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半導(dǎo)體

半導(dǎo)體(semiconductor),指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體(conductor)與絕緣體(insulator)之間的材料。

半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展各國半導(dǎo)體命名方法

一、 中國半導(dǎo)體器件型號命名方法 二、日本半導(dǎo)體分立器件型號命名方法 三、美國半導(dǎo)體分立器件型號命名方法 四、 國際電子聯(lián)合會半導(dǎo)體型號命名方法 歐洲有些國家命名方法半導(dǎo)體的英文及解釋

半導(dǎo)體簡介

物質(zhì)存在的形式多種多樣,固體、液體、氣體、等離子體等等。我們通常把導(dǎo)電性和導(dǎo)電導(dǎo)熱性差或不好的材料,如金剛石、人工晶體、琥珀、陶瓷等等,稱為絕緣體。而把導(dǎo)電、導(dǎo)熱都比較好的金屬如金、銀、銅、鐵、錫、鋁等稱為導(dǎo)體。可以簡單的把介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料稱為半導(dǎo)體。與導(dǎo)體和絕緣體相比,半導(dǎo)體材料的發(fā)現(xiàn)是最晚的,直到20世紀(jì)30年代,當(dāng)材料的提純技術(shù)改進(jìn)以后,半導(dǎo)體的存在才真正被學(xué)術(shù)界認(rèn)可。   半導(dǎo)體的分類,按照其制造技術(shù)可以分為:集成電路器件,分立器件、光電半導(dǎo)體、邏輯IC、模擬IC、儲存器等大類,一般來說這些還會被分成小類。此外還有以應(yīng)用領(lǐng)域、設(shè)計(jì)方法等進(jìn)行分類,雖然不常用,但還是按照IC、LSI、VLSI(超大LSI)及其規(guī)模進(jìn)行分類的方法。此外,還有按照其所處理的信號,可以分成模擬、數(shù)字、模擬數(shù)字混成及功能進(jìn)行分類的方法。

半導(dǎo)體定義

電阻率介于金屬和絕緣體之間并有負(fù)的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì)。   半導(dǎo)體室溫時(shí)電阻率約在10E-5~10E7歐·米之間,溫度升高時(shí)電阻率指數(shù)則減小。   半導(dǎo)體材料很多,按化學(xué)成分可分為元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體兩大類。   鍺和硅是最常用的元素半導(dǎo)體;化合物半導(dǎo)體包括Ⅲ-Ⅴ 族化合物(砷化鎵、磷化鎵等)、Ⅱ-Ⅵ族化合物( 硫化鎘、硫化鋅等)、氧化物(錳、鉻、鐵、銅的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物組成的固溶體(鎵鋁砷、鎵砷磷等)。除上述晶態(tài)半導(dǎo)體外,還有非晶態(tài)的玻璃半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體等。   半導(dǎo)體:意指半導(dǎo)體收音機(jī),因收音機(jī)中的晶體管由半導(dǎo)體材料制成而得名。   本征半導(dǎo)體   不含雜質(zhì)且無晶格缺陷的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。在極低溫度下,半導(dǎo)體的價(jià)帶是滿帶(見能帶理論),受到熱激發(fā)后,價(jià)帶中的部分電子會越過禁帶進(jìn)入能量較高的空帶,空帶中存在電子后成為導(dǎo)帶,價(jià)帶中缺少一個(gè)電子后形成一個(gè)帶正電的空位,稱為空穴。導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴合稱電子 - 空穴對,均能自由移動,即載流子,它們在外電場作用下產(chǎn)生定向運(yùn)動而形成宏觀電流,分別稱為電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電。這種由于電子-空穴對的產(chǎn)生而形成的混合型導(dǎo)電稱為本征導(dǎo)電。導(dǎo)帶中的電子會落入空穴,電子-空穴對消失,稱為復(fù)合。復(fù)合時(shí)釋放出的能量變成電磁輻射(發(fā)光)或晶格的熱振動能量(發(fā)熱)。在一定溫度下,電子 - 空穴對的產(chǎn)生和復(fù)合同時(shí)存在并達(dá)到動態(tài)平衡,此時(shí)半導(dǎo)體具有一定的載流子密度,從而具有一定的電阻率。溫度升高時(shí),將產(chǎn)生更多的電子 - 空穴對,載流子密度增加,電阻率減小。無晶格缺陷的純凈半導(dǎo)體的電阻率較大,實(shí)際應(yīng)用不多。

半導(dǎo)體特點(diǎn)

