半導體晶體怎麼用

A. 半導體都是有晶體結構嗎

半導體的種類很多，常用的Si、Ge、GaAs等都是晶體，但是也有用作為太陽電池等的非晶體Si，還有用作為光電子器件等的有機半導體等。各有各的特點，則各有各的用處。所以說，半導體不一定都是晶體。

B. 半導體的作用

半導體的作用是可以通過改變其局部的雜質濃度來形成一些器件結構，這些器件結構對電路具有一定控製作用，比如二極體的單向導電，比如晶體管的放大作用。

這是導體和絕緣體做不到的。導體在電路中常常作為電阻和導線出現，在電路中僅僅起到分壓或限流的作用。

導體器件（semiconctor device）通常利用不同的半導體材料、採用不同的工藝和幾何結構，已研製出種類繁多、功能用途各異的多種晶體二極，晶體二極體的頻率覆蓋范圍可從低頻、高頻、微波、毫米波、紅外直至光波。

三端器件一 般是有源器件，典型代表是各種晶體管（又稱晶體三極體）。晶體管又可以分為雙極型晶體管和場效應晶體管兩 類。根據用途的不同，晶體管可分為功率晶體管微波晶體管和低雜訊晶體管。

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半導體分類

1、晶體二極體

晶體二極體的基本結構是由一塊 P型半導體和一塊N型半導體結合在一起形成一個 PN結。在PN結的交界面處，由於P型半導體中的空穴和N型半導體中的電子要相互向對方擴散而形成一個具有空間電荷的偶極層。這偶極層阻止了空穴和電子的繼續擴散而使PN結達到平衡狀態。

2、雙極型晶體管

它是由兩個PN結構成，其中一個PN結稱為發射結，另一個稱為集電結。兩個結之間的一薄層半導體材料稱為基區。接在發射結一端和集電結一端的兩個電極分別稱為發射極和集電極。接在基區上的電極稱為基極。

3、場效應晶體管

它依靠一塊薄層半導體受橫向電場影響而改變其電阻（簡稱場效應），使具有放大信號的功能。這薄層半導體的兩端接兩個電極稱為源和漏。控制橫向電場的電極稱為柵。

C. 半導體是如何應用的

硅是集成電路產業的基礎，半導體材料中98％是硅，半導體硅工業產品包括多晶硅、單晶硅（直拉和區熔）、外延片和非晶硅等，其中，直拉硅單晶廣泛應用於集成電路和中小功率器件。區域熔單晶目前主要用於大功率半導體器件，比如整流二極體，硅可控整流器，大功率晶體管等。單晶硅和多晶硅應用最廣。

中彰國際（SINOSI）是一家致力於尖端科技、開拓創新的公司。中彰國際（SINOSI）能夠規模生產和大批量供應單晶硅、多晶硅及Φ4″- Φ6″直拉拋光片、 Φ3″- Φ6″直拉磨片和區熔NTD磨片並且可以按照國內、外客戶的要求提供非標產品。

單晶硅

單晶硅主要有直拉和區熔

區熔（NTD）單晶硅可生產直徑范圍為：Φ1.5″- Φ4″。直拉單晶硅可生產直徑范圍為：Φ2″-Φ8″。

各項參數可按客戶要求生產。

多晶硅

區熔用多晶硅：可生產直徑Φ40mm－Φ70mm。直徑公差(Tolerance)≤10%，施主水平＞300Ω.㎝，受主水平＞3000Ω.㎝，碳含量＜2×1016at/㎝3 。各項參數可按客戶要求生產。

切磨片

切磨片可生產直徑范圍為：Φ1.5″- Φ6″。厚度公差、總厚度公差、翹曲度、電阻率等參數符合並優於國家現行標准，並可按客戶要求生產。

拋光片

拋光片可生產直徑范圍為：Φ2″- Φ6″，厚度公差、總厚度公差、翹曲度、平整度、電阻率等參數符合並優於國家現行標准，並可按客戶要求生產。

高純的單晶硅棒是單晶硅太陽電池的原料，硅純度要求99.999％。單晶硅太陽電池是當前開發得最快的一種太陽電池，它的構和生產工藝已定型，產品已廣泛用於空間和地面。為了降低生產成本，現在地面應用的太陽電池等採用太陽能級的單晶硅棒，材料性能指標有所放寬。有的也可使用半導體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料，經過復拉製成太陽電池專用的單晶硅棒。

