什么是半导体？

半导体的特征：

一、半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，如硅、锗、硒等，它们的电阻率通常在 之间。

二、半导体之所以得到广泛应用，是因为它的导电能力受掺杂、温度和光照的影响十分显著。

三、如纯净的半导体单晶硅在室温下电阻率约为 ，若按百万分之一的比例掺入少量杂质(如磷)后，其电阻率急剧下降为 ，几乎降低了一百万倍。半导体具有这种性能的根本原因在于半导体原子结构的特殊性。

常用的半导体材料是单晶硅（Si）和单晶锗（Ge）。所谓单晶，是指整块晶体中的原子按一定规则整齐地排列着的晶体。非常纯净的单晶半导体称为本征半导体。

扩展资料

一、本征半导体的原子结构

半导体锗和硅都是四价元素，其原子结构示意图如图Z0102所示。它们的最外层都有4个电子，带4个单位负电荷。通常把原子核和内层电子看作一个整体，称为惯性核。

惯性核带有4个单位正电荷，最外层有4个价电子带有4个单位负电荷，因此，整个原子为电中性。

二、应用

1、在无线电收音机及电视机中，作为“讯号放大器/整流器”用。

2、半导体可以用来测量温度，测温范围可以达到生产、生活、医疗卫生、科研教学等应用的70%的领域，有较高的准确度和稳定性，分辨率可达0.1℃，甚至达到0.01℃也不是不可能，线性度0.2%，测温范围-100~+300℃，是性价比极高的一种测温元件。

3、半导体致冷器的发展, 它也叫热电致冷器或温差致冷器, 它采用了帕尔贴效应.

参考资料来源：百度百科-半导体

半导体原子规则排列成点阵状态。其最小单元叫作晶包，对锗来讲是小四面体，即金刚石结构。电子在晶体中为晶包所公有，形成能带结构，如图4-1-1所示。下面的能带称为价带，又称满带，平时被电子填满。中间是禁带（又称能隙）。上面是导带，平时没有电子（又称空带）。在价带以下还有更低能量的价带；在导带以上还有更高能量的导带。如果令Eg代表禁带宽度，Eg(金属)＜ Eg＜ Eg（绝缘体）。中间是半导体。在T＝0时，理想的半导体是无杂质的半导体，导带全空（无电子），价带全满，被电子充满，加上电压不导电，电阻率非常大。在T≠0时，热激发使价带电子跳到导带，电子都处在导带底层，空穴均处在价带上层，并且处于动平衡状态，激发的电子—空穴对数目等于复合电子—空穴对数目。这样的半导体叫作本征半导体。从能带模型看，产生电子—空穴对，破坏了一个原子的共价键，Eg就是该结合键的结合能：

式中　Ni——电子密度，与温度有关；Pi——空穴密度，与温度有关；K——波尔兹曼常数；T——绝对温度，°K；Eg——能隙（禁带宽度）；N ( T )——表示跃迁到某一状态的状态函数。

本征半导体：晶格结构完整，没有缺陷，没有杂质，电阻率极大，电子充满价带，绝对零度不导电。

本征半导体Si或Ge，掺杂少量的三价或五价元素，便改变了半导体的电性能。如五价的P、As加入到Si或Ge，P、As置换了Ge晶格点阵的Ge原子。因是五价，四个电子与周围Ge组成四组共价键，第五个电子与As结合不紧密，在热激发下跳到导带，留下正电荷在点阵上形成正电中心，这种杂质称为施主杂质。

如果掺杂少量三价B、Ga元素，去置换Si或Ge原子，它要从周围的Ge原子拉过来一个电子，组成四对共价键，即原来价带的一个电子跳入Ga固定能级形成负电中心，在价带中留下一个空穴，这种杂质称为受主杂质。施主杂质As给出一个电子，它一般靠近导带，也称为浅层杂质，距禁带0.03～0.05eV。受主杂质Ga接受一个电子，它一般靠近满带，也称为深层杂质。

单晶本身浓度为1022原子/cm3，这是本征半导体。杂质浓度为109～1010原子/cm3，为高纯锗作半导体探测器；杂质浓度为1011～1012原子/cm3，为特种半导体，作特种器件；杂质浓度为1012～1013原子/cm3，为一般半导体，作晶体管。

半导体分为N型半导体、P型半导体。N型半导体的电子是多数载流子，空穴是少数载流子；P型半导体的电子是少数载流子，空穴是多数载流子。P型半导体与N型半导体结合在一起，接触面形成PN结。

1.载流子的寿命载流子寿命てe( h )越长越好，大约为300μs～1ms。对于一块完整的晶体，载流子迁移率与温度有关。当温度高时，晶格受热运动产生光学、声学振动，载流子在迁移过程中，可能发生碰撞而受阻力。反之亦然。载流子的迁移率μ与温度t关系曲线如图4-1-2所示。由于晶格点阵有空位，造成附近区点阵错乱，称为点缺陷；由于点阵错乱，引起点阵变形，称为线缺陷；面与面之间点阵错乱，即位错乱，引起的点阵畸变，称为面缺陷。由于上述三种缺陷产生了凸凹部分，使点阵的结合能发生改变，出现了能量的高低变化。能量低的地方被称为陷井。当载流子通过陷井时，把载流子陷进去，使载流子暂停一下，当得到适当机会后它再跃出。由于掺杂质后，施主杂质产生了正电荷中心，受主杂质产生了负电荷中心。有电荷中心就产生了库仑电场，当载流子经过库仑电场时，使其暂停一下，当得到适当机会，把它放出，这种电荷中心称为捕捉中心。当被电荷中心捕捉后，被进一步陷落于价带中，与价带中的一个空穴复合，使载流子消失，这种现象称为复合。载流子的寿命与陷井、捕捉、复合三种现象有很大关系。一般情况下，温度低迁移率大，载流子寿命长。电子—空穴对由产生到消失，所用时间称为载流子寿命：

