大同市_[为什么硅可以做半导体]硅为什么可以作为半导体

2021-08-24 admin 阅读()

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[为什么硅可以做半导体]硅为什么可以作为半导体

半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的质料。硅晶体中没有显著的自由电子,能导电,但导电率不及金属,且随温度升高而增添,具有半导体性子。

[为什么硅可以做半导体]单晶硅为什么常用作半导体

硅非为:非晶硅,多晶硅,单晶硅单晶硅是有多晶硅提纯而来的,多晶硅内有许多晶向的小单元,而单晶硅只有一种晶向。

常用到的是<111>和<100>晶向。由于半导体是薄膜工艺,要在硅衬底上生长外延层,在外延层中做器件,用单晶硅做衬底,保证生长的外延层的偏向和衬底一致,保证了却构的致密性,稳固性,在整个晶体中都是长程有序,而不是在单个的小单元内是长程有序常用的半导体质料分为元素半导体和化合物半导体。

元素半导体是由单一元素制成的半导体质料。主要有硅、锗、硒等,以硅、锗应用最广。化合物半导体分为二元系、三元系、多元系和有机化合物半导体。

[为什么硅可以做半导体]为何选硅做半导体质料

(1)热敏性半导体质料的电阻率与温度有亲热的关系。温度升高,半导体的电阻率会显著变小。例如纯锗(Ge),温度每升高10度,其电阻率就会削减到原来的一半。

(2)光电特征许多数导体质料对光十分敏感,无光照时,不易导电;受到光照时,就变的容易导电了。例如,常用的硫化镉半导体光敏电阻,在无光照时电阻高达几十兆欧,受到光照时电阻会减小到几十千欧。

半导体受光照后电阻显著变小的征象称为“光导电”。行使光导电特征制作的光电器件另有光电二极管和光电三极管等。

近年来普遍使用着一种半导体发光器件--发光二极管,它通过电流时能够发光,把电能直接转成光能。现在已制作出发黄,绿,红,蓝几色的发光二极管,以及发出不能见光红外线的发光二极管。

另一种常见的光电转换器件是硅光电池,它可以把光能直接转换成电能,是一种利便的而清洁的能源。(3)搀杂特征

纯净的半导体质料电阻率很高,但掺入极微量的“杂质”元素后,其导电能力会发生极为显著的转变。例如,纯硅的电阻率为214×1000欧姆/厘米,若掺入百万分之一的硼元素,电阻率就会减小到0.4欧姆/厘米。

因此,人们可以给半导体掺入微量的某种特定的杂质元素,准确控制它的导电能力,用以制作林林总总的半导体器件半导体的导电性能比导体差而比绝缘体强。

现实上,半导体与导体、绝缘体的区别在不仅在于导电能力的差异,更主要的是半导体具有怪异的性能(特征)。

1.在纯净的半导体中适当地掺入一定种类的极微量的杂质,半导体的导电性能就会成百万倍的增添—-这是半导体最显著、最突出的特征。

例如,晶体管就是行使这种特征制成的。2.当环境温度升高一些时,半导体的导电能力就显著地增添;当环境温度下降一些时,半导体的导电能力就显著地下降。

这种特征称为“热敏”,热敏电阻就是行使半导体的这种特征制成的。3.当有光线照射在某些半导体时,这些半导体就像导体一样,导电能力很强;当没有光线照射时,这些半导体就像绝缘体一样不导电,这种特征称为“光敏”。

例如,用作自动化控制用的“光电二极管”、“光电三极管”和光敏电阻等,就是行使半导体的光敏特征制成的。

由此可见,温度和光照对晶体管的影响很大。因此,晶体管不能放在高温顺强烈的光照环境中。在晶体管外面涂上一层黑漆也是为了防止光照对它的影响。

最后,明确一个基本概验:所谓半导体质料,是一种晶体结构的质料,故“半导体”又叫“晶体”。P性半导体和N型半导体----前面讲过,在纯净的半导体中加入一定类型的微量杂质,能使半导体的导电能力成百万倍的增添。

加入了杂质的半导体可以分为两种类型:一种杂质加到半导体中去后,在半导体中会发生大量的带负电荷的自由电子,这种半导体叫做“N型半导体”(也叫“电子型半导体”);另一种杂质加到半导体中后,会发生大量带正电荷的“空穴”,这种半导体叫“P型半导体”(也叫“空穴型半导体”)。

