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為什麼要將半導體變為本徵半導體

發布時間: 2021-01-08 23:11:40

1. 為什麼將自然界導電性能中等的半導體材料製成本徵半導體,導電性能極差,又將其摻雜, 改善導電性

由於金屬材料的帕爾帖效應是相對較弱的,而半導體材料基於帕爾帖原理運行,所產生的效應也會更強一些,所以,在製冷的材料中,半導體就成為了主要的原料。

半導體製冷技術的應用原理是建立在帕爾帖原理的基礎上的。1334年,法國科學家帕爾帖發現了半導體製冷作用。帕爾貼原理又被稱為是」帕爾貼效益「,就是將兩種不同的導體充分運用起來,使用A和B組成的電路,通入直流電,在電路的接頭處可以產生焦耳熱,同時還會釋放出一些其它的熱量。

此時就會發現,另一個接頭處不是在釋放熱量,而是在吸收熱量。這種現象是可逆的,只要對電流的方向進行改變,放熱和吸熱的運行就可以進行調節,電流的強度與吸收的熱量和放出的熱量之間存在正比例關系,與半導體自身所具備的性質也存在關系。

(1)為什麼要將半導體變為本徵半導體擴展閱讀:

本徵半導體不宜用於製作半導體器件,因其製成的器件性能很不穩定。反之,摻入一定量雜質的半導體稱為雜質半導體或非本徵半導體,這是實際用於製作半導體器件及集成電路的材料。

本徵半導體的導電能力很弱,熱穩定性也很差,因此,不宜直接用它製造半導體器件。半導體器件多數是用含有一定數量的某種雜質的半導體製成。根據摻入雜質性質的不同,雜質半導體分為N型半導體和P型半導體兩種。

2. 在製造半導體器件時,為什麼先將導電性能介於導體和絕緣體之間的硅或鍺製成本徵半導體

摻入雜質後,在本徵半導體與雜質半導體中間就形成了PN結,
在P型半導體中有許多帶正電荷的空穴和帶負電荷的電離雜質。在電場的作用下,空穴是可以移動的,而電離雜質(離子)是固定不動的。N 型半導體中有許多可動的負電子和固定的正離子。當P型和N型半導體接觸時,在界面附近空穴從P型半導體向N型半導體擴散,電子從N型半導體向P型半導體擴散。空穴和電子相遇而復合,載流子消失。因此在界面附近的結區中有一段距離缺少載流子,卻有分布在空間的帶電的固定離子,稱為空間電荷區。P 型半導體一邊的空間電荷是負離子,N 型半導體一邊的空間電荷是正離子。正負離子在界面附近產生電場,這電場阻止載流子進一步擴散,達到平衡。

在PN結上外加一電壓,如果P型一邊接正極,N型一邊接負極,電流便從P型一邊流向N型一邊,空穴和電子都向界面運動,使空間電荷區變窄,電流可以順利通過。如果N型一邊接外加電壓的正極,P型一邊接負極,則空穴和電子都向遠離界面的方向運動,使空間電荷區變寬,電流不能流過。這就是PN結的單向導電性。

PN結加反向電壓時,空間電荷區變寬,區中電場增強。反向電壓增大到一定程度時,反向電流將突然增大。如果外電路不能限制電流,則電流會大到將PN結燒毀。反向電流突然增大時的電壓稱擊穿電壓。基本的擊穿機構有兩種,即隧道擊穿(也叫齊納擊穿)和雪崩擊穿,前者擊穿電壓小於6V,有負的溫度系數,後者擊穿電壓大於6V,有正的溫度系數。PN結加反向電壓時,空間電荷區中的正負電荷構成一個電容性的器件。它的電容量隨外加電壓改變。