單晶硅是轉化太陽能、電能的主要材料。在日常生活里，單晶硅可以說無處不在，電視、電腦、冰箱、電話、汽車等等，處處離不開單晶硅材料；在高科技領域，太空梭、宇宙飛船、人造衛星的製造，單晶硅同樣是必不可少的原材料。

在科學技術飛速發展的今天，利用單晶硅所生產的太陽能電池可以直接把太陽能轉化為光能，實現了邁向綠色能源革命的開始。現在，國外的太陽能光伏電站已經到了理論成熟階段，正在向實際應用階段過渡，太陽能單晶硅的利用將普及到全世界范圍，市場需求量不言而喻。

直拉硅單晶廣泛應用於集成電路和中小功率器件。區域熔單晶目前主要用於大功率半導體器件，比如整流二極體，硅可控整流器，大功率晶體管等。
區熔（NTD）單晶硅可生產直徑范圍為：Φ1.5″- Φ4″。
直拉單晶硅可生產直徑范圍為：Φ2″-Φ8″。
硅單晶被稱為現代信息社會的基石。硅單晶按照制備工藝的不同可分為直拉（CZ）單晶硅和區熔（FZ）單晶硅，直拉單晶硅被廣泛應用於微電子領域，微電子技術的飛速發展，使人類社會進入了信息化時代，被稱為矽片引起的第一次革命。區熔單晶硅是利用懸浮區熔技術制備的單晶硅。它的用途主要包括以下幾個方面。
1、製作電力電子器件
電力電子技術是實現電力管理，提高電功效率的關鍵技術。飛速發展的電力電子被稱為「矽片引起的第二次革命」，大多數電力電子器件是用區熔單晶硅製作的。電力電子器件包括普通晶閘管(SCR)、電力晶體管GTR、GTO以及第三代新型電力電子器件——功率場效應晶體管(MOSFET)和絕緣柵雙極晶體管(IGBT)以及功率集成電路(PIC)等，廣泛應用於高壓直流輸電、靜止無功補償、電力機車牽引、交直流電力傳動、電解、勵磁、電加熱、高性能交直流電源等電力系統和電氣工程中。製作電力電子器件，是區熔單晶硅的傳統市場，也是本項目產品的市場基礎。
2、製作高效率太陽能光伏電池
太陽能目前已經成為最受關注的綠色能源產業。美國、歐洲、日本都制定了大力促進本國太陽能產業發展的政策，我國也於2005年3月份通過了《可再生能源法》。這些措施極大地促進了太陽能電池產業的發展。據統計，從1998—2004年，國際太陽能光伏電池的市場一直保持高速增長的態勢，年平均增長速度達到30%，預計到2010年，仍將保持至少25%的增長速度。
晶體硅是目前應用最成熟，最廣泛的太陽能電池材料，佔光伏產業的85%以上。美國SunPower公司最近開發出利用區熔硅製作太陽能電池技術，其產業化規模光電轉換效率達到20%，為目前產業化最高水平，其綜合性價比超過直拉單晶硅太陽能電池（光電轉換效率為15%）和多晶硅太陽能電池（光電轉換效率為12%）。這項新技術將會極大地擴展區熔硅單晶的市場空間。據估計，到2010年，其總的市場規模到將達到電力電子需求規模，這是本項目新的市場機會。
3、製作射頻器件和微電子機械繫統（MEMS）
區熔單晶還可以用來製作部分分立器件。另外採用高阻區熔硅製造微波單片集成電路（MMIC）以及微電子機械繫統（MEMS）等高端微電子器件，被廣泛應用於微波通訊、雷達、導航、測控、醫學等領域，顯示出巨大的應用前景。這也是區熔單晶的又一個新興的市場機會。
4、製作各種探測器、感測器，遠紅外窗口
探測器、感測器是工業自動化的關鍵元器件，被廣泛應用於光探測、光纖通訊、工業自動化控制系統中以及醫療、軍事、電訊、工業自動化等領域。高純的區熔硅單晶是製作各種探測器、感測器的關鍵原材料，其市場增長趨勢也很明顯。

