半導體薄膜的作用是什麼
『壹』 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。
『貳』 寬禁帶半導體薄膜可以用來做什麼
寬禁帶半導體性能遠優於第一代的Si 和第二代的GaAs。Si 和GaAs 材料製成半導版體器件由於材料本身的限制已經達到發展權極限,難以滿足當今對功率半導體性能的需求。以寬禁帶為主要特徵的第三代半導體以更高的擊穿電廠、更高的熱導率、更高的電子飽和漂移速率和更高的抗輻射能力,開始在軍事、航空航天、LED 照明等領域嶄露頭角。http://ic.big-bit.com/
『叄』 半導體的作用是什麼
沒有半導體你就提不了這個問了 在半導體中雜質 半導體中的雜質對電阻率的影響非常大。半導體中摻入微量雜質時,雜質原子附近的周期勢場受到干擾並形成附加的束縛狀態,在禁帶中產加的雜質能級。例如四價元素鍺或硅晶體中摻入五價元素磷、砷、銻等雜質原子時,雜質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)原子形成共價結合,多餘的一個電子被束縛於雜質原子附近,產生類氫能級。雜質能級位於禁帶上方靠近導帶底附近。雜質能級上的電子很易激發到導帶成為電子載流子。這種能提供電子載流子的雜質稱為施主,相應能級稱為施主能級。施主能級上的電子躍遷到導帶所需能量比從價帶激發到導帶所需能量小得多(圖2)。在鍺或硅晶體中摻入微量三價元素硼、鋁、鎵等雜質原子時,雜質原子與周圍四個鍺(或硅)原子形成共價結合時尚缺少一個電子,因而存在一個空位,與此空位相應的能量狀態就是雜質能級,通常位於禁帶下方靠近價帶處。價帶中的電子很易激發到雜質能級上填補這個空位,使雜質原子成為負離子。價帶中由於缺少一個電子而形成一個空穴載流子(圖3)。這種能提供空穴的雜質稱為受主雜質。存在受主雜質時,在價帶中形成一個空穴載流子所需能量比本徵半導體情形要小得多。半導體摻雜後其電阻率大大下降。加熱或光照產生的熱激發或光激發都會使自由載流子數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此原理製成的。對摻入施主雜質的半導體,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,它們均稱為少數載流子。在半導體器件的各種效應中,少數載流子常扮演重要角色 PN結 P型半導體與N型半導體相互接觸時,其交界區域稱為PN結。P區中的自由空穴和N區中的自由電子要向對方區域擴散,造成正負電荷在 PN 結兩側的積累,形成電偶極層(圖4 )。電偶極層中的電場方向正好阻止擴散的進行。當由於載流子數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區和N區之間形成一定的電勢差,稱為接觸電勢差。由於P 區中的空穴向N區擴散後與N區中的電子復合,而N區中的電子向P區擴散後與P 區中的空穴復合,這使電偶極層中自由載流子數減少而形成高阻層,故電偶極層也叫阻擋層,阻擋層的電阻值往往是組成PN結的半導體的原有阻值的幾十倍乃至幾百倍。 PN結具有單向導電性,半導體整流管就是利用PN結的這一特性製成的。PN結的另一重要性質是受到光照後能產生電動勢,稱光生伏打效應,可利用來製造光電池。半導體三極體、可控硅、PN結光敏器件和發光二極體等半導體器件均利用了PN結的特性。 基於PN結,就有了晶體管,才有了集成電路,電子產品中的各種晶元都是集成電路
『肆』 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。
『伍』 超薄的半導體薄膜被科學家研製出來,有怎樣的作用
我們的世界在不斷的發展之中,現在新材料的研究和開發是一個熱門的話題,因為一種新材料的問世,無疑會帶來巨大的好處。新材料的發現能夠讓科學技術得到進步,同時新材料能夠成為一個國家的戰略物資,所以現在各個國家都在加緊研究新材料。
不過這些技術依舊沒有成熟起來,目前製造的這些材料造價十分的昂貴,所以根本沒有辦法讓老百姓使用。所以科學家現在開始在節約成本方面進行努力,當然這條路還很長,所以我們還要等待很久。不過隨著科學技術的不斷進步,總有一天我們會看這些產品。
『陸』 半導體有什麼用處
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。
『柒』 碳化硅薄膜的作用
半導體來材料的發展史中,一般將源Si、Ge稱為第一代電子材料,GaAs,Inp,InAs及其合金等稱為第二代電子材料,而將寬頻高溫半導體SiC,GaN,AiN,金剛石等稱為第三代半導體材料。隨著科學技術的發展,對能在極端條件下工作的電子器件的需求越來越迫切,常規半導體如Si、GaAs已面臨嚴峻挑戰,發展帶寬隙半導體。