APP
無論從科技或是經(jīng)濟發(fā)展的角度來看，半導體的重要性都是非常巨大的。大部分的電子產(chǎn)品，如計算機、移動電話或是數(shù)字錄音機當中的核心單元都和半導體有著極為密切的關(guān)聯(lián)。常見的半導體材料有硅、鍺、砷化鎵等，硅是各種半導體材料應(yīng)用中最具有影響力的一種。
半導體簡介
物質(zhì)存在的形式多種多樣，固體、液體、氣體、等離子體等等。我們通常把導電性和導電導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。而把導電、導熱都比較好的金屬如金、銀、銅、鐵、錫、鋁等稱為導體?？梢院唵蔚陌呀橛趯w和絕緣體之間的材料稱為半導體。與導體和絕緣體相比，半導體材料的發(fā)現(xiàn)是最晚的，直到20世紀30年代，當材料的提純技術(shù)改進以后，半導體的存在才真正被學術(shù)界認可。
半導體的分類，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)計方法等進行分類，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)字混成及功能進行分類的方法。
半導體定義
電阻率介于金屬和絕緣體之間并有負的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì)。
半導體室溫時電阻率約在10E-5～10E7歐·米之間，溫度升高時電阻率指數(shù)則減小。
半導體材料很多，按化學成分可分為元素半導體和化合物半導體兩大類。
鍺和硅是最常用的元素半導體；化合物半導體包括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)半導體外，還有非晶態(tài)的玻璃半導體、有機半導體等。
半導體：意指半導體收音機，因收音機中的晶體管由半導體材料制成而得名。
本征半導體 不含雜質(zhì)且無晶格缺陷的半導體稱為本征半導體。在極低溫度下，半導體的價帶是滿帶(見能帶理論)，受到熱激發(fā)后，價帶中的部分電子會越過禁帶進入能量較高的空帶，空帶中存在電子后成為導帶，價帶中缺少一個電子后形成一個帶正電的空位，稱為空穴。導帶中的電子和價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)生定向運動而形成宏觀電流，分別稱為電子導電和空穴導電。這種由于電子-空穴對的產(chǎn)生而形成的混合型導電稱為本征導電。導帶中的電子會落入空穴，電子-空穴對消失，稱為復合。復合時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)生和復合同時存在并達到動態(tài)平衡，此時半導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，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體的電阻率較大，實際應(yīng)用不多。
半導體特點
半導體五大特性∶電阻率特性，導電特性，光電特性，負的電阻率溫度特性，整流特性。
在形成晶體結(jié)構(gòu)的半導體中，人為地摻入特定的雜質(zhì)元素，導電性能具有可控性。
在光照和熱輻射條件下，其導電性有明顯的變化。
晶格：晶體中的原子在空間形成排列整齊的點陣，稱為晶格。
共價鍵結(jié)構(gòu)：相鄰的兩個原子的一對最外層電子（即價電子）不但各自圍繞自身所屬的原子核運動，而且出現(xiàn)在相鄰原子所屬的軌道上，成為共用電子，構(gòu)成共價鍵。
自由電子的形成：在常溫下，少數(shù)的價電子由于熱運動獲得足夠的能量，掙脫共價鍵的束縛變成為自由電子。
空穴：價電子掙脫共價鍵的束縛變成為自由電子而留下一個空位置稱空穴。
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。
空穴電流：價電子按一定的方向依次填補空穴（即空穴也產(chǎn)生定向移動），形成空穴電流。
本征半導體的電流：電子電流+空穴電流。自由電子和空穴所帶電荷極性不同，它們運動方向相反。
載流子：運載電荷的粒子稱為載流子。
導體電的特點：導體導電只有一種載流子，即自由電子導電。
本征半導體電的特點：本征半導體有兩種載流子，即自由電子和空穴均參與導電。
本征激發(fā)：半導體在熱激發(fā)下產(chǎn)生自由電子和空穴的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。
復合：自由電子在運動的過程中如果與空穴相遇就會填補空穴，使兩者同時消失，這種現(xiàn)象稱為復合。
