半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

01什么是半導(dǎo)體?

“半導(dǎo)體”是一種特性介于“導(dǎo)體”和“絕緣體”之間的物質(zhì)，前者像金屬一樣導(dǎo)電，后者幾乎不導(dǎo)電。電流流動的容易程度與物質(zhì)電阻的大小有關(guān)。如果電阻高，電流很難流動;如果電阻低，電流容易流動。

02半導(dǎo)體材料

硅(Si)和鍺(Ge)是眾所周知的半導(dǎo)體材料。當(dāng)它們是純晶體時，這些物質(zhì)接近絕緣體(本征半導(dǎo)體)，但是摻雜少量的摻雜劑就會導(dǎo)致電阻大幅度下降，變成導(dǎo)體。

根據(jù)摻雜劑的種類，可以制成n型或p型半導(dǎo)體。

由幾種元素制成的半導(dǎo)體稱為化合物半導(dǎo)體，它們與硅半導(dǎo)體等由單一元素制成的不同。具體組合有元素周期表第III組和第V組、第II組和第VI組、第IV組等。

03n型半導(dǎo)體

n型半導(dǎo)體是指以磷(P)、砷(As)或銻(Sb)作為雜質(zhì)進(jìn)行摻雜的本征半導(dǎo)體。第IV組的硅有四個價電子，第V組的磷有五個價電子。如果在純硅晶體中加入少量磷，磷的一個價電子就可以作為剩余電子自由移動(自由電子*)。當(dāng)這個自由電子被吸引到“+”電極上并移動時，就產(chǎn)生了電流流動。

04p型半導(dǎo)體

p型半導(dǎo)體是指摻雜了硼(B)或銦(In)的本征半導(dǎo)體。第IV組的硅有四個價電子，第III組的硼有三個價電子。如果將少量硼摻雜到硅單晶中，在某個位置上的價電子將不足以使硅和硼鍵合，從而產(chǎn)生了缺少電子的空穴*。在這種狀態(tài)下施加電壓時，相鄰的電子移動到空穴中，使得電子所在的地方變成一個新的空穴，這些空穴看起來就像按順序移動到“–”電極一樣。

05什么是化合物半導(dǎo)體?

除了硅，還有結(jié)合了第III組和第V組元素以及第II組和第VI組元素的化合物半導(dǎo)體。例如，GaAs(砷化鎵)、InP(磷化銦)、InGaAlP(磷化鋁鎵銦)等通常用于高頻器件和光學(xué)器件。

近年來，InGaN(氮化銦鎵)作為藍(lán)光LED和激光二極管的材料引起了人們的廣泛關(guān)注，SiC(碳化硅)和GaN(氮化鎵)作為功率半導(dǎo)體材料也得到了一定程度上的關(guān)注和商業(yè)化。

典型的化合物半導(dǎo)體

第Ⅱ-Ⅵ組：ZnSe

第Ⅲ-Ⅴ組：GaAs，GaN，InP，InGaAlP，InGaN

第Ⅳ-Ⅳ組：SiC，SiGe

06什么是pn結(jié)?

p型和n型半導(dǎo)體之間的接觸面即稱為PN結(jié)。

p型和n型半導(dǎo)體鍵合時，作為載流子的空穴和自由電子相互吸引、束縛并在邊界附近消失。由于在這個區(qū)域沒有載流子，所以它被稱為耗盡層，與絕緣體的狀態(tài)相同。

在這種狀態(tài)下，將“+”極連接到p型區(qū)，將“-”極連接到n型區(qū)，并施加電壓使得電子從n型區(qū)順序流動到p型區(qū)。電子首先會與空穴結(jié)合而消失，但多余的電子會移動到“+”極，這樣就產(chǎn)生了電流流動。

07半導(dǎo)體器件的類型

使用半導(dǎo)體的電子部件稱為半導(dǎo)體器件。

隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和電子設(shè)備的發(fā)展，各種半導(dǎo)體器件得到了不斷開發(fā)。“分立半導(dǎo)體”是指具有單一功能的單個器件，比如晶體管和二極管。“集成電路(IC)”是指在一個芯片上安裝有多個功能元件的器件。典型IC包括存儲器、微處理器(MPU)和邏輯IC。LSI則提高了IC的集成度。按一般功能/結(jié)構(gòu)，具體分類如下所示。

審核編輯：湯梓紅