半導(dǎo)體五大特性∶電阻率特性,導(dǎo)電特性,光電特性,負(fù)的電阻率溫度特性,整流特性。在形成晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體中,人為地?fù)饺胩囟ǖ碾s質(zhì)元素,導(dǎo)電性能具有可控性。在光照和熱輻射條件下,其導(dǎo)電性有明顯的變化。晶格:晶體中的原子在空間形成排列整齊的點(diǎn)陣,稱為晶格。共價(jià)鍵結(jié)構(gòu):相鄰的兩個(gè)原子的一對最外層電子(即價(jià)電子)不但各自圍繞自身所屬的原子核運(yùn)動,而且出現(xiàn)在相鄰原子所屬的軌道上,成為共用電子,構(gòu)成共價(jià)鍵。 自由電子的形成:在常溫下,少數(shù)的價(jià)電子由于熱運(yùn)動獲得足夠的能量,掙脫共價(jià)鍵的束縛變成為自由電子。  空穴:價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛變成為自由電子而留下一個(gè)空位置稱空穴。電子電流:在外加電場的作用下,自由電子產(chǎn)生定向移動,形成電子電流??昭娏鳎簝r(jià)電子按一定的方向依次填補(bǔ)空穴(即空穴也產(chǎn)生定向移動),形成空穴電流。本征半導(dǎo)體的電流:電子電流+空穴電流。自由電子和空穴所帶電荷極性不同,它們運(yùn)動方向相反。載流子:運(yùn)載電荷的粒子稱為載流子。導(dǎo)體電的特點(diǎn):導(dǎo)體導(dǎo)電只有一種載流子,即自由電子導(dǎo)電。本征半導(dǎo)體電的特點(diǎn):本征半導(dǎo)體有兩種載流子,即自由電子和空穴均參與導(dǎo)電。本征激發(fā):半導(dǎo)體在熱激發(fā)下產(chǎn)生自由電子和空穴的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。復(fù)合:自由電子在運(yùn)動的過程中如果與空穴相遇就會填補(bǔ)空穴,使兩者同時(shí)消失,這種現(xiàn)象稱為復(fù)合。動態(tài)平衡:在一定的溫度下,本征激發(fā)所產(chǎn)生的自由電子與空穴對,與復(fù)合的自由電子與空穴對數(shù)目相等,達(dá)到動態(tài)平衡。載流子的濃度與溫度的關(guān)系:溫度一定,本征半導(dǎo)體中載流子的濃度是一定的,并且自由電子與空穴的濃度相等。當(dāng)溫度升高時(shí),熱運(yùn)動加劇,掙脫共價(jià)鍵束縛的自由電子增多,空穴也隨之增多(即載流子的濃度升高),導(dǎo)電性能增強(qiáng);當(dāng)溫度降低,則載流子的濃度降低,導(dǎo)電性能變差。結(jié)論:本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能與溫度有關(guān)。半導(dǎo)體材料性能對溫度的敏感性,可制作熱敏和光敏器件,又造成半導(dǎo)體器件溫度穩(wěn)定性差的原因。雜質(zhì)半導(dǎo)體:通過擴(kuò)散工藝,在本征半導(dǎo)體中摻入少量合適的雜質(zhì)元素,可得到雜質(zhì)半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體:在純凈的硅晶體中摻入五價(jià)元素(如磷),使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了N型半導(dǎo)體。多數(shù)載流子:N型半導(dǎo)體中,自由電子的濃度大于空穴的濃度,稱為多數(shù)載流子,簡稱多子。少數(shù)載流子:N型半導(dǎo)體中,空穴為少數(shù)載流子,簡稱少子。施子原子:雜質(zhì)原子可以提供電子,稱施子原子。N型半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性:它是靠自由電子導(dǎo)電,摻入的雜質(zhì)越多,多子(自由電子)的濃度就越高,導(dǎo)電性能也就越強(qiáng)。P型半導(dǎo)體:在純凈的硅晶體中摻入三價(jià)元素(如硼),使之取代晶格中硅原子的位置,形成P型半導(dǎo)體。多子:P型半導(dǎo)體中,多子為空穴。少子:P型半導(dǎo)體中,少子為電子。受主原子:雜質(zhì)原子中的空位吸收電子,稱受主原子。P型半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性:摻入的雜質(zhì)越多,多子(空穴)的濃度就越高,導(dǎo)電性能也就越強(qiáng)。結(jié)論:多子的濃度決定于雜質(zhì)濃度。少子的濃度決定于溫度。PN結(jié)的形成:將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在同一塊硅片上,在它們的交界面就形成PN結(jié)。PN結(jié)的特點(diǎn):具有單向?qū)щ娦?。擴(kuò)散運(yùn)動:物質(zhì)總是從濃度高的地方向濃度低的地方運(yùn)動,這種由于濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動稱為擴(kuò)散運(yùn)動。空間電荷區(qū):擴(kuò)散到P區(qū)的自由電子與空穴復(fù)合,而擴(kuò)散到N區(qū)的空穴與自由電子復(fù)合,所以在交界面附近多子的濃度下降,P區(qū)出現(xiàn)負(fù)離子區(qū),N區(qū)出現(xiàn)正離子區(qū),它們是不能移動,稱為空間電荷區(qū)。電場形成:空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場??臻g電荷加寬,內(nèi)電場增強(qiáng),其方向由N區(qū)指向P區(qū),阻止擴(kuò)散運(yùn)動的進(jìn)行。漂移運(yùn)動:在電場力作用下,載流子的運(yùn)動稱漂移運(yùn)動。PN結(jié)的形成過程:如圖所示,將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在同一塊硅片上,在無外電場和其它激發(fā)作用下,參與擴(kuò)散運(yùn)動的多子數(shù)目等于參與漂移運(yùn)動的少子數(shù)目,從而達(dá)到動態(tài)平衡,形成PN結(jié)。PN結(jié)的形成過程電位差:空間電荷區(qū)具有一定的寬度,形成電位差Uho,電流為零。耗盡層:絕大部分空間電荷區(qū)內(nèi)自由電子和空穴的數(shù)目都非常少,在分析PN結(jié)時(shí)常忽略載流子的作用,而只考慮離子區(qū)的電荷,稱耗盡層。   PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/h3>