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，與復合的自由電子與空穴對數(shù)目相等，達到動態(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。當溫度升高時，熱運動加劇，掙脫共價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），導電性能增強；當溫度降低，則載流子的濃度降低，導電性能變差。
結(jié)論：本征半導體的導電性能與溫度有關(guān)。半導體材料性能對溫度的敏感性，可制作熱敏和光敏器件，又造成半導體器件溫度穩(wěn)定性差的原因。
雜質(zhì)半導體：通過擴散工藝，在本征半導體中摻入少量合適的雜質(zhì)元素，可得到雜質(zhì)半導體。
N型半導體：在純凈的硅晶體中摻入五價元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半導體。
多數(shù)載流子：N型半導體中，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型半導體的導電特性：它是靠自由電子導電，摻入的雜質(zhì)越多，多子（自由電子）的濃度就越高，導電性能也就越強。
P型半導體：在純凈的硅晶體中摻入三價元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，形成P型半導體。
多子：P型半導體中，多子為空穴。
少子：P型半導體中，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型半導體的導電特性：摻入的雜質(zhì)越多，多子（空穴）的濃度就越高，導電性能也就越強。
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型半導體與N型半導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：具有單向?qū)щ娦浴?/p>
擴散運動：物質(zhì)總是從濃度高的地方向濃度低的地方運動，這種由于濃度差而產(chǎn)生的運動稱為擴散運動。
空間電荷區(qū)：擴散到P區(qū)的自由電子與空穴復合，而擴散到N區(qū)的空穴與自由電子復合，所以在交界面附近多子的濃度下降，P區(qū)出現(xiàn)負離子區(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。
空間電荷加寬，內(nèi)電場增強，其方向由N區(qū)指向P區(qū)，阻止擴散運動的進行。
漂移運動：在電場力作用下，載流子的運動稱漂移運動。
PN結(jié)的形成過程：將P型半導體與N型半導體制作在同一塊硅片上，在無外電場和其它激發(fā)作用下，參與擴散運動的多子數(shù)目等于參與漂移運動的少子數(shù)目，從而達到動態(tài)平衡，形成PN結(jié)。
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>
P端接電源的正極，N端接電源的負極稱之為PN結(jié)正偏。此時PN結(jié)如同一個開關(guān)合上，呈現(xiàn)很小的電阻，稱之為導通狀態(tài)。
P端接電源的負極，N端接電源的正極稱之為PN結(jié)反偏，此時PN結(jié)處于截止狀態(tài)，如同開關(guān)打開。結(jié)電阻很大，當反向電壓加大到一定程度，PN結(jié)會發(fā)生擊穿而損壞。
產(chǎn)品種類
（1）元素半導體。元素半導體是指單一元素構(gòu)成的半導體，其中對硅、硒的研究比較早。它是由相同元素組成的具有半導體特性的固體材料，容易受到微量雜質(zhì)和外界條件的影響而發(fā)生變化。目前， 只有硅、鍺性能好，運用的比較廣，硒在電子照明和光電領(lǐng)域中應(yīng)用。硅在半導體工業(yè)中運用的多，這主要受到二氧化硅的影響，能夠在器件制作上形成掩膜，能夠提高半導體器件的穩(wěn)定性，利于自動化工業(yè)生產(chǎn)。
（2）無機合成物半導體。無機合成物主要是通過單一元素構(gòu)成半導體材料，當然也有多種元素構(gòu)成的半導體材料，主要的半導體性質(zhì)有I族與V、VI、VII族；II族與IV、V、VI、VII族；III族與V、VI族；IV族與IV、VI族;V族與VI族；VI族與VI族的結(jié)合化合物，但受到元素的特性和制作方式的影響，不是所有的化合物都能夠符合半導體材料的要求。這一半導體主要運用到高速器件中，InP制造的晶體管的速度比其他材料都高，主要運用到光電集成電路、抗核輻射器件中。 對于導電率高的材料，主要用于LED等方面。