圖片參考：
http://www.sinosi.com/chinese/Procts%20Gallcry/Semi-Silica/Semi-Conctor%20Silicon.htm
http://www.istis.sh.cn/list/list.asp?id=2214

D. 半導體晶體的概念，性質和特點是什麼

半導體、絕緣體和導體由禁帶寬度劃分，即導帶與價帶之間的相對位置決定。

1 導體的導帶和價帶基本重合，禁帶寬度為0，電子由價帶進入導帶基本無需額外能量，因此內部存在大量自由電子，具有低電阻率。

2 半導體導帶和價帶距離適中，即禁帶寬度適中，因此價帶中的電子在常見能量級別的激勵下，例如光、熱和電壓，即可進入導帶，導致半導體電阻率變化。

3 絕緣體與半導體類同，但禁帶寬度很寬，需要大量能量才能導電，例如高於5000V的高壓電，因此電阻率很高。光和熱通常無法導致絕緣體導電，絕緣體一般耐熱性不高，能導致電子躍遷到導帶的溫度下，大部分碳基絕緣體已經碳化，其餘絕緣體已經熔化或氣化。

E. 半導體是什麼做什麼用的

自然界的物質按導電能力可分為導體、絕緣體和半導體三類。半導體材料是指室溫下導電性介於導電材料和絕緣材料之間的一類功能材料。靠電子和空穴兩種載流子實現導電，室溫時電阻率一般在10-5～107歐·米之間。通常電阻率隨溫度升高而增大；若摻入活性雜質或用光、射線輻照，可使其電阻率有幾個數量級的變化。1906年製成了碳化硅檢波器。

1947年發明晶體管以後，半導體材料作為一個獨立的材料領域得到了很大的發展，並成為電子工業和高技術領域中不可缺少的材料。特性和參數半導體材料的導電性對某些微量雜質極敏感。純度很高的半導體材料稱為本徵半導體，常溫下其電阻率很高，是電的不良導體。在高純半導體材料中摻入適當雜質後，由於雜質原子提供導電載流子，使材料的電阻率大為降低。這種摻雜半導體常稱為雜質半導體。雜質半導體靠導帶電子導電的稱N型半導體，靠價帶空穴導電的稱P型半導體。

不同類型半導體間接觸（構成PN結）或半導體與金屬接觸時，因電子（或空穴）濃度差而產生擴散，在接觸處形成位壘，因而這類接觸具有單向導電性。利用PN結的單向導電性，可以製成具有不同功能的半導體器件，如二極體、三極體、晶閘管等。

此外，半導體材料的導電性對外界條件（如熱、光、電、磁等因素）的變化非常敏感，據此可以製造各種敏感元件，用於信息轉換。半導體材料的特性參數有禁帶寬度、電阻率、載流子遷移率、非平衡載流子壽命和位錯密度。禁帶寬度由半導體的電子態、原子組態決定，反映組成這種材料的原子中價電子從束縛狀態激發到自由狀態所需的能量。電阻率、載流子遷移率反映材料的導電能力。非平衡載流子壽命反映半導體材料在外界作用（如光或電場）下內部載流子由非平衡狀態向平衡狀態過渡的弛豫特性。位錯是晶體中最常見的一類缺陷。位錯密度用來衡量半導體單晶材料晶格完整性的程度，對於非晶態半導體材料，則沒有這一參數。半導體材料的特性參數不僅能反映半導體材料與其他非半導體材料之間的差別，更重要的是能反映各種半導體材料之間甚至同一種材料在不同情況下，其特性的量值差別。

半導體材料的種類

常用的半導體材料分為元素半導體和化合物半導體。元素半導體是由單一元素製成的半導體材料。主要有硅、鍺、硒等，以硅、鍺應用最廣。化合物半導體分為二元系、三元系、多元系和有機化合物半導體。二元系化合物半導體有Ⅲ-Ⅴ族（如砷化鎵、磷化鎵、磷化銦等）、Ⅱ-Ⅵ族（如硫化鎘、硒化鎘、碲化鋅、硫化鋅等）、Ⅳ-Ⅵ族（如硫化鉛、硒化鉛等）、Ⅳ-Ⅳ族（如碳化硅）化合物。三元系和多元系化合物半導體主要為三元和多元固溶體，如鎵鋁砷固溶體、鎵鍺砷磷固溶體等。有機化合物半導體有萘、蒽、聚丙烯腈等，還處於研究階段。