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例如,在纯净的半导体锗中,加入微量的杂质锑,就能形成N型半导体。同样,若是在纯净的锗中,加入微量的杂质铟,就形成P型半导体。

一个PN结组成晶体二极管----想法把P型半导体(有大量的带正电荷的空穴)和N型半导体(有大量的带负电荷的自由电子)连系在一起,见图1所示。

图1在P型半导体的N型半导体相连系的地方,就会形成一个特殊的薄层,这个特殊的薄层就叫“PN结”。晶体二极管现实上就是由一个PN结组成的(见图1)。

例如,收音机中应用的晶体二极管,其触丝(即触针)部门相当于P型半导体,N型锗片就是N型半导体,他们之间的接触面就是PN结。

P端(或P端引出线)叫晶体二极管的正端(也称正极)。N端(或N端引出线)叫晶体二极管的负端(也称负极)。

若是像图2那样,把正端毗邻电池的正极,把负端接电池的负极,这是PN结的电阻值就小到只有几百欧姆了。因此,通过PN结的电流(I=U/R)就很大。

这样的毗邻方式(图2a)叫“正向毗邻”。正向毗邻时,晶体管二极管(或PN结)两头遭受的电压叫“正向电压”;处在正向电压下,二极管(或PN结)的电阻叫“正向电阻”,在正向电压下,通过二极管(或PN结)的电流叫“正向电流”。

很显著,由于晶体二极管的正向电阻很小(几百欧姆),在一定正向电压下,正向电流(I=U/R)就会很大----这解释在正向电压下,二极管(或PN结)具有像导体一样的导电手段。

图2a图2b反过来,若是把P端接到电池的负极,N端接到电池的正极(见图2b)。这时PN结的电阻很大(大到几百千殴),电流(I=U/R)险些不能通过二极管,或者说通过的电流很微弱。

这样的毗邻方式叫“反向毗邻”。反向毗邻时,晶体管二极管(或PN结)两头遭受的电压叫“反向电压”;处在反向电压下,二极管(或PN结)的电阻叫“反向电阻”,在反向电压下,通过二极管(或PN结)的电流叫“反向电流”。

显然,由于晶体二极管的正向电阻很大(几百千欧姆),在一定的反向电压下,正向电流(I=U/R)就会很小,甚至可以忽略不计,----这解释在一定的反向电压下,二极管(或PN结)险些不导电。

上叙实验说明这样一个结论:晶体二极管(或PN结)具有单向导电特征。晶体二极管用字母“D”代表,在电路中常用图3的符号示意,即示意电流(正电荷)只能顺着箭头偏向流动,而不能逆着箭头偏向流动。

图3是常用的晶体二极管的形状及符号。图3行使二极管的单向导电性可以用来整流(将交流电酿成直流电)和检波(从高频或中频电信号取出音频信号)以及变频(如把高频酿成牢靠的中频465千周)等。

PN结的极间电容----PN结的P型和N型两快半导体之间组成一个电容量很小的电容,叫做“极间电容”(如图4所示)。

由于电容抗随频率的增高而减小。以是,PN结事情于高频时,高频信号容易被极间电容或反馈而影响PN结的事情。

但在直流或低频下事情时,极间电容对直流和低频的阻抗很大,故一样平常不会影响PN结的事情性能。PN结的面积越大,极间电容量越大,影响也约大,这就是面接触型二极管(如整流二极管)和低频三极管不能用于高频事情的缘故原由

[为什么硅可以做半导体]为什么二氧化硅不能做半导体

二氧化硅电阻率决议了它不能作为半导体电阻率介于金属和绝缘体之间并有负的电阻温度系数的物质叫做半导体锗和硅是最常用的元素半导体;化合物半导体包罗Ⅲ-Ⅴ

族化合物(砷化镓、磷化镓等)、Ⅱ-Ⅵ族化合物(硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体(镓铝砷、镓砷磷等)。

除上述晶态半导体外,另有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等化合物能做半导体首先二氧化硅是绝缘的,且其化学性子很稳固

。而且二氧化硅被用作半导体质料的隔离带,钝化层,也就是绝缘层,珍爱层。但多晶硅是可以用作半导体质料的。

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