（3）有機合成物半導體。有機化合物是指含分子中含有碳鍵的化合物，把有機化合物和碳鍵垂直，疊加的方式能夠形成導帶，通過化學的添加，能夠讓其進入到能帶，這樣可以發(fā)生電導率，從而形成有機化合物半導體。這一半導體和以往的半導體相比，具有成本低、溶解性好、材料輕加工容易的特點?？梢酝ㄟ^控制分子的方式來控制導電性能，應(yīng)用的范圍比較廣，主要用于有機薄膜、有機照明等方面。
（4）非晶態(tài)半導體。它又被叫做無定形半導體或玻璃半導體，屬于半導電性的一類材料。非晶半導體和其他非晶材料一樣，都是短程有序、長程無序結(jié)構(gòu)。它主要是通過改變原子相對位置，改變原有的周期性排列，形成非晶硅。晶態(tài)和非晶態(tài)主要區(qū)別于原子排列是否具有長程序。非晶態(tài)半導體的性能控制難，隨著技術(shù)的發(fā)明，非晶態(tài)半導體開始使用。這一制作工序簡單，主要用于工程類，在光吸收方面有很好的效果，主要運用到太陽能電池和液晶顯示屏中。
（5）本征半導體：不含雜質(zhì)且無晶格缺陷的半導體稱為本征半導體。在極低溫度下，半導體的價帶是滿帶，受到熱激發(fā)后，價帶中的部分電子會越過禁帶進入能量較高的空帶，空帶中存在電子后成為導帶，價帶中缺少一個電子后形成一個帶正電的空位，稱為空穴?？昭▽щ姴⒉皇菍嶋H運動，而是一種等效。電子導電時等電量的空穴會沿其反方向運動。它們在外電場作用下產(chǎn)生定向運動而形成宏觀電流，分別稱為電子導電和空穴導電。這種由于電子-空穴對的產(chǎn)生而形成的混合型導電稱為本征導電。導帶中的電子會落入空穴，電子-空穴對消失，稱為復合。復合時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)生和復合同時存在并達到動態(tài)平衡，此時半導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，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體的電阻率較大，實際應(yīng)用不多。
半導體產(chǎn)品種類豐富，涵蓋了從基本的二極管、晶體管到復雜的集成電路和微處理器等多個領(lǐng)域。以下是對半導體產(chǎn)品種類的詳細歸納：
一、集成電路（IC）
定義：通過一系列特定的加工工藝，將晶體管、二極管等有源器件和電阻器、電容器等無源元件，按照一定的電路互聯(lián)，“集成”在半導體晶片上，封裝在一個外殼內(nèi)，執(zhí)行特定功能的電路或系統(tǒng)。
分類：
按電路信號處理的方式：
數(shù)字集成電路：基于數(shù)字邏輯（布爾代數(shù)）設(shè)計和運行的，用于處理數(shù)字信號的集成電路。包括邏輯芯片（如CPU、GPU、ASIC、FPGA等）、微處理器（如MCU、MPU、DSP等）和存儲器（如DRAM、NAND FLASH、NOR FLASH等）。
模擬集成電路：可處理連續(xù)函數(shù)形式模擬信號，從應(yīng)用角度可分為信號鏈路和電源管理兩大類。信號鏈路芯片能實現(xiàn)對模擬信號進行收發(fā)、轉(zhuǎn)換、放大、過濾等功能，電源管理芯片負責電能變換、分配、檢測和其他電能管理職責。
數(shù)?；旌霞呻娐罚?/strong>在一個系統(tǒng)中兩種信號處理方式混合存在，主要產(chǎn)品包括數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、調(diào)制解調(diào)芯片等。
按制造工藝：如14nm芯片、7nm芯片等，這里的數(shù)字指芯片內(nèi)部晶體管柵極的最小線寬（柵寬）。工藝制程越先進，芯片的性能越高，但制造成本也越高。
按使用功能：
計算功能：如CPU、SoC、FPGA、MCU等主控芯片，以及GPU、AI芯片等輔助芯片。
數(shù)據(jù)存儲功能：如DRAM、SDRAM、ROM、NAND等存儲器。
感知功能：如MEMS傳感器、指紋芯片、CIS等，主要通過感知外部世界并轉(zhuǎn)化為電信號。
傳輸功能：如藍牙、WIFI、NB-IOT、寬帶、USB接口、以太網(wǎng)接口、HDMI接口、驅(qū)動控制等，用于數(shù)據(jù)傳輸。
能源供給功能：如電源芯片、DC-AC、LDO等，用于能源供給和管理。
按設(shè)計方式：
FPGA：通用可編程邏輯芯片，可以DIY編程實現(xiàn)各種各樣的數(shù)字電路，靈活性強。
ASIC：專用數(shù)字芯片，設(shè)計好數(shù)字電路后流片生成出來的是不可以更改的芯片，專用性強。
二、分立器件
定義：內(nèi)部并不集成其他任何的電子元器件，只具有簡單的電壓電流轉(zhuǎn)換或控制功能。
分類：包括二極管、三極管、晶閘管、功率半導體器件（如LDMOS、IGBT、MOSFET等）等。分立器件相比集成電路體積更大，但在超大功率、半導體照明等場合具有優(yōu)勢。