P端接電源的正極,N端接電源的負(fù)極稱之為PN結(jié)正偏。此時(shí)PN結(jié)如同一個(gè)開關(guān)合上,呈現(xiàn)很小的電阻,稱之為導(dǎo)通狀態(tài)。P端接電源的負(fù)極,N端接電源的正極稱之為PN結(jié)反偏,此時(shí)PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài),如同開關(guān)打開。結(jié)電阻很大,當(dāng)反向電壓加大到一定程度,PN結(jié)會發(fā)生擊穿而損壞。

伏安特性曲線

伏安特性曲線:加在PN結(jié)兩端的電壓和流過二極管的電流之間的關(guān)系曲線稱為伏安特性曲線。如圖所示:PN伏安特性正向特性:u>0的部分稱為正向特性。反向特性:u<0的部分稱為反向特性。反向擊穿:當(dāng)反向電壓超過一定數(shù)值U(BR)后,反向電流急劇增加,稱之反向擊穿。勢壘電容:耗盡層寬窄變化所等效的電容稱為勢壘電容Cb。變?nèi)荻O管:當(dāng)PN結(jié)加反向電壓時(shí),Cb明顯隨u的變化而變化,而制成各種變?nèi)荻O管。如下圖所示。PN結(jié)的勢壘電容平衡少子:PN結(jié)處于平衡狀態(tài)時(shí)的少子稱為平衡少子。非平衡少子:PN結(jié)處于正向偏置時(shí),從P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴和從N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的自由電子均稱為非平衡少子。擴(kuò)散電容:擴(kuò)散區(qū)內(nèi)電荷的積累和釋放過程與電容器充、放電過程相同,這種電容效應(yīng)稱為Cd。結(jié)電容:勢壘電容與擴(kuò)散電容之和為PN結(jié)的結(jié)電容Cj。

半導(dǎo)體雜質(zhì)

