什么是半導(dǎo)體？分立半導(dǎo)體器件知識(shí)

什么是半導(dǎo)體？

"半導(dǎo)體"系一種特性兼具"導(dǎo)體"及"絕緣體"特點(diǎn)的物質(zhì)，前者可如金屬般傳導(dǎo)電流，而后者則幾乎不能導(dǎo)電。電流傳輸?shù)谋憬莩潭扰c物質(zhì)電阻的高低密切相關(guān)。若電阻高，電流流通困難；若電阻低，電流傳輸便較為順暢。

以電阻系數(shù)標(biāo)示電導(dǎo)率時(shí)，半導(dǎo)體的電阻系數(shù)介于10-4至108Ωcm區(qū)間，導(dǎo)體的電阻系數(shù)位于10-8至10-4Ωcm區(qū)間，絕緣體的電阻系數(shù)橫跨108至1018Ωcm范圍。

半導(dǎo)體材料介紹

硅（Si）和鍺（Ge）乃是眾所周知的半導(dǎo)體材料。當(dāng)其呈純晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，這類物質(zhì)幾乎接近絕緣體（本征半導(dǎo)體），然而添加適量的摻雜劑便會(huì)使其電阻大幅降低，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體。

依照摻雜劑的類別，可制備出n型或p型半導(dǎo)體。

由多種元素合成的半導(dǎo)體稱作化合物半導(dǎo)體，此種類型相較于由單一元素制成如硅半導(dǎo)體者有所不同。具體的組合涵蓋了元素周期表中的第III組和第V組、第II組和第VI組、第IV組等區(qū)域。

*將第Ⅴ組的磷（P）摻雜到第Ⅳ組的硅（Si）中制成n型半導(dǎo)體。
*將第Ⅲ組的硼（B）摻雜到第Ⅳ組的硅（Si）中制成p型半導(dǎo)體。

什么是n型半導(dǎo)體?

n型半導(dǎo)體是指以磷（P）、砷（As）或銻（Sb）作為雜質(zhì)進(jìn)行摻雜的本征半導(dǎo)體。第IV組的硅有四個(gè)價(jià)電子，第V組的磷有五個(gè)價(jià)電子。如果在純硅晶體中加入少量磷，磷的一個(gè)價(jià)電子就可以作為剩余電子自由移動(dòng)（自由電子*）。當(dāng)這個(gè)自由電子被吸引到“＋”電極上并移動(dòng)時(shí)，就產(chǎn)生了電流流動(dòng)。

* 這個(gè)自由電子就是n型半導(dǎo)體的載流子。

什么是p型半導(dǎo)體?

p型半導(dǎo)體是指摻雜了硼（B）或銦（In）的本征半導(dǎo)體。第IV組的硅有四個(gè)價(jià)電子，第III組的硼有三個(gè)價(jià)電子。如果將少量硼摻雜到硅單晶中，在某個(gè)位置上的價(jià)電子將不足以使硅和硼鍵合，從而產(chǎn)生了缺少電子的空穴*。在這種狀態(tài)下施加電壓時(shí)，相鄰的電子移動(dòng)到空穴中，使得電子所在的地方變成一個(gè)新的空穴，這些空穴看起來(lái)就像按順序移動(dòng)到“–”電極一樣。

* 這個(gè)空穴就是p型半導(dǎo)體的載流子。

什么是化合物半導(dǎo)體？

除了硅之外，還存在著結(jié)合了第III族和第V族元素，以及第II族和第VI族元素的化合物半導(dǎo)體。舉例來(lái)說(shuō)，GaAs（砷化鎵）、InP（磷化銦）、InGaAlP（磷化鋁鎵銦）等常被用作高頻器件與光學(xué)器件制造的原材料。

近年來(lái)，InGaN（氮化銦鎵）作為藍(lán)光LED和激光二極管的基礎(chǔ)材料受到了廣泛的關(guān)注。同時(shí)，SiC（碳化硅）與GaN（氮化鎵）作為功率半導(dǎo)體材料亦在相應(yīng)領(lǐng)域得到了一定程度的關(guān)注及商業(yè)化運(yùn)用。

典型的化合物半導(dǎo)體
第Ⅱ-Ⅵ組：ZnSe
第Ⅲ-Ⅴ組：GaAs，GaN，InP，InGaAlP，InGaN
第Ⅳ-Ⅳ組：SiC，SiGe

什么是pn結(jié)?

p型和n型半導(dǎo)體之間的接觸面即稱為PN結(jié)。

p型和n型半導(dǎo)體鍵合時(shí)，作為載流子的空穴和自由電子相互吸引、束縛并在邊界附近消失。由于在這個(gè)區(qū)域沒(méi)有載流子，所以它被稱為耗盡層，與絕緣體的狀態(tài)相同。

在這種狀態(tài)下，將“＋”極連接到p型區(qū)，將“-”極連接到n型區(qū)，并施加電壓使得電子從n型區(qū)順序流動(dòng)到p型區(qū)。電子首先會(huì)與空穴結(jié)合而消失，但多余的電子會(huì)移動(dòng)到“＋”極，這樣就產(chǎn)生了電流流動(dòng)。

半導(dǎo)體器件的類型

采用半導(dǎo)體材料制成的電子部件被統(tǒng)稱為半導(dǎo)體器件。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)大以及電子設(shè)備技術(shù)的飛速發(fā)展，各類半導(dǎo)體器件也在持續(xù)地進(jìn)行創(chuàng)新與研發(fā)?！胺至雽?dǎo)體”是指具備單一功能的獨(dú)立器件，如晶體管及二極管等。“集成電路（IC）”則指將眾多功能元件安置在同一塊芯片之上的裝置。典型的IC包括存儲(chǔ)器、微處理器（MPU）及邏輯IC等。更高集成度的LSI提升了IC的性能標(biāo)準(zhǔn)化與功能構(gòu)建。按照功能／結(jié)構(gòu)的劃分，項(xiàng)目具體分類如下所列。

審核編輯：黃飛