三、光電子器件
定義：半導體技術(shù)與光學技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，實現(xiàn)光電信號的相互轉(zhuǎn)換。
分類：包括CCD、CIS、LED、光子探測器、光耦合器、激光芯片等。按照是否發(fā)生光電信號轉(zhuǎn)化，可分為有源光芯片（如發(fā)射芯片與接收芯片）和無源光芯片（如光開關(guān)芯片、光分束器芯片）兩類。
四、傳感器
定義：利用半導體的壓阻效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)、磁電效應(yīng)等原理制成，用于測量溫度、濕度、壓力、加速度、磁場和有害氣體等物理量。
分類：主要產(chǎn)品包括MEMS傳感器、指紋識別芯片、視覺傳感器芯片等。MEMS傳感器一般由MEMS芯片和與之配套的ASIC（專用集成電路）芯片構(gòu)成。
綜上所述，半導體產(chǎn)品種類繁多，每種產(chǎn)品都有其獨特的應(yīng)用領(lǐng)域和優(yōu)勢。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，半導體產(chǎn)品的性能和功能也在不斷提升和拓展。
雜質(zhì)介紹
半導體中的雜質(zhì)對電阻率的影響非常大。半導體中摻入微量雜質(zhì)時，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。例如四價元素鍺或硅晶體中摻入五價元素磷、砷、銻等雜質(zhì)原子時，雜質(zhì)原子作為晶格的一分子，其五個價電子中有四個與周圍的鍺（或硅）原子形成共價結(jié)合，多余的一個電子被束縛于雜質(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帶底附近。雜質(zhì)能級上的電子很易激發(fā)到導帶成為電子載流子。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帶所需能量比從價帶激發(fā)到導帶所需能量小得多。在鍺或硅晶體中摻入微量三價元素硼、鋁、鎵等雜質(zhì)原子時，雜質(zhì)原子與周圍四個鍺（或硅）原子形成共價結(jié)合時尚缺少一個電子，因而存在一個空位，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帶處。價帶中的電子很易激發(fā)到雜質(zhì)能級上填補這個空位，使雜質(zhì)原子成為負離子。價帶中由于缺少一個電子而形成一個空穴載流子。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，在價帶中形成一個空穴載流子所需能量比本征半導體情形要小得多。半導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)增加而導致電阻率減小，半導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)的半導體，導電載流子主要是導帶中的電子，屬電子型導電，稱N型半導體。摻入受主雜質(zhì)的半導體屬空穴型導電，稱P型半導體。半導體在任何溫度下都能產(chǎn)生電子-空穴對，故N型半導體中可存在少量導電空穴，P型半導體中可存在少量導電電子，它們均稱為少數(shù)載流子。在半導體器件的各種效應(yīng)中，少數(shù)載流子常扮演重要角色。
PN結(jié)
P型半導體與N型半導體相互接觸時，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)域擴散，造成正負電荷在 PN 結(jié)兩側(cè)的積累，形成電偶極層。電偶極層中的電場方向正好阻止擴散的進行。當由于載流子數(shù)密度不等引起的擴散作用與電偶層中電場的作用達到平衡時，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)擴散后與N區(qū)中的電子復合，而N區(qū)中的電子向P區(qū)擴散后與P 區(qū)中的空穴復合，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?，半導體整流管就是利用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。半導體三極管、可控硅、PN結(jié)光敏器件和發(fā)光二極管等半導體器件均利用了PN結(jié)的特性。
半導體摻雜
