在本征半导体内几乎没有自由载子,所以本征半导体具有高电
阻比。
●自由电子(free electrons )
束缚电子若以热或光加以激发时就成为自由电子,其可在结晶内自由移动。
●空穴(hole )
在束缚电子成为自由电子后而缺少电子的地方,就有电子从邻接的 Si 原子移动过来,
同时在邻接的Si 原子新发生缺少电子的地方,就会有电子从其所邻接的Si 原子移动过来。
在这种情况下,其与自由电子相异,即以逐次移动在一个邻接原子间。缺少电子地方的移动,
刚好同肯有正电荷的粒子以反方向作移动的动作,并且产生具有正电荷载子(空穴)的效力。
█ 添加掺杂物质的逆流地导体与电子及空穴
将第V 族的元素(最外层的轨道有五个电子)添加在第IV 族的元素的结晶,即会形成
1 个自由电子且成为N 型半导体。
将第Ⅲ族的元素(最外层的轨道有三个电子)添加在第IV 族的元素的结晶,即会产生
缺少一个电子的地方且成为P 型半导体。
●N 型半导体(N type Semiconductor )
N 型半导体中,自由电子电成为电流的主流(多数载了),并将产生自由电子的原子,
称为“施体(donor )”。施体将带正电而成为固定电荷。不过也会存在极少的空穴(少数载
子)。
作为N 型掺杂物质使用的元素有:P 磷;As 砷;sb 锑
●P 型半导体(P type Semiconductor )
在P 型半导体中,空穴成为电流的主流(多数载子),并将产生空穴的原子,称为“受
体(acceptor )”。受体将带负电而成为固定电荷。不过也会存在极少的自由电子(少数载子)。
作为P 型掺杂物质使用的元素有:B 硼;Zn 锌
█ 漂移电流及扩散电流
流动于半导体体中的电流有两种:漂移电流与扩散电流。MOS 型半导体中漂移电流起
着很重要的作用,而双极型半导体中扩散电流的作用很重要。
●漂移电流(drift current )
与电阻体(哭)相同,由于外加电压所产生的电场,因电子和空穴的电性相吸引而流动
所产生的电流。场效应管(FET )内流动的电流称为漂移电流。
●扩散电流(diffusion current )
将P 型半导体与N 型半导体接合且加电压。如电子从N 型半导体注入到P 型半导体,
而空穴从P 型半导体注入到N 型半导体,即电子和空穴因热运动而平均地从密度浓密的注
入处移动到密度稀薄的地方。以这样的结构所流动的电流称为扩散电流。在双极性(双载子)
晶体管或PN 接合二极管,扩散电流为主体。
█PN 接合和势垒
在接合前,由于P 型半导体存在
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