此外，還有非晶態和液態半導體材料，這類半導體與晶態半導體的最大區別是不具有嚴格周期性排列的晶體結構。制備不同的半導體器件對半導體材料有不同的形態要求，包括單晶的切片、磨片、拋光片、薄膜等。半導體材料的不同形態要求對應不同的加工工藝。常用的半導體材料制備工藝有提純、單晶的制備和薄膜外延生長。

所有的半導體材料都需要對原料進行提純，要求的純度在6個「9」以上，最高達11個「9」以上。提純的方法分兩大類，一類是不改變材料的化學組成進行提純，稱為物理提純；另一類是把元素先變成化合物進行提純，再將提純後的化合物還原成元素，稱為化學提純。物理提純的方法有真空蒸發、區域精製、拉晶提純等，使用最多的是區域精製。化學提純的主要方法有電解、絡合、萃娶精餾等，使用最多的是精餾。

由於每一種方法都有一定的局限性，因此常使用幾種提純方法相結合的工藝流程以獲得合格的材料。絕大多數半導體器件是在單晶片或以單晶片為襯底的外延片上作出的。成批量的半導體單晶都是用熔體生長法製成的。直拉法應用最廣，80％的硅單晶、大部分鍺單晶和銻化銦單晶是用此法生產的，其中硅單晶的最大直徑已達300毫米。在熔體中通入磁場的直拉法稱為磁控拉晶法，用此法已生產出高均勻性硅單晶。在坩堝熔體表面加入液體覆蓋劑稱液封直拉法，用此法拉制砷化鎵、磷化鎵、磷化銦等分解壓較大的單晶。懸浮區熔法的熔體不與容器接觸，用此法生長高純硅單晶。

水平區熔法用以生產鍺單晶。水平定向結晶法主要用於制備砷化鎵單晶，而垂直定向結晶法用於制備碲化鎘、砷化鎵。用各種方法生產的體單晶再經過晶體定向、滾磨、作參考面、切片、磨片、倒角、拋光、腐蝕、清洗、檢測、封裝等全部或部分工序以提供相應的晶片。在單晶襯底上生長單晶薄膜稱為外延。外延的方法有氣相、液相、固相、分子束外延等。

工業生產使用的主要是化學氣相外延，其次是液相外延。金屬有機化合物氣相外延和分子束外延則用於制備量子阱及超晶格等微結構。非晶、微晶、多晶薄膜多在玻璃、陶瓷、金屬等襯底上用不同類型的化學氣相沉積、磁控濺射等方法製成。

半導體和絕緣體之間的差異主要來自兩者的能帶（band）寬度不同。絕緣體的能帶比半導體寬，意即絕緣體價帶中的載子必須獲得比在半導體中更高的能量才能跳過能帶，進入傳導帶中。室溫下的半導體導電性有如絕緣體，只有極少數的載子具有足夠的能量進入傳導帶。因此，對於一個在相同電場下的純質半導體（intrinsicsemiconctor）和絕緣體會有類似的電特性，不過半導體的能帶寬度小於絕緣體也意味著半導體的導電性更容易受到控制而改變。

純質半導體的電氣特性可以藉由植入雜質的過程而永久改變，這個過程通常稱為「摻雜」（doping）。依照摻雜所使用的雜質不同，摻雜後的半導體原子周圍可能會多出一個電子或一個電洞，而讓半導體材料的導電特性變得與原本不同。如果摻雜進入半導體的雜質濃度夠高，半導體也可能會表現出如同金屬導體般的電性。在摻雜了不同極性雜質的半導體接面處會有一個內建電場（built-inelectricfield），內建電場和許多半導體元件的操作原理息息相關。

除了藉由摻雜的過程永久改變電性外，半導體亦可因為施加於其上的電場改變而動態地變化。半導體材料也因為這樣的特性，很適合用來作為電路元件，例如晶體管。晶體管屬於主動式的（有源）半導體元件（activesemiconctordevices），當主動元件和被動式的（無源）半導體元件（passivesemiconctordevices）如電阻器（resistor）或是電容器（capacitor）組合起來時，可以用來設計各式各樣的集成電路產品，例如微處理器。