根據PN結的材料、摻雜分布、幾何結構和偏置條件的不同,利用其基本特性可以製造多種功能的晶體二極體。如利用PN結單向導電性可以製作整流二極體、檢波二極體和開關二極體,利用擊穿特性製作穩壓二極體和雪崩二極體;利用高摻雜PN結隧道效應製作隧道二極體;利用結電容隨外電壓變化效應製作變容二極體。使半導體的光電效應與PN結相結合還可以製作多種光電器件。如利用前向偏置異質結的載流子注入與復合可以製造半導體激光二極體與半導體發光二極體;利用光輻射對PN結反向電流的調製作用可以製成光電探測器;利用光生伏特效應可製成太陽電池。此外,利用兩個PN結之間的相互作用可以產生放大,振盪等多種電子功能。PN結是構成雙極型晶體管和場效應晶體管的核心,是現代電子技術的基礎。在二級管中廣泛應用

3. 為什麼說本徵半導體在低溫時是絕緣體

本徵半導體是指結構完整的純凈的半導體(譬如單晶硅)
本徵半導體在一定溫度下,原子最外層電子有可能脫離共價鍵的束縛,從而成為自由電子,留下一個原來束縛電子的地方,叫空穴,電子帶負電荷,空穴帶正電荷(原來電中性的原子少了一個電子,帶正電荷,我們也就叫空穴帶正電荷了)
脫離束縛的電子(自由電子)的移動可以導電,空穴周圍的價電子(注意是價電子,不是脫離束縛的自由電子)填補空穴,又會形成空穴的移動(價電子移動,空穴向相反方向移動),所以本徵半導體中自由電子和空穴都是帶電荷的可移動的粒子,稱為載流子(所謂載流子就是在外加電場下能做定向運動的粒子,也就是說有載流子的物質才能導電)。上述產生電子空穴對的過程叫本徵激發,自由電子與空穴重新結合稱為載流子的復合。當本徵激發與載流子復合的速率達到動態平衡時,本徵半導體內載流子濃度就固定不變。

本徵激發與溫度有關,溫度越高,價電子獲得能量越大,就越可能脫離共價鍵束縛,本徵激發就越強,載流子濃度就越高,導電性就越好,而在低溫時,本證激發弱,載流子濃度低,所以可以將本徵半導體看作絕緣體。本徵激發受溫度影響很大,而且本徵半導體本身的導電性就不強,所以實際中的半導體都不是本徵半導體,而是摻雜半導體。

4. 什麼是本徵半導體

本徵半導體

完全純凈的半導體稱為本徵半導體或I型半導體。硅和鍺都是四價元素,其原子核最外層有四個價電子。它們都是由同一種原子構成的「單晶體」,屬於本徵半導體。

1.半導體中的兩種載流子—自由電子和空穴

在熱力學溫度零度和沒有外界能量激發時,價電子受共價鍵的束縛,晶體中不存在自由運動的電子,半導體是不能導電的。但是,當半導體的溫度升高(例如室溫300oK)或受到光照等外界因素的影響,某些共價鍵中的價電子獲得了足夠的能量,足以掙脫共價鍵的束縛,躍遷到導帶,成為自由電子,同時在共價鍵中留下相同數量的空穴,如圖2—3(a)所示。空穴是半導體中特有的一種粒子。它帶正電,與電子的電荷量相同。把熱激發產生的這種躍遷過程稱為本徵激發。顯然,本徵激發所產生的自由電子和空穴數目是相同的。
由於空穴的存在,臨近共價鍵中的價電子很容易跳過去填補這個空穴,從而使空穴轉移到臨近的共價鍵中去,而後,新的空穴又被其相鄰的價電子填補,這一過程持續下去,就相當於空穴在運動。帶負電荷的價電子依次填補空穴的運動與帶正電荷的粒子作反方向運動的效果相同,因此我們把空穴視為帶正電荷的粒子。可見,半導體中存在兩種載流子,即帶電荷+q的空穴和帶電荷–q的自由電子。
在沒有外加電場作用時,載流子的運動是無規則的,沒有定向運動,所以形不成電流。在外加電場作用下,自由電子將產生逆電場方向的運動,形成電子電流,同時價電子也將逆電場方向依次填補空穴,其導電作用就像空穴沿電場運動一樣,形成空穴電流。雖然在同樣的電場作用下,電子和空穴的運動方向相反,但由於電子和空穴所帶電荷相反,因而形成的電流是相加的,即順著電場方向形成電子和空穴兩種漂移電流。

