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顯示技術之基礎---半導體1、半導體2、本征半導體3、雜質半導體

1、半導體

半導體通常把導電性差的材料,如煤、人工晶體、琥珀、陶瓷等稱為絕緣體。而把導電性比較好的金屬如金、銀、銅、鐵、錫、鋁等稱為導體。可以簡單的把介于導體和絕緣體之間的材料稱為半導體。

2、本征半導體

本征半導體(intrinsic semiconductor)是指完全不含雜質且無晶格缺陷的純淨半導體,一般是指其導電能力主要由材料的本征激發決定的純淨半導體。典型的本征半導體有矽(Si)、鍺(Ge)及砷化镓(GaAs)等。它在實體結構上有多晶體和單晶體兩種形态,制造半導體器件必須使用單晶體。制造半導體器件的半導體材料的純度要達到99.9999999%,常稱為“九個9”。在制造半導體器件的過程中會進一步提高材料的純度,單晶體不但純度高,在晶格結構上也是沒有缺陷的,用這樣的單晶體制造的器件才能保證品質。實際半導體不能絕對地純淨,此類半導體稱為雜質半導體。

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3、雜質半導體

雜質半導體摻入雜質的本征半導體稱為雜質半導體。制備雜質半導體時一般按百萬分之一數量級的比例在本征半導體中摻雜,也叫摻雜半導體。本征半導體的導電能力很弱,熱穩定性也很差,是以,不宜直接用它制造半導體器件。在本征半導體中摻入某些微量元素作為雜質,可使半導體的導電性發生顯著變化。摻入的雜質主要是三價或五價元素。半導體器件多數是用含有一定數量的某種雜質的半導體制成。根據摻入雜質性質的不同,雜質半導體分為N型半導體和P型半導體兩種。

3.1 N型半導體

N型半導體(N為Negative的字頭,由于電子帶負電荷而得此名):在本征半導體矽(或鍺)中摻入微量的5價元素,由于半導體原子(如矽原子)被雜質原子取代,磷原子外層的五個外層電子的其中四個與周圍的半導體原子形成共價鍵,多出的一個電子幾乎不受束縛,較為容易地成為自由電子。于是,N型半導體就成為了含電子濃度較高的半導體,其導電性主要是因為自由電子導電。 由于N型半導體中正電荷量與負電荷量相等,故N型半導體呈電中性。自由電子主要由雜質原子提供,空穴由熱激發形成。摻入的雜質越多,導電性能就越強。

3.2 P型半導體

P型半導體(P為Positive的字頭,由于空穴帶正電而得此名):又稱為空穴型半導體。摻入少量雜質硼元素(或铟元素)的矽晶體(或鍺晶體)中,由于半導體原子(如矽原子)被雜質原子取代,硼原子外層的三個外層電子與周圍的半導體原子形成共價鍵的時候,會産生一個“空穴”,這個空穴可能吸引束縛電子來“填充”,使得硼原子成為帶負電的離子。這樣,這類半導體由于含有較高濃度的“空穴”(“相當于”正電荷),成為能夠導電的物質。摻入的雜質越多,導電性能就越強。

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3.3PN結

采用不同的摻雜工藝,通過擴散作用,将P型半導體與N型半導體制作在同一塊半導體(通常是矽或鍺)基片上,其接觸界面稱為冶金結界面,在它們的交界面就形成空間電荷區稱為PN結(英語:PN junction)。PN結具有單向導電性,是電子技術中許多器件所利用的特性,例如半導體二極管、雙極性半導體的物質基礎。

在P型半導體和N型半導體結合後,由于N型區内自由電子為多子,空穴幾乎為零稱為少子,而P型區内空穴為多子,自由電子為少子,在它們的交界處就出現了電子和空穴的濃度差。由于自由電子和空穴濃度差的原因,有一些電子從N型區向P型區擴散,也有一些空穴要從P型區向N型區擴散。

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3.4空穴

又稱電洞(Electron hole),在固體實體學中指共價鍵上流失一個電子,最後在共價鍵上留下空位的現象。即共價鍵中的一些價電子由于熱運動獲得一些能量,進而擺脫共價鍵的限制成為自由電子,同時在共價鍵上留下空位,稱這些空位為空穴。

半導體制作過程

參考

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