什么是半導(dǎo)體?
“半導(dǎo)體”是一種特性介于“導(dǎo)體”和“絕緣體”之間的物質(zhì),前者像金屬一樣導(dǎo)電,后者幾乎不導(dǎo)電。電流流動(dòng)的容易程度與物質(zhì)電阻的大小有關(guān)。如果電阻高,電流很難流動(dòng);如果電阻低,電流容易流動(dòng)。
半導(dǎo)體材料
硅(Si)和鍺(Ge)是眾所周知的半導(dǎo)體材料。當(dāng)它們是純晶體時(shí),這些物質(zhì)接近絕緣體(本征半導(dǎo)體),但是摻雜少量的摻雜劑就會(huì)導(dǎo)致電阻大幅度下降,變成導(dǎo)體。
根據(jù)摻雜劑的種類,可以制成n型或p型半導(dǎo)體。
由幾種元素制成的半導(dǎo)體稱為化合物半導(dǎo)體,它們與硅半導(dǎo)體等由單一元素制成的不同。具體組合有元素周期表第III組和第V組、第II組和第VI組、第IV組等。
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)。
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,這些空穴看起來就像按順序移動(dòng)到“–”電極一樣。
什么是化合物半導(dǎo)體?
除了硅,還有結(jié)合了第III組和第V組元素以及第II組和第VI組元素的化合物半導(dǎo)體。例如,GaAs(砷化鎵)、InP(磷化銦)、InGaAlP(磷化鋁鎵銦)等通常用于高頻器件和光學(xué)器件。
近年來,InGaN(氮化銦鎵)作為藍(lán)光LED和激光二極管的材料引起了人們的廣泛關(guān)注,SiC(碳化硅)和GaN(氮化鎵)作為功率半導(dǎo)體材料也得到了一定程度上的關(guān)注和商業(yè)化。
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
使用半導(dǎo)體的電子部件稱為半導(dǎo)體器件。
隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和電子設(shè)備的發(fā)展,各種半導(dǎo)體器件得到了不斷開發(fā)。“分立半導(dǎo)體”是指具有單一功能的單個(gè)器件,比如晶體管和二極管。“集成電路(IC)”是指在一個(gè)芯片上安裝有多個(gè)功能元件的器件。典型IC包括存儲(chǔ)器、微處理器(MPU)和邏輯IC。LSI則提高了IC的集成度。按一般功能/結(jié)構(gòu),具體分類如下所示。