半導(dǎo)體中的雜質(zhì)對電阻率的影響非常大。半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)時(shí),雜質(zhì)原子附近的周期勢場受到干擾并形成附加的束縛狀態(tài),在禁帶中產(chǎn)加的雜質(zhì)能級。例如四價(jià)元素鍺或硅晶體中摻入五價(jià)元素磷、砷、銻等雜質(zhì)原子時(shí),雜質(zhì)原子作為晶格的一分子,其五個(gè)價(jià)電子中有四個(gè)與周圍的鍺(或硅)原子形成共價(jià)結(jié)合,多余的一個(gè)電子被束縛于雜質(zhì)原子附近,產(chǎn)生類氫能級。雜質(zhì)能級位于禁帶上方靠近導(dǎo)帶底附近。雜質(zhì)能級上的電子很易激發(fā)到導(dǎo)帶成為電子載流子。這種能提供電子載流子的雜質(zhì)稱為施主,相應(yīng)能級稱為施主能級。施主能級上的電子躍遷到導(dǎo)帶所需能量比從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶所需能量小得多(圖2)。在鍺或硅晶體中摻入微量三價(jià)元素硼、鋁、鎵等雜質(zhì)原子時(shí),雜質(zhì)原子與周圍四個(gè)鍺(或硅)原子形成共價(jià)結(jié)合時(shí)尚缺少一個(gè)電子,因而存在一個(gè)空位,與此空位相應(yīng)的能量狀態(tài)就是雜質(zhì)能級,通常位于禁帶下方靠近價(jià)帶處。價(jià)帶中的電子很易激發(fā)到雜質(zhì)能級上填補(bǔ)這個(gè)空位,使雜質(zhì)原子成為負(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(圖3)。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,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。P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體相互接觸時(shí),其交界區(qū)域稱為PN結(jié)。P區(qū)中的自由空穴和N區(qū)中的自由電子要向?qū)Ψ絽^(qū)域擴(kuò)散,造成正負(fù)電荷在 PN 結(jié)兩側(cè)的積累,形成電偶極層(圖4 )。電偶極層中的電場方向正好阻止擴(kuò)散的進(jìn)行。當(dāng)由于載流子數(shù)密度不等引起的擴(kuò)散作用與電偶層中電場的作用達(dá)到平衡時(shí),P區(qū)和N區(qū)之間形成一定的電勢差,稱為接觸電勢差。由于P 區(qū)中的空穴向N區(qū)擴(kuò)散后與N區(qū)中的電子復(fù)合,而N區(qū)中的電子向P區(qū)擴(kuò)散后與P 區(qū)中的空穴復(fù)合,這使電偶極層中自由載流子數(shù)減少而形成高阻層,故電偶極層也叫阻擋層,阻擋層的電阻值往往是組成PN結(jié)的半導(dǎo)體的原有阻值的幾十倍乃至幾百倍。PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?,半?dǎo)體整流管就是利用PN結(jié)的這一特性制成的。PN結(jié)的另一重要性質(zhì)是受到光照后能產(chǎn)生電動勢,稱光生伏打效應(yīng),可利用來制造光電池。半導(dǎo)體三極管、可控硅、PN結(jié)光敏器件和發(fā)光二極管等半導(dǎo)體器件均利用了PN結(jié)的特性。半導(dǎo)體之所以能廣泛應(yīng)用在今日的數(shù)位世界中,憑借的就是其能借由在其晶格中植入雜質(zhì)改變其電性,這個(gè)過程稱之為摻雜(doping)。摻雜進(jìn)入本質(zhì)半導(dǎo)體(intrinsic semiconductor)的雜質(zhì)濃度與極性皆會對半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性產(chǎn)生很大的影響。而摻雜過的半導(dǎo)體則稱為外質(zhì)半導(dǎo)體(extrinsic semiconductor)。哪種材料適合作為某種半導(dǎo)體材料的摻雜物(dopant)需視兩者的原子特性而定。一般而言,摻雜物依照其帶給被摻雜材料的電荷正負(fù)被區(qū)分為施體(donor)與受體(acceptor)。施體原子帶來的價(jià)電子(valence electrons)大多會與被摻雜的材料原子產(chǎn)生共價(jià)鍵,進(jìn)而被束縛。而沒有和被摻雜材料原子產(chǎn)生共價(jià)鍵的電子則會被施體原子微弱地束縛住,這個(gè)電子又稱為施體電子。和本質(zhì)半導(dǎo)體的價(jià)電子比起來,施體電子躍遷至傳導(dǎo)帶所需的能量較低,比較容易在半導(dǎo)體材料的晶格中移動,產(chǎn)生電流。雖然施體電子獲得能量會躍遷至傳導(dǎo)帶,但并不會和本質(zhì)半導(dǎo)體一樣留下一個(gè)電洞,施體原子在失去了電子后只會固定在半導(dǎo)體材料的晶格中。因此這種因?yàn)閾诫s而獲得多余電子提供傳導(dǎo)的半導(dǎo)體稱為n型半導(dǎo)體(n-type semiconductor),n代表帶負(fù)電荷的電子。和施體相對的,受體原子進(jìn)入半導(dǎo)體晶格后,因?yàn)槠鋬r(jià)電子數(shù)目比半導(dǎo)體原子的價(jià)電子數(shù)量少,等效上會帶來一個(gè)的空位,這個(gè)多出的空位即可視為電洞。受體摻雜后的半導(dǎo)體稱為p型半導(dǎo)體(p-type semiconductor),p代表帶正電荷的電洞。