半導體之所以能廣泛應(yīng)用在如今的數(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，這個過程稱之為摻雜（doping）。摻雜進入本質(zhì)半導體（intrinsic semiconductor）的雜質(zhì)濃度與極性皆會對半導體的導電特性產(chǎn)生很大的影響。而摻雜過的半導體則稱為外質(zhì)半導體（extrinsic semiconductor）。
半導體摻雜物
哪種材料適合作為某種半導體材料的摻雜物（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被區(qū)分為施體（donor）與受體（acceptor）。施體原子帶來的價電子（valence electrons）大多會與被摻雜的材料原子產(chǎn)生共價鍵，進而被束縛。而沒有和被摻雜材料原子產(chǎn)生共價鍵的電子則會被施體原子微弱地束縛住，這個電子又稱為施體電子。和本質(zhì)半導體的價電子比起來，施體電子躍遷至傳導帶所需的能量較低，比較容易在半導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帶，但并不會和本質(zhì)半導體一樣留下一個電洞，施體原子在失去了電子后只會固定在半導體材料的晶格中。因此這種因為摻雜而獲得多余電子提供傳導的半導體稱為n型半導體（n-type semiconductor），n代表帶負電荷的電子。
和施體相對的，受體原子進入半導體晶格后，因為其價電子數(shù)目比半導體原子的價電子數(shù)量少，等效上會帶來一個的空位，這個多出的空位即可視為電洞。受體摻雜后的半導體稱為p型半導體（p-type semiconductor），p代表帶正電荷的電洞。
以一個硅的本質(zhì)半導體來說明摻雜的影響。硅有四個價電子，常用于硅的摻雜物有三價與五價的元素。當只有三個價電子的三價元素如硼（boron）摻雜至硅半導體中時，硼扮演的即是受體的角色，摻雜了硼的硅半導體就是p型半導體。反過來說，如果五價元素如磷（phosphorus）摻雜至硅半導體時，磷扮演施體的角色，摻雜磷的硅半導體成為n型半導體。
一個半導體材料有可能先后摻雜施體與受體，而如何決定此外質(zhì)半導體為n型或p型必須視摻雜后的半導體中，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）。對于半導體元件的操作原理分析而言，少數(shù)載子在半導體中的行為有著非常重要的地位。
半導體載子濃度
摻雜物濃度對于半導體直接的影響在于其載子濃度。在熱平衡的狀態(tài)下，一個未經(jīng)摻雜的本質(zhì)半導體，電子與電洞的濃度相等，如下列公式所示：
n = p = ni 其中n是半導體內(nèi)的電子濃度、p則是半導體的電洞濃度，ni則是本質(zhì)半導體的載子濃度。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，半導體的導電性就會變得越好，原因是能進入傳導帶的電子數(shù)量會隨著摻雜濃度提高而增加。摻雜濃度非常高的半導體會因為導電性接近金屬而被廣泛應(yīng)用在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后面附加一上標的“+”號，例如n 代表摻雜濃度非常高的n型半導體，反之例如p 則代表輕摻雜的p型半導體。需要特別說明的是即使摻雜濃度已經(jīng)高到讓半導體“退化”（degenerate）為導體，摻雜物的濃度和原本的半導體原子濃度比起來還是差距非常大。以一個有晶格結(jié)構(gòu)的硅本質(zhì)半導體而言，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以上的半導體在室溫下通常就會被視為是一個“簡并半導體”（degenerated semiconductor）。重摻雜的半導體中，摻雜物和半導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。
摻雜對半導體結(jié)構(gòu)的影響
摻雜之后的半導體能帶會有所改變。依照摻雜物的不同，本質(zhì)半導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帶的地方產(chǎn)生一個新的能階，而受體原子則是在靠近價帶的地方產(chǎn)生新的能階。假設(shè)摻雜硼原子進入硅，則因為硼的能階到硅的價帶之間僅有0.045電子伏特，遠小于硅本身的能隙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)的另一個重大影響是改變了費米能階的位置。在熱平衡的狀態(tài)下費米能階依然會保持定值，這個特性會引出很多其他有用的電特性。舉例來說，一個p-n接面（p-n junction）的能帶會彎折，起因是原本p型半導體和n型半導體的費米能階位置各不相同，但是形成p-n接面后其費米能階必須保持在同樣的高度，造成無論是p型或是n型半導體的傳導帶或價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。圖中也有費米能階，半導體的本質(zhì)費米能階（intrinsic Fermi level）通常以Ei來表示。在解釋半導體元件的行為時，能帶圖是非常有用的工具。