當電子從傳導帶掉回價帶時，減少的能量可能會以光的形式釋放出來。這種過程是製造發光二極體（light-emittingdiode,LED）以及半導體激光（semiconctorlaser）的基礎，在商業應用上都有舉足輕重的地位。而相反地，半導體也可以吸收光子，透過光電效應而激發出在價帶的電子，產生電訊號。這即是光探測器（photodetector）的來源，在光纖通訊（fiber-opticcommunications）或是太陽能電池（solarcell）的領域是最重要的元件。

半導體有可能是單一元素組成，例如硅。也可以是兩種或是多種元素的化合物（compound），常見的化合物半導體有砷化鎵（galliumarsenide,GaAs）或是磷化鋁銦鎵（,AlGaInP）等。合金（alloy）也是半導體材料的來源之一，如鍺硅（silicongermanium,SiGe）或是砷化鎵鋁（aluminiumgalliumarsenide,AlGaAs）等。

F. 半導體三極體怎麼用

是一種電流控制電流的半導體器件。
三極體，全稱應為半導體三極體，也稱雙極型回晶體管、晶體三極答管，是一種電流控制電流的半導體器件。其作用是把微弱信號放大成輻值較大的電信號，也用作無觸點開關。晶體三極體，是半導體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極體是在一塊半導體基片上製作兩個相距很近的PN結，兩個PN結把整塊半導體分成三部分，中間部分是基區，兩側部分是發射區和集電區，排列方式有PNP和NPN兩種。可用來對微弱信號進行放大和作無觸點開關。它具有結構牢固、壽命長、體積小、耗電省等一系列獨特優點，故在各個領域得到廣泛應用。

G. 半導體常見的晶體結構

一、導體
1、導體原子結構

銅是良導體，其原子結構見圖1，第一層個電子，第二層8個電子，第三層18個電子，最外層只有一個電子。

圖1：銅原子結構圖

2、價帶與核心

原子的最外層電子軌道稱為價帶軌道，他決定著原子的電特性，銅原子內部簡化見圖2，叫做核心。

圖2：通原子的核心

3、自由電子

原子核心與價電子之間的吸引力很小，外力非常容易使這個電子脫離銅原子，這就是價電子經常稱為自由電子的原子的原因，也是銅成為良導體的原因，外加微小的電壓，自由電子就在電場的作用下形成定向移動，也就是形成電流。最好的導體是銅、銀、金，他們都可以用圖2的核心圖表示。

二、半導體
最好的導體都有一個價電子，最好的絕緣體都有8個價電子，半導體介於導體和半導體之間，最好的半導體都有4個價電子。

1、鍺半導體

早期半導體元器件使用的唯一原材料，但是鍺半導體存著致命的缺陷，反向電流過大，後來硅半導體的實用化，大部分器件開始使用硅製造！鍺應用的很少了。

2、硅半導體

硅是地球上除氧外含量最豐富的元素，早期硅的提純技術制約了硅的應用，提純技術突破後，硅成為半導體的首要材料，硅的原子結構和核心見圖3和圖4。

圖3：硅原子結構圖

圖4：硅原子核心

三、硅晶體
硅原子結合成固體時，他們排列具有規律性，稱為硅晶體。

1、共價鍵

硅晶體中的的共價鍵，見圖5。

圖5：硅晶體中的共價鍵

2、價帶飽和

每個硅原子價帶軌道中都有8個電子，8個電子的穩定結構使硅形成穩定的固體，沒有人知道為什麼原子的最外層軌道為什麼都趨向於8個電子，如果一個元素最外層沒有8個電子，那麼這個元素就與其它元素結合共享電子，以使最外層達到8個電子。

3、空穴

在一定的溫度下，硅晶體形成一個自由電子的同時會產生一個空穴，即空穴和電子成對出現。

圖6：自由電子和空穴

4、復合與壽命

純凈的硅中，電子和空穴會結合，導致電子和空穴的消失，稱為復合，一定條件下，產生的電子和空穴與復合的速度是平衡的，也就是電子和空穴的濃度保持一個穩定的水平。

四、本徵半導體
本徵半導體是指純凈半導體，如果晶體中每個原子都是硅原子就稱為硅本徵半導體。

1、自由電子的流動

假設本徵半導體中只有一個空穴和電子，圖7中電子在正極的吸引下，負極電場的排斥下，從右側向左側運動，形成電子的流動。

圖7：