以一個(gè)硅的本質(zhì)半導(dǎo)體來說明摻雜的影響。硅有四個(gè)價(jià)電子,常用于硅的摻雜物有三價(jià)與五價(jià)的元素。當(dāng)只有三個(gè)價(jià)電子的三價(jià)元素如硼(boron)摻雜至硅半導(dǎo)體中時(shí),硼扮演的即是受體的角色,摻雜了硼的硅半導(dǎo)體就是p型半導(dǎo)體。反過來說,如果五價(jià)元素如磷(phosphorus)摻雜至硅半導(dǎo)體時(shí),磷扮演施體的角色,摻雜磷的硅半導(dǎo)體成為n型半導(dǎo)體。   一個(gè)半導(dǎo)體材料有可能先后摻雜施體與受體,而如何決定此外質(zhì)半導(dǎo)體為n型或p型必須視摻雜后的半導(dǎo)體中,受體帶來的電洞濃度較高或是施體帶來的電子濃度較高,亦即何者為此外質(zhì)半導(dǎo)體的“多數(shù)載子”(majority carrier)。和多數(shù)載子相對的是少數(shù)載子(minority carrier)。對于半導(dǎo)體元件的操作原理分析而言,少數(shù)載子在半導(dǎo)體中的行為有著非常重要的地位。半導(dǎo)體載子濃度   摻雜物濃度對于半導(dǎo)體最直接的影響在于其載子濃度。在熱平衡的狀態(tài)下,一個(gè)未經(jīng)摻雜的本質(zhì)半導(dǎo)體,電子與電洞的濃度相等,如下列公式所示:n = p = ni 其中n是半導(dǎo)體內(nèi)的電子濃度、p則是半導(dǎo)體的電洞濃度,ni則是本質(zhì)半導(dǎo)體的載子濃度。ni會隨著材料或溫度的不同而改變。對于室溫下的硅而言,ni大約是1×10 cm。通常摻雜濃度越高,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性就會變得越好,原因是能進(jìn)入傳導(dǎo)帶的電子數(shù)量會隨著摻雜濃度提高而增加。摻雜濃度非常高的半導(dǎo)體會因?yàn)閷?dǎo)電性接近金屬而被廣泛應(yīng)用在今日的集成電路制程來取代部份金屬。高摻雜濃度通常會在n或是p后面附加一上標(biāo)的“+”號,例如n 代表摻雜濃度非常高的n型半導(dǎo)體,反之例如p 則代表輕摻雜的p型半導(dǎo)體。需要特別說明的是即使摻雜濃度已經(jīng)高到讓半導(dǎo)體“退化”(degenerate)為導(dǎo)體,摻雜物的濃度和原本的半導(dǎo)體原子濃度比起來還是差距非常大。以一個(gè)有晶格結(jié)構(gòu)的硅本質(zhì)半導(dǎo)體而言,原子濃度大約是5×10 cm,而一般集成電路制程里的摻雜濃度約在10 cm至10 cm之間。摻雜濃度在10 cm以上的半導(dǎo)體在室溫下通常就會被視為是一個(gè)“簡并半導(dǎo)體”(degenerated semiconductor)。重?fù)诫s的半導(dǎo)體中,摻雜物和半導(dǎo)體原子的濃度比約是千分之一,而輕摻雜則可能會到十億分之一的比例。在半導(dǎo)體制程中,摻雜濃度都會依照所制造出元件的需求量身打造,以合于使用者的需求。摻雜對半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的影響摻雜之后的半導(dǎo)體能帶會有所改變。依照摻雜物的不同,本質(zhì)半導(dǎo)體的能隙之間會出現(xiàn)不同的能階。施體原子會在靠近傳導(dǎo)帶的地方產(chǎn)生一個(gè)新的能階,而受體原子則是在靠近價(jià)帶的地方產(chǎn)生新的能階。假設(shè)摻雜硼原子進(jìn)入硅,則因?yàn)榕鸬哪茈A到硅的價(jià)帶之間僅有0.045電子伏特,遠(yuǎn)小于硅本身的能隙1.12電子伏特,所以在室溫下就可以使摻雜到硅里的硼原子完全解離化(ionize)。   摻雜物對于能帶結(jié)構(gòu)的另一個(gè)重大影響是改變了費(fèi)米能階的位置。在熱平衡的狀態(tài)下費(fèi)米能階依然會保持定值,這個(gè)特性會引出很多其他有用的電特性。舉例來說,一個(gè)p-n接面(p-n junction)的能帶會彎折,起因是原本p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體的費(fèi)米能階位置各不相同,但是形成p-n接面后其費(fèi)米能階必須保持在同樣的高度,造成無論是p型或是n型半導(dǎo)體的傳導(dǎo)帶或價(jià)帶都會被彎曲以配合接面處的能帶差異。上述的效應(yīng)可以用能帶圖(band diagram)來解釋,。在能帶圖里橫軸代表位置,縱軸則是能量。圖中也有費(fèi)米能階,半導(dǎo)體的本質(zhì)費(fèi)米能階(intrinsic Fermi level)通常以Ei來表示。在解釋半導(dǎo)體元件的行為時(shí),能帶圖是非常有用的工具。為了滿足量產(chǎn)上的需求,半導(dǎo)體的電性必須是可預(yù)測并且穩(wěn)定的,因此包括摻雜物的純度以及半導(dǎo)體晶格結(jié)構(gòu)的品質(zhì)都必須嚴(yán)格要求。常見的品質(zhì)問題包括晶格的錯(cuò)位(dislocation)、雙晶面(twins),或是堆棧錯(cuò)誤(stacking fault)都會影響半導(dǎo)體材料的特性。對于一個(gè)半導(dǎo)體元件而言,材料晶格的缺陷通常是影響元件性能的主因。目前用來成長高純度單晶半導(dǎo)體材料最常見的方法稱為裘可拉斯基制程(Czochralski process)。這種制程將一個(gè)單晶的晶種(seed)放入溶解的同材質(zhì)液體中,再以旋轉(zhuǎn)的方式緩緩向上拉起。在晶種被拉起時(shí),溶質(zhì)將會沿著固體和液體的接口固化,而旋轉(zhuǎn)則可讓溶質(zhì)的溫度均勻。