發(fā)展歷程
半導體的發(fā)現(xiàn)實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)半導體和電解質(zhì)接觸形成的結(jié)，在光照下會產(chǎn)生一個電壓，這就是后來人們熟知的光生伏特效應(yīng)，這是被發(fā)現(xiàn)的半導體的第二個特征。
在1874年，德國的布勞恩觀察到某些硫化物的電導與所加電場的方向有關(guān)，即它的導電有方向性，在它兩端加一個正向電壓，它是導通的；如果把電壓極性反過來，它就不導電，這就是半導體的整流效應(yīng)，也是半導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增加的光電導效應(yīng)，這是半導體又一個特有的性質(zhì)。 半導體的這四個效應(yīng)，(jianxia霍爾效應(yīng)的余績──四個伴生效應(yīng)的發(fā)現(xiàn))雖在1880年以前就先后被發(fā)現(xiàn)了，但半導體這個名詞大概到1911年才被考尼白格和維斯首次使用。而總結(jié)出半導體的這四個特性一直到1947年12月才由貝爾實驗室完成。
很多人會疑問，為什么半導體被認可需要這么多年呢？主要原因是當時的材料不純。沒有好的材料，很多與材料相關(guān)的問題就難以說清楚。
半導體于室溫時電導率約在10ˉ10～10000/Ω·cm之間，純凈的半導體溫度升高時電導率按指數(shù)上升。半導體材料有很多種，按化學成分可分為元素半導體和化合物半導體兩大類。除上述晶態(tài)半導體外，還有非晶態(tài)的有機物半導體等和本征半導體。
應(yīng)用領(lǐng)域
半導體在集成電路、消費電子、 通信 系統(tǒng)、光伏發(fā)電、照明應(yīng)用、大功率電源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域應(yīng)用。
光伏應(yīng)用
半導體材料光生伏特效應(yīng)是太陽能電池運行的基本原理?，F(xiàn)階段半導體材料的光伏應(yīng)用已經(jīng)成為一大熱門 ，是目前世界上增長最快、發(fā)展最好的清潔能源市場。太陽能電池的主要制作材料是半導體材料，判斷太陽能電池的優(yōu)劣主要的標準是光電轉(zhuǎn)化率 ，光電轉(zhuǎn)化率越高 ，說明太陽能電池的工作效率越高。根據(jù)應(yīng)用的半導體材料的不同 ，太陽能電池分為晶體硅太陽能電池、薄膜電池以及III-V族化合物電池。
照明應(yīng)用
LED是建立在半導體晶體管上的半導體發(fā)光二極管 ，采用LED技術(shù)半導體光源體積小，可以實現(xiàn)平面封裝，工作時發(fā)熱量低、節(jié)能高效，產(chǎn)品壽命長、反應(yīng)速度快，而且綠色環(huán)保無污染，還能開發(fā)成輕薄短小的產(chǎn)品 ，一經(jīng)問世 ，就迅速普及，成為新一代的優(yōu)質(zhì)照明光源，目前已經(jīng)廣泛的運用在我們的生活中。如交通指示燈、電子產(chǎn)品的背光源、城市夜景美化光源、室內(nèi)照明等各個領(lǐng)域 ，都有應(yīng)用。
大功率電源轉(zhuǎn)換
交流電和直流電的相互轉(zhuǎn)換對于電器的使用十分重要 ，是對電器的必要保護。這就要用到等電源轉(zhuǎn)換裝置。碳化硅擊穿電壓強度高 ，禁帶寬度寬，熱導性高，因此SiC半導體器件十分適合應(yīng)用在功率密度和開關(guān)頻率高的場合，電源轉(zhuǎn)換裝置就是其中之一。碳化硅元件在高溫、高壓、高頻的又一表現(xiàn)使得現(xiàn)在被廣泛使用到深井鉆探，發(fā)電裝置中的逆變器，電氣混動汽車的能量轉(zhuǎn)化器，輕軌列車牽引動力轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。由于SiC本身的優(yōu)勢以及現(xiàn)階段行業(yè)對于輕量化、高轉(zhuǎn)換效率的半導體材料需要，SiC將會取代Si，成為應(yīng)用最廣泛的半導體材料。
相關(guān)內(nèi)容
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.