5. 我想知道為什麼要將半導體變成導電性很差的本徵半導體

這是半導體技術中的基本概念問題,提得好。
因為製造半導體器件和集成電內路時,最容重要的是要很好地控制摻入的雜質的種類和數量(濃度);而且有些雜質對半導體載流子的影響也很不好(例如減短壽命、降低遷移率)。為了達到能夠可控的摻雜和去掉有害雜質,就必須事先把作為原始材料的Si片提純——使之成為本徵半導體。否則就難以實現有目的地摻雜和做好器件和電路。

6. 本徵半導體變成N型/P型半導體

通過注入、氣態源、液態源、固態源擴散進行摻雜可獲得N型或P型半導體,例如,摻入硼可得到P型,摻入磷或砷可得到N型。

7. 如何將本徵半導體變為P型半導體

如果你了解二者的定義
那麼,摻入Ⅲ族雜質或其它可以形成受主能級的雜質就行了

8. 設計一個實驗,首先將一塊本徵半導體變為p型半導體,然後再設濃度使它變成n型半導體

硅(Si)材料中離子注入硼或者硼源高溫爐管參雜低濃度。比如1e14,這時候為版p型半導體,再對該權材料子注入磷或或者磷源(如PH3,POCl3)高溫爐管參雜高濃度,比如5e14,這時候該材料轉為N型半導體。

通過注入、氣態源、液態源、固態源擴散進行摻雜可獲得N型或P型半導體,例如,摻入硼可得到P型,摻入磷或砷可得到N型。

比如硅材料中參入3價元素雜質(如硼),雜質原子貢獻一個空穴,使得原本徵半導體成為P型半導體,參入5價元素(如砷)可使得雜質原子貢獻1個自由價電子,使得原本徵半導體成為N型半導體。

(8)為什麼要將半導體變為本徵半導體擴展閱讀:

在一定溫度下,電子-空穴對的產生和復合同時存在並達到動態平衡,此時本徵半導體具有一定的載流子濃度,從而具有一定的電導率。加熱或光照會使半導體發生熱激發或光激發,從而產生更多的電子-空穴對,這時載流子濃度增加,電導率增加。

半導體熱敏電阻和光敏電阻等半導體器件就是根據此原理製成的。常溫下本徵半導體的電導率較小,載流子濃度對溫度變化敏感,所以很難對半導體特性進行控制,因此實際應用不多。

9. 本徵半導體為什麼加五價磷就能變成N型半導體

樓主您好。本徵半導體中,空穴和電子數目相等,是完全不含雜質且無晶格缺陷專的純凈半導體,實際的半屬導體由於缺陷、摻雜等各種原因,根據導電機制不同劃分為n型和p型半導體;而本徵半導體的摻雜有這么幾個原則:摻雜高價元素(施主雜質),可以提供更多的電子,導致本徵半導體中的電子-空穴對平衡移動,空穴減少,成為n型半導體。而摻雜低價元素(受主雜質),導致半導體中電子數目減少,相應空穴數目增多,成為p型半導體。總結來說,與本徵半導體本身的價態有關,如果在Si半導體中,樓主提到的五價元素摻雜可以使Si成為n型半導體;摻雜三價元素會成為p型半導體。

10. 為什麼本徵半導體導電性會變差

1、這么復說不太嚴謹,對於不同種材料,制比如Si和GaN,本徵Si的導電性要比低摻雜GaN的好。
2、對於同一種半導體,摻雜之後在常溫下雜質電離的載流子比本徵電離的要多,所以摻雜半導體導電性比本徵好。
3、對於一塊摻雜的半導體,隨溫度的升高,而其本徵電離加劇,當本徵電離產生的載流子高於雜質電離時,可以認為才是半導體就是一塊本徵半導體,而溫度升高載流子受到晶格散射的影響也會加劇,所以導電性會變差,而更致命的是此時半導體的導電類型發生了變化,對於一般靠PN結組成的器件,這會導致器件的失效。

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