半导体在计算机里的运用

半导体介于导体与非导体间之物质（如硅或锗），故其导电性居于金属与绝缘体之间，并随温度而增加。半导体材料，呈中度至高度之电阻性（视制造之际所掺杂之物质而定）。纯半导体材料( 称为内质半导体），导电性低；若于其中添加特定类型之杂质原子（成为外质半导体），则可大为增加其导电性。施体杂质（5价）可大量增加电子数目，而产生负型半导体；受体杂质（3价）则大量增加电洞数目，而产生正型半导体。此种外质半导体之导电性，端视其中杂质之类型及总量而定。不同导电性之半导体若经集合一起，可形成各种接面； 此即为半导体装置（供作电子组件使用）之基础。半导体一词，亦常意指此类装置本身（如晶体管、集成电路等）。

以导电性来说，应该知道有所谓的导体和绝缘体；而介于两者之间，导电性比金属导体小很多，却比绝缘体来得好的物质，就叫做『半导体』或『半金属』。

一般而言，硅（Si）是最常用的半导体材料，在硅中掺入微量的砷（As）、磷（P）或硼（B），就能改变硅的导电特性，形成n型（负性）或p型（正性）半导体。n型？p型？是什么意思呢？下面简单说明：

硅原子的最外层有四个电子，纯硅原子间以共价（共享电子）的方式，形成一相当稳定的状态。由于缺少自由电子，因此，纯硅的导电性极差。但是，如果我们在纯硅中掺入（doping）少许的砷或磷（最外层有五个电子），就会多出一个自由电子，这样就形成n型半导体；如果我们在纯硅中掺入少许的硼（最外层有三个电子），就反而少了一个电子，而形成一个电洞，这样就形成p型半导体（少了一个带负电荷的电子，可视为多了一个正电荷）。此时若在硅晶两端加电压，就能使电子产生自由移动而显著地增加其导电性。

除了n型和p型半导体，如果把两者连接起来，在它们的接合面会有特殊情形产生，我们把这个面称为p-n型接面(p-n junction)。一般熟知的晶体管、二极管等电子组件，就是利用p-n型接面而形成的。

半导体的重要性，在于我们可以利用改变半导体的电容，制成各种半导体组件，而使得电子工业、光学工业和能量系统都产生重大改进（如雷射、太阳能电池），近年来更广泛运用在计算机的芯片中。

半导体<semicondcctor>,顾名思义,是导电力介于金属等导体和玻璃等飞导电体的物质.若以导电率来看,半导体大致位于1e3-10(ohm-cm)间<这只是概分>.是温下铝的电阻系数为2.5e-6 ohm-cm,而玻璃则几乎无限大.会有这种现象是因为物质内部电子分布在不同的能量范围<或称能带>内,其中可让电子自由移动的能带称为导电带,除非导带内有电子可自由活动,否则物质将无法经由电子来传导电流.其它能带<导电带>的电子必须要克服能量障碍<指能隙>跃升致电导电带后,方可成为导电电子.例如玻璃,即是因为这能隙太大,使得电子再是温下无法跃至导电带后自由活动,所以是非导体.

至于半导体,其能量障碍不是很大,低于非导体,所以在高温,照光等给予能量的状况或是地加入一些可减小能量障碍的元素,便可以改变其电阻值,成为电的良导体.电子工业是利用半导体这种可随环境,参质的加入等而改变其导电能力的特性,发展出多项的应用产品.

半导体的材料又可分为元素半导体及化合物半导体.元素半导体是由一元素所组成的半导体,如Si,Ge等化合物半导体则是两种以上的元素所组成的半导体,如GaAs,Zns等,常运用于光电或高速组件中.

