半导体,顾名思义就是导电性介于导体和绝缘体之间的一类物体。通过杂质的掺入而改变材料的导电性能,这便是半导体技术的底层基础。由此延展,这一特性可以用来制作出各类具备不同IV特性(电流电压特性)的晶体管。将成万上亿只晶体管集成在一起,并实现一定的电路功能,便形成了集成电路。粗略地讲,集成电路经过设计、制造、封装、测试后便形成了一颗完整的芯片,它通常是一个可以立即使用的独立整体。
说到半导体,其实它的发现可以追溯到很久以前,早在1833年,英国科学家电子学之父法拉第最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属,一般情况下,金属的电阻随温度升高而增加,但法拉第发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。后来人们又陆续发现了半导体的其他三种特性:光电伏特效应、光电导效应、整流效应。
常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等,而硅更是各种半导体材料中,在商业应用上最具有影响力的一种。物质存在的形式多种多样,固体、液体、气体、等离子体等。我们通常把导电性差的材料,如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘体。而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。
半导体的生产制造流程十分复杂,我们都知道半导体的主要成分是硅,而沙子正好就是硅组成的,由沙子到半导体这俩的跨越难度可想而知。简单来讲,半导体的生产制造流程主要分为硅片制造、晶圆制造、IC封测。
其中硅片制造:硅片制造的原料是硅锭,硅锭在要经历许多工艺步骤才能制成合乎要求的硅片,包括研磨、刻印定位槽、切片、磨片、倒角、刻蚀、抛光、清洗、检测和包装;晶圆制造:晶圆指制造半导体晶体管或集成电路的衬底。晶圆制造过程主要包括扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、化学机械抛光、金属化七个相互独立的工艺流程;晶圆封测:导体封装测试是指将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程。晶圆封测过程主要包括晶圆电测、切割、贴片、引线键合、封装、老化测试。
半导体是科技发展中必不可少的东西,在当下大部分的电子产品,如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关连。
当半导体受到外界光和热的激励时,其导电能力将发生显著变化!
在纯净的半导体中加入微量杂质时,其导电能力也将发生显著变化!
硅:四价元素,最外层轨道上有4个电子(价电子),由于原子呈电中性,所以硅原子简化模型:+4加圆圈表示,周围围绕着4个价电子。半导体的导电性与价电子有关。
在室温(300K)条件下,被共价键束缚的价电子就会获得足够的随机热振动能量而挣脱共价键的束缚,成为自由电子,形成电子-空穴对。
在外电场E的作用下,会发生电子和空穴的迁移,但自由电子在迁移的过程中,仍然处于束缚状态,因而可用空穴移动产生的电流来代表束缚电子移动产生的电流。运动的空穴是虚拟出来的,可以将空穴看成是一种带正电荷的粒子。
P型半导体(Positive):参杂少量三价元素(如:硼,铟,铝),受主杂质(P型杂质),产生空穴,以空穴导电为主(多载子)。
总空穴浓度 = 离子化的受主原子浓度 + 少子电子浓度 (剩余电荷浓度必为零)
N型半导体(Negative):参杂少量五价元素(如:磷,砷,锑),施主杂质(N型杂质),产生电子,以自由电子为主(多载子)。
总自由电子浓度 = 离子化的施主原子浓度 + 少子空穴浓度 (保持材料的电中性)
一定温度条件下,N型半导体中,空穴浓度与电子浓度的乘积为一常数(本征材料中空穴浓度和电子浓度的乘积)。
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