命名之說
中國半導體器件型號命名方法
半導體器件型號由五部分（場效應(yīng)器件、半導體特殊器件、復合管、PIN型管、激光器件的型號命名只有第三、四、五部分）組成。五個部分意義如下：
第一部分：用數(shù)字表示半導體器件有效電極數(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體器件的材料和極性。表示二極管時：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：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-階躍恢復管、CS-場效應(yīng)管、BT-半導體特殊器件、FH-復合管、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
日本半導體分立器件型號命名方法
日本生產(chǎn)的半導體分立器件，由五至七部分組成。通常只用到前五個部分，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pn結(jié)的其他器件、3-具有四個有效電極或具有三個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注冊標志。S-表示已在日本電子工業(yè)協(xié)會JEIA注冊登記的半導體分立器件。
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型產(chǎn)品標志。A、B、C、D、E、F表示這一器件是原型號產(chǎn)品的改進產(chǎn)品。
美國半導體分立器件型號命名方法
美國晶體管或其他半導體器件的命名法較混亂。美國電子工業(yè)協(xié)會半導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pn結(jié)器件、n-n個pn結(jié)器件。
第三部分：美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）注冊標志。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 注冊標志、3251-EIA登記順序號、A-2N3251A檔。
國際電子聯(lián)合會半導體型號命名方法
德國、法國、意大利、荷蘭、比利時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)合會半導體分立器件型號命名方法。這種命名方法由四個基本部分組成，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-代表通用半導體器件的登記序號、一個字母加二位數(shù)字-表示專用半導體器件的登記序號。
第四部分：用字母對同一類型號器件進行分檔。A、B、C、D、E┄┄-表示同一型號的器件按某一參數(shù)進行分檔的標志。
除四個基本部分外，有時還加后綴，以區(qū)別特性或進一步分類。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，字母V之后的數(shù)字為穩(wěn)壓管標稱穩(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。
歐洲早期半導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。
需突破的障礙
在智能手機和平板電腦等移動終端市場的增長帶動下，全球半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展充滿希望，當前全球半導體產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達3000億美元左右。
不過，全球半導體市場的這塊大蛋糕，中國卻沒有分享的機會。每年中國進口的芯片數(shù)額超過了1500億美元，中國半導體產(chǎn)業(yè)需求如此之大，但自我供給的能力卻不足。中國半導體產(chǎn)業(yè)處于被動局面。要打破這一局面，需要從以下三個方面下大力氣來推動：
第一，中國半導體產(chǎn)業(yè)整合的步伐還需加快。產(chǎn)業(yè)整合的必要性和重要性業(yè)界都已普遍意識到，不過在實際推動中，力度卻不夠。2012年我國集成電路產(chǎn)業(yè)的整合沒有再出現(xiàn)，設(shè)計企業(yè)的總數(shù)達到570家，比2011年的534家還增加了36家。產(chǎn)業(yè)隊伍雖然龐大，但仍不強大。產(chǎn)業(yè)整合是一項持續(xù)跟進的工作，業(yè)界同仁們還需要繼續(xù)發(fā)力才行。
第二，國內(nèi)芯片與整機的聯(lián)動需要提升緊迫感。國家“十二五”規(guī)劃中強調(diào)要加強芯片與整機的聯(lián)動，不過當前兩者的聯(lián)動效果卻不理想。就拿整機企業(yè)來說，2012年芯片采購額單單聯(lián)想一家企業(yè)就達78億美元。中國有芯片企業(yè)，為何國內(nèi)整機企業(yè)還要“舍近求遠”?在芯片與整機的聯(lián)動的推動前期，不僅僅需要芯片企業(yè)與整機企業(yè)的相互信任和協(xié)同，整機企業(yè)所顧慮的聯(lián)動中的“風險”還有待化解。如果這個“風險”僅讓整機企業(yè)承擔，聯(lián)動就無法很好地實施。
第三，生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)任重而道遠。蘋果和三星前后成為10大采購企業(yè)的老大，他們的強大，根源在于其生態(tài)系統(tǒng)的強大。在現(xiàn)今的競爭中，生態(tài)系統(tǒng)是獲勝的籌碼。對中國半導體企業(yè)來說，生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)還有一段很長的路要走。只有建立強大、完善的生態(tài)系統(tǒng)，才能保證企業(yè)走得更遠、走得更穩(wěn)。
當前，對于中國半導體產(chǎn)業(yè)來說，需要先修好“產(chǎn)業(yè)整合”、“整機與芯片聯(lián)動”、“生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)”這三門功課。等修好這三門功課之后，在談?wù)摦a(chǎn)業(yè)做大做強的宏偉目標時就會更加胸有成竹，在推動產(chǎn)業(yè)做大做強的過程中也會更加運籌帷幄。
內(nèi)容來自百科網(wǎng)