半導(dǎo)體歷史

半導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)實(shí)際上可以追溯到很久以前,   1833年,英國巴拉迪最先發(fā)現(xiàn)硫化銀的電阻隨著溫度的變化情況不同于一般金屬,一般情況下,金屬的電阻隨溫度升高而增加,但巴拉迪發(fā)現(xiàn)硫化銀材料的電阻是隨著溫度的上升而降低。這是半導(dǎo)體現(xiàn)象的首次發(fā)現(xiàn)。   不久, 1839年法國的貝克萊爾發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體和電解質(zhì)接觸形成的結(jié),在光照下會產(chǎn)生一個(gè)電壓,這就是后來人們熟知的光生伏特效應(yīng),這是被發(fā)現(xiàn)的半導(dǎo)體的第二個(gè)特征。   在1874年,德國的布勞恩觀察到某些硫化物的電導(dǎo)與所加電場的方向有關(guān),即它的導(dǎo)電有方向性,在它兩端加一個(gè)正向電壓,它是導(dǎo)通的;如果把電壓極性反過來,它就不導(dǎo)電,這就是半導(dǎo)體的整流效應(yīng),也是半導(dǎo)體所特有的第三種特性。同年,舒斯特又發(fā)現(xiàn)了銅與氧化銅的整流效應(yīng)。   1873年,英國的史密斯發(fā)現(xiàn)硒晶體材料在光照下電導(dǎo)增加的光電導(dǎo)效應(yīng),這是半導(dǎo)體又一個(gè)特有的性質(zhì)。 半導(dǎo)體的這四個(gè)效應(yīng),(jianxia霍爾效應(yīng)的余績──四個(gè)伴生效應(yīng)的發(fā)現(xiàn))雖在1880年以前就先后被發(fā)現(xiàn)了,但半導(dǎo)體這個(gè)名詞大概到1911年才被考尼白格和維斯首次使用。而總結(jié)出半導(dǎo)體的這四個(gè)特性一直到1947年12月才由貝爾實(shí)驗(yàn)室完成。   很多人會疑問,為什么半導(dǎo)體被認(rèn)可需要這么多年呢?主要原因是當(dāng)時(shí)的材料不純。沒有好的材料,很多與材料相關(guān)的問題就難以說清楚。如果感興趣可以讀一下Robert W.Cahn的The coming of Materials Science中關(guān)于半導(dǎo)體的一些說明。   半導(dǎo)體于室溫時(shí)電導(dǎo)率約在10ˉ10~10000/Ω·cm之間,純凈的半導(dǎo)體溫度升高時(shí)電導(dǎo)率按指數(shù)上升。半導(dǎo)體材料有很多種,按化學(xué)成分可分為元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體兩大類。除上述晶態(tài)半導(dǎo)體外,還有非晶態(tài)的有機(jī)物半導(dǎo)體等和本征半導(dǎo)體。

半導(dǎo)體應(yīng)用

最早的實(shí)用“半導(dǎo)體”是「電晶體(Transistor)/ 二極體(Diode)」。   一、在 無電收音機(jī)(Radio)及 電視機(jī)(Television)中,作為“訊號放大器 /整流器”用。   二、近來發(fā)展「太陽能(Solar Power)」,也用在「光電池(Solar Cell)」中。   三、半導(dǎo)體可以用來測量溫度,測溫范圍可以達(dá)到生產(chǎn)、生活、醫(yī)療衛(wèi)生、科研教學(xué)等應(yīng)用的70%的領(lǐng)域,有較高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性,分辨率可達(dá)0.1℃,甚至達(dá)到0.01℃也不是不可能,線性度0.2%,測溫范圍-100~+300℃,是性價(jià)比極高的一種測溫元件。

