半導(dǎo)體材料特性參數(shù)了解不?瞅瞅半導(dǎo)體雜質(zhì)是個(gè)啥!

本文中，小編將對(duì)半導(dǎo)體材料的特性參數(shù)以及半導(dǎo)體雜質(zhì)予以介紹，如果你想對(duì)半導(dǎo)體的詳細(xì)情況有所認(rèn)識(shí)，或者想要增進(jìn)對(duì)半導(dǎo)體的了解程度，不妨請(qǐng)看以下內(nèi)容哦。

一、半導(dǎo)體材料以及特性參數(shù)

半導(dǎo)體材料是一類具有半導(dǎo)體性能，用來(lái)制作半導(dǎo)體器件的電子材料。常用的重要半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理是通過電子和空穴這兩種載流子來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此相應(yīng)的有N型和P型之分。半導(dǎo)體材料通常具有一定的禁帶寬度，其電特性易受外界條件(如光照、溫度等)的影響。不同導(dǎo)電類型的材料是通過摻入特定雜質(zhì)來(lái)制備的。雜質(zhì)(特別是重金屬快擴(kuò)散雜質(zhì)和深能級(jí)雜質(zhì))對(duì)材料性能的影響尤大。

因此，半導(dǎo)體材料應(yīng)該具有高純度，這不僅要求用于制造半導(dǎo)體材料的原材料具有相對(duì)高的純度，而且還要求超凈的生產(chǎn)環(huán)境以最小化生產(chǎn)中的雜質(zhì)。大多數(shù)半導(dǎo)體材料是晶體，并且半導(dǎo)體器件對(duì)材料的晶體完整性有更高的要求。另外，對(duì)材料的各種電參數(shù)的均勻性有嚴(yán)格的要求。

半導(dǎo)體材料是一類功能材料，在室溫下其導(dǎo)電性介于絕緣材料之間。 導(dǎo)電是通過兩種類型的載流子實(shí)現(xiàn)的：電子和空穴，并且室溫下的電阻率通常在105到107歐姆之間。

半導(dǎo)體材料的特征參數(shù)包括禁帶寬度、電阻率、載流子遷移率、非平衡載流子壽命和位錯(cuò)密度。禁帶寬度由半導(dǎo)體的電子狀態(tài)和原子構(gòu)型決定，并且反映了將這種材料的原子中的價(jià)電子從結(jié)合態(tài)激發(fā)到自由態(tài)所需的能量。電阻率和載流子遷移率反映了材料的電導(dǎo)率。

非平衡載流子壽命反映了在外部作用(例如光或電場(chǎng))下半導(dǎo)體材料的內(nèi)部載流子從非平衡狀態(tài)到平衡狀態(tài)的弛豫特性。位錯(cuò)是晶體中最常見的缺陷類型，位錯(cuò)密度用于測(cè)量半導(dǎo)體單晶材料的晶格完整性程度。對(duì)于非晶半導(dǎo)體材料，此參數(shù)不可用。

二、半導(dǎo)體雜質(zhì)

半導(dǎo)體中的雜質(zhì)對(duì)電阻率有很大影響。 當(dāng)在半導(dǎo)體中摻雜少量雜質(zhì)時(shí)，雜質(zhì)原子附近的周期性電勢(shì)場(chǎng)受到干擾并形成額外的限制狀態(tài)，這會(huì)在禁帶中產(chǎn)生雜質(zhì)能級(jí)。例如，當(dāng)四價(jià)元素鍺或硅晶體摻雜有五價(jià)元素磷、砷、銻和其他雜質(zhì)原子時(shí)，雜質(zhì)原子是晶格的分子，并且其五個(gè)價(jià)電子中的四個(gè)與周圍的鍺有關(guān) (或硅)原子形成共價(jià)鍵，多余的電子鍵合在雜質(zhì)原子附近，產(chǎn)生類似氫的能級(jí)。雜質(zhì)能級(jí)位于導(dǎo)帶底部附近的禁帶上方。雜質(zhì)能級(jí)上的電子容易被激發(fā)到導(dǎo)帶成為電子載流子。可以提供電子載流子的這種雜質(zhì)稱為施主，相應(yīng)的能級(jí)稱為施主能級(jí)。 供體能級(jí)上的電子躍遷到導(dǎo)帶所需的能量遠(yuǎn)小于從價(jià)帶到導(dǎo)帶激發(fā)所需的能量。當(dāng)微量三價(jià)元素硼、鋁、鎵和其他雜質(zhì)原子摻雜到鍺或硅晶體中時(shí)，雜質(zhì)原子與周圍的四個(gè)鍺(或硅)原子形成沒有電子的共價(jià)鍵，因此存在空位。 空位的相應(yīng)能量狀態(tài)是雜質(zhì)能級(jí)，通常位于價(jià)帶附近的禁帶以下。 價(jià)帶中的電子容易被激發(fā)到雜質(zhì)能級(jí)以填補(bǔ)該空位，從而使雜質(zhì)原子變成負(fù)離子。價(jià)帶中由于缺少一個(gè)電子而形成一個(gè)空穴載流子。這種能提供空穴的雜質(zhì)稱為受主雜質(zhì)。存在受主雜質(zhì)時(shí)，在價(jià)帶中形成一個(gè)空穴載流子所需能量比本征半導(dǎo)體情形要小得多。半導(dǎo)體摻雜后其電阻率大大下降。加熱或光照產(chǎn)生的熱激發(fā)或光激發(fā)都會(huì)使自由載流子數(shù)增加而導(dǎo)致電阻率減小，半導(dǎo)體熱敏電阻和光敏電阻就是根據(jù)此原理制成的。對(duì)摻入施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體，導(dǎo)電載流子主要是導(dǎo)帶中的電子，屬電子型導(dǎo)電，稱N型半導(dǎo)體。摻入受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體屬空穴型導(dǎo)電，稱P型半導(dǎo)體。半導(dǎo)體在任何溫度下都能產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，故N型半導(dǎo)體中可存在少量導(dǎo)電空穴，P型半導(dǎo)體中可存在少量導(dǎo)電電子，它們均稱為少數(shù)載流子。在半導(dǎo)體器件的各種效應(yīng)中，少數(shù)載流子常扮演重要角色。

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