本文说说碳化硅的那些事。 碳化硅材料的发展 历史 比较久远，1824年瑞典化学家Berzelius在人工生长金刚石的过程中发现了碳化硅SiC。1885年Acheson用焦炭和硅石的混合物以及一定量氯化钠在熔炉中高温加热，制备出了小尺寸碳化硅晶体，但存在大量缺陷。 碳化硅材料的应用始于20世纪初。1907年美国Round制造出第一个碳化硅发光二极管；1920年碳化硅单晶作为探测器用于早期的无线电接收机上。不过因为单晶生长难度较大，碳化硅在很长一段时间内没有很好的应用，到了1955年飞利浦发明了一种采用升华法制备高质量碳化硅的新方法即Lely法，碳化硅材料再次焕发生机。 七八十年代碳化硅的制备及应用实现重大突破。1978年前苏联科学家Tairov等人改良了Lely法，可以获得较大尺寸的碳化硅晶体。1979年第一个碳化硅发光二极管问世；1981年Matsunami发明了在硅衬底上生长碳化硅单晶的方法；1991年美国公司Cree采用升华法生长出碳化硅晶片并实现产业化。 目前碳化硅及其应用呈现出以下几个特点：第一是晶圆尺寸实现大尺寸化，Cree的6英寸碳化硅晶片实现产业化，并积极推进8英寸晶片的产业化。第二晶体缺陷密度不断下降，比如4英寸碳化硅单晶微管密度下降至0.1cm^-2以下，穿透性螺位错和基平面位错密度控制在10^2cm^-2。第三碳化硅基功率器件不断涌现，除了特斯拉和蔚来 汽车 在电动车上使用了SiC-MOSFET，还发展出了SBD、HMET等器件。当然第四点相比硅基半导体的奋起直追，中国在碳化硅第三代半导体上与国外发展水平基本持平，衬底方面天科合达等实现了4英寸的产业化和6英寸的技术突破，并积极向8英寸推进；山东天岳等公司拥有相应的外延生长技术。在器件制造上扬杰 科技 、士兰微等也积极推进碳化硅基功率半导体的产业化。 碳化硅材料的特性之一就是拥有超过200多种晶体结构，每一种结构对应的电学性能等存在一定差异。目前主要是六角4H、六角6H和菱方15R等，其中4H和6H实现产业化： 总体上相比氮化镓和硅等，碳化硅材料拥有最高的热导率、较高的带隙、电子迁移率和饱和电子速率等，可以制造能在高温、高压、更高功率和更高工作频率等情形下的器件。 在具体应用方面，碳化硅主要实现了以下应用：第一是碳化硅为衬底制备高亮度和超高亮度蓝绿InGaN铟镓氮LED；第二是实现了KV级高压MOSFET器件制造，比如罗姆半导体生产的1200V、35A的SiC-MOSFET；第三是用于300V到1200V甚至3300V等更高压的碳化硅基肖特基势垒管SBD的制造；第四是在半绝缘碳化硅衬底上制备氮化镓、铝镓氮AlGaN高电子迁移率晶体管HEMT；第五是在SiC-IGBT上有所突破，实现了P沟道IGBT的制造。 在碳化硅材料制备上，1955年飞利浦提出了Lely法，也称升华法。Lely法的基本原理是：在空心圆筒状石墨坩埚中（最外层石墨坩埚，内置多孔石墨环），将具有工业级纯度的碳化硅粉料投入坩埚与多孔石墨环之间加热到2500度，碳化硅在此温度下分解与升华，产生一系列气相物质比如硅单晶、Si2C和SiC2等。由于坩埚内壁与多孔石墨环之间存在温度梯度，这些气相物质在多孔石墨环内壁随机生成晶核。总的来说Lely法产率低，晶核难以控制，而且会形成不同结构，尺寸也有限制。 目前碳化硅材料制备多采用改进Lely法、高温CVD法和溶液法，其中以改进Lely法为主流。 改进Lely法也称物理气相传输法PVT，是前苏联科学家Tairov和Tsvetkov于1978年提出的。改进Lely法使用了工作频率10-100KHz的中频感应加热单晶炉，在生长过程中加入籽晶用于控制晶核和晶向： 在改进Lely法中碳化硅单晶生长主要经历低温高真空阶段、高压升温阶段、高压保温成核阶段、降压生长阶段、恒压恒温生长阶段和升压冷却阶段等六个阶段。当然在具体生长过程中，为了制备符合要求的碳化硅单晶，降低微管、位错密度等缺陷，会对籽晶的籽晶面等适当微调，在此不再展开。 碳化硅单晶有绝缘型、半绝缘型之分，按照掺杂类型还有P型掺杂和N型掺杂之分，无形中提升了碳化硅的制备难度。比如制备功率器件的是N型4H-SiC衬底，器件要求衬底电阻率小于20毫欧姆*厘米，制备低电阻率的N型4H-SiC常用高浓度N掺杂，但随着掺杂浓度提高，单晶中位错密度会升高。Kato等人提出的氮、铝共掺杂技术制备出了低电阻率的N型4H-SiC单晶，所用的单晶炉有两套加热系统，其中上部加热系统与普通Lely法相同，主要对SiC原料加热并为单晶生长提供合适的温度；下部加热系统为铝原料加热。这样通过对生长压力、温度等参数调整，可以实现有效的氮、铝共掺杂。 碳化硅的外延主要采用化学气相沉积CVD，以后再说。

K2232可以用7N75,7N85,6N65.6N60,K22642SK2266,IFRP054等代换。

K2232参数：耐压 60V 电流25A 功率35W 沟道N 外形 TO-220F

可以用K1095、K1214、K1345、K1897、2SK2266,、FRP054直接代替 。

场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。主要有两种类型（junction FET—JFET)和金属 - 氧化物半导体场效应管（metal-oxide semiconductor FET，简称MOS-FET）。由多数载流子参与导电，也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件。具有输入电阻高（107～1015Ω）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。

场效应管（FET）是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，并以此命名。

由于它仅靠半导体中的多数载流子导电，又称单极型晶体管。

FET 英文为Field Effect Transistor，简写成FET。

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