半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展

世界半導(dǎo)體行業(yè)巨頭紛紛到國內(nèi)投資,整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)快速發(fā)展,這也要求材料業(yè)要跟上半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的步伐??梢哉f,市場發(fā)展為半導(dǎo)體支撐材料業(yè)帶來前所未有的發(fā)展機(jī)遇。

各國半導(dǎo)體命名方法

一、 中國半導(dǎo)體器件型號命名方法

 半導(dǎo)體器件型號由五部分(場效應(yīng)器件、半導(dǎo)體特殊器件、復(fù)合管、PIN型管、激光器件的型號命名只有第三、四、五部分)組成。五個(gè)部分意義如下:   第一部分:用數(shù)字表示半導(dǎo)體器件有效電極數(shù)目。2-二極管、3-三極管   第二部分:用漢語拼音字母表示半導(dǎo)體器件的材料和極性。表示二極管時(shí):A-N型鍺材料、B-P型鍺材料、C-N型硅材料、D-P型硅材料。表示三極管時(shí):A-PNP型鍺材料、B-NPN型鍺材料、C-PNP型硅材料、D-NPN型硅材料。   第三部分:用漢語拼音字母表示半導(dǎo)體器件的內(nèi)型。P-普通管、V-微波管、W-穩(wěn)壓管、C-參量管、Z-整流管、L-整流堆、S-隧道管、N-阻尼管、U-光電器件、K-開關(guān)管、X-低頻小功率管(F<3MHz,Pc<1W)、G-高頻小功率管(f>3MHz,Pc<1W)、D-低頻大功率管(f<3MHz,Pc>1W)、A-高頻大功率管(f>3MHz,Pc>1W)、T-半導(dǎo)體晶閘管(可控整流器)、Y-體效應(yīng)器件、B-雪崩管、J-階躍恢復(fù)管、CS-場效應(yīng)管、BT-半導(dǎo)體特殊器件、FH-復(fù)合管、PIN-PIN型管、JG-激光器件。   第四部分:用數(shù)字表示序號   第五部分:用漢語拼音字母表示規(guī)格號   例如:3DG18表示NPN型硅材料高頻三極管
 

二、日本半導(dǎo)體分立器件型號命名方法

日本生產(chǎn)的半導(dǎo)體分立器件,由五至七部分組成。通常只用到前五個(gè)部分,其各部分的符號意義如下:   第一部分:用數(shù)字表示器件有效電極數(shù)目或類型。0-光電(即光敏)二極管三極管及上述器件的組合管、1-二極管、2三極或具有兩個(gè)pn結(jié)的其他器件、3-具有四個(gè)有效電極或具有三個(gè)pn結(jié)的其他器件、┄┄依此類推。   第二部分:日本電子工業(yè)協(xié)會JEIA注冊標(biāo)志。S-表示已在日本電子工業(yè)協(xié)會JEIA注冊登記的半導(dǎo)體分立器件。   第三部分:用字母表示器件使用材料極性和類型。A-PNP型高頻管、B-PNP型低頻管、C-NPN型高頻管、D-NPN型低頻管、F-P控制極可控硅、G-N控制極可控硅、H-N基極單結(jié)晶體管、J-P溝道場效應(yīng)管、K-N 溝道場效應(yīng)管、M-雙向可控硅。   第四部分:用數(shù)字表示在日本電子工業(yè)協(xié)會JEIA登記的順序號。兩位以上的整數(shù)-從“11”開始,表示在日本電子工業(yè)協(xié)會JEIA登記的順序號;不同公司的性能相同的器件可以使用同一順序號;數(shù)字越大,越是近期產(chǎn)品。   第五部分: 用字母表示同一型號的改進(jìn)型產(chǎn)品標(biāo)志。A、B、C、D、E、F表示這一器件是原型號產(chǎn)品的改進(jìn)產(chǎn)品。
 

三、美國半導(dǎo)體分立器件型號命名方法

美國晶體管或其他半導(dǎo)體器件的命名法較混亂。美國電子工業(yè)協(xié)會半導(dǎo)體分立器件命名方法如下:   第一部分:用符號表示器件用途的類型。JAN-軍級、JANTX-特軍級、JANTXV-超特軍級、JANS-宇航級、(無)-非軍用品。   第二部分:用數(shù)字表示pn結(jié)數(shù)目。1-二極管、2=三極管、3-三個(gè)pn結(jié)器件、n-n個(gè)pn結(jié)器件。   第三部分:美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)注冊標(biāo)志。N-該器件已在美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)注冊登記。   第四部分:美國電子工業(yè)協(xié)會登記順序號。多位數(shù)字-該器件在美國電子工業(yè)協(xié)會登記的順序號。   第五部分:用字母表示器件分檔。A、B、C、D、┄┄-同一型號器件的不同檔別。如:JAN2N3251A表示PNP硅高頻小功率開關(guān)三極管,JAN-軍級、2-三極管、N-EIA 注冊標(biāo)志、3251-EIA登記順序號、A-2N3251A檔。
 

四、 國際電子聯(lián)合會半導(dǎo)體型號命名方法

德國、法國、意大利、荷蘭、比利時(shí)等歐洲國家以及匈牙利、羅馬尼亞、南斯拉夫、波蘭等東歐國家,大都采用國際電子聯(lián)合會半導(dǎo)體分立器件型號命名方法。這種命名方法由四個(gè)基本部分組成,各部分的符號及意義如下:   第一部分:用字母表示器件使用的材料。A-器件使用材料的禁帶寬度Eg=0.6~1.0eV 如鍺、B-器件使用材料的Eg=1.0~1.3eV 如硅、C-器件使用材料的Eg>1.3eV 如砷化鎵、D-器件使用材料的Eg<0.6eV 如銻化銦、E-器件使用復(fù)合材料及光電池使用的材料   第二部分:用字母表示器件的類型及主要特征。A-檢波開關(guān)混頻二極管、B-變?nèi)荻O管、C-低頻小功率三極管、D-低頻大功率三極管、E-隧道二極管、F-高頻小功率三極管、G-復(fù)合器件及其他器件、H-磁敏二極管、K-開放磁路中的霍爾元件、L-高頻大功率三極管、M-封閉磁路中的霍爾元件、P-光敏器件、Q-發(fā)光器件、R-小功率晶閘管、S-小功率開關(guān)管、T-大功率晶閘管、U-大功率開關(guān)管、X-倍增二極管、Y-整流二極管、Z-穩(wěn)壓二極管。   第三部分:用數(shù)字或字母加數(shù)字表示登記號。三位數(shù)字-代表通用半導(dǎo)體器件的登記序號、一個(gè)字母加二位數(shù)字-表示專用半導(dǎo)體器件的登記序號。   第四部分:用字母對同一類型號器件進(jìn)行分檔。A、B、C、D、E┄┄-表示同一型號的器件按某一參數(shù)進(jìn)行分檔的標(biāo)志。   除四個(gè)基本部分外,有時(shí)還加后綴,以區(qū)別特性或進(jìn)一步分類。常見后綴如下:   1、穩(wěn)壓二極管型號的后綴。其后綴的第一部分是一個(gè)字母,表示穩(wěn)定電壓值的容許誤差范圍,字母A、B、C、D、E分別表示容許誤差為±1%、±2%、±5%、±10%、±15%;其后綴第二部分是數(shù)字,表示標(biāo)稱穩(wěn)定電壓的整數(shù)數(shù)值;后綴的第三部分是字母V,代表小數(shù)點(diǎn),字母V之后的數(shù)字為穩(wěn)壓管標(biāo)稱穩(wěn)定電壓的小數(shù)值。   2、整流二極管后綴是數(shù)字,表示器件的最大反向峰值耐壓值,單位是伏特。   3、晶閘管型號的后綴也是數(shù)字,通常標(biāo)出最大反向峰值耐壓值和最大反向關(guān)斷電壓中數(shù)值較小的那個(gè)電壓值。   如:BDX51-表示NPN硅低頻大功率三極管,AF239S-表示PNP鍺高頻小功率三極管。   五、歐洲早期半導(dǎo)體分立器件型號命名法
歐洲有些國家命名方法
  第一部分:O-表示半導(dǎo)體器件   第二部分:A-二極管、C-三極管、AP-光電二極管、CP-光電三極管、AZ-穩(wěn)壓管、RP-光電器件。   第三部分:多位數(shù)字-表示器件的登記序號。   第四部分:A、B、C┄┄-表示同一型號器件的變型產(chǎn)品。

半導(dǎo)體的英文及解釋

  Semiconductor   A semiconductor is a material with an electrical conductivity that is intermediate between that of an insulator and a conductor. A semiconductor behaves as an insulator at very low temperature, and has an appreciable electrical conductivity at room temperature although much lower conductivity than a conductor. Commonly used semiconducting materials are silicon, germanium, and gallium arsenide.


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