式中　てe（h）——载流子寿命；μe（h）——载流子迁移率；λ——载流子的平均自由行程；?——受陷落截面；P——陷井密度。

对于厚度为1cm的耗尽层，由于载流子的损失，能量谱加宽0.1%。

2.载流子的平均自由行程在没有外界电场的情况下，电子—空穴对从产生到消失，所走的平均距离，称为载流子的平均自由行程。载流子的平均自由行程与陷井的密度、掺杂质的种类有关。陷井密度小，受陷落截面小，λ大。氧和铜在锗晶体中特别容易扩散。如果本征半导体在空气中暴露1min，就产生一个氧化层使表面造成破坏，导致漏电流增大。对于半导体，漏电流越小越好，漏电流与半导体制造工艺有很大关系。晶体表面清洁，漏电流就小，一般小于10-10A。

载流子的浓度随时间变化：

式中　N0exp——初始载流子密度；Nt——载流子随时间变化密度。

3.载流子的收集率当γ量子入射到本征区后，γ量子由于能量损失，便产生一定数量的电子—空穴对，在外界电场的作用下，被收集到阳极，产生电流脉冲，这种收集如果是完全的话，电流脉冲幅度达到极大值。收集载流子多少称为收集率。收集率大小与半导体制造工艺、材料、体积大小，本征区宽度有关；从本质上讲，还取决于载流子迁移率、迁移长度、复合效应、陷井、捕捉中心密度大小；另外还和外加电场强弱有关。

4.对半导体探测器的要求气体探测器：在电离室中产生一个电子—离子对，大约需要能量ε≈30eV；半导体探测器：在晶体中产生一个电子—空穴对，大约需要能量ε≈3eV；闪烁体探测器：在光电倍增管光阴极上，产生一个光电子，大约需要能量ε≈300eV。

半导体探测器产生一个电子—空穴对需要的能量ε越小，能量分辨率越高。产生一个电子—空穴对需要能量/γ光子损耗能量= 0.3～0.35，γ光子损耗的能量主要消耗于晶格的光学、声学振动中。

5.载流子的漂移速度原子在外加电场作用下，在晶体内产生区域电场，电场有固定指向，电子—空穴对沿电场漂移，漂移速度ve( h)：

式中　μe（h）——电子一空穴对漂移率或漂移本领，也叫载流子迁移率。

在室温情况下，电子的漂移率μe=1300cm2/(V?s)，空穴的漂移率μ（h）=500cm2/（V?s）；在不同电场下，μe（h）不是常数，在1000～2000V/cm时，μe（h）达到极大值，为1×107～2×107cm2/(V?s)。

μe（h）是温度T的函数，温度为0时，μe（h）达到极大值，因为0时晶格无振动，电子—空穴对不受任何碰撞，运动无阻力。晶体的任何参杂和晶格的不完整性都会引起μe （h）的减小。

材料的电阻率表示为：

用式（4-1-4）计算的Pi与实际测得的Pi相差极大，因为在实际上没有真正无杂质的纯晶体。

电子密度Ni与温度关系较大，随温度变化快。Ni与μe（h）比较，μe（h）随温度变化较慢一些：

6.几种材料的禁带度

禁带宽度越宽，晶体的使用温度越高，0.66eV（低温）→1.45eV（室温）→2.8eV（高温）。锗原子序数为32，碘化钠原子序数为11、53，因此两个探测器探测效率相差不多。

7.Si和Ge的基本特性参数

8.产生一个电子—空穴对需要的能量/γ量子损耗能量≈0.3～0.35的原因γ量子入射到本征区，它并不是只与弗米表面起作用，还与满带下面能量更低的带起作用，交给满带能量，是随机性的。这样激发出来的电子，其能量有高、有低。这样一来，能量高的就可以跳到导带，还有的跳到更高导带上去。这时它是不稳定的，放出能量回到低能导带上；处在低能价带上的空穴也是不稳定的，它也要逐渐回到价带的最表层(空穴移动是通过上一层满带的电子来补偿的)，同时空穴也将放出能量。电子与空穴放出的能量大部分交给晶格，能量低的产生光学振动，能量高一点的作声学振动，所以点阵总是处于一种振动状态，γ量子损耗的能量不是完全都用于产生电子—空穴对，而是一大部分用于产生各种点阵的振动。产生一个电子—空穴对需要的能量/γ量子损耗能量≈0.3～0.35。产生一个电子—空穴对损耗的能量比禁带宽度大好几倍。

国产数字芯片厂商详细信息

下面我们将从核心技术、主要产品、目标市场和应用方案等方面对这30家公司逐一展示。

中科龙芯

核心技术：MIPS授权架构的CPU及生态圈、跨指令兼容的二进制翻译技术。

主要产品：面向行业应用的“龙芯1号”小CPU面向工控和终端类应用的“龙芯2号”中CPU以及面向桌面与服务器类应用的“龙芯3号”大CPU。

应用领域：网络安全、办公与信息化、工控及物联网等领域，并在政府、能源、金融、交通、教育等行业领域取得了广泛应用。

天津飞腾

核心技术：自研ARMv8架构处理器、片上并行系统(PSoC)体系结构。

主要产品：高性能服务器CPU(腾云S系列)高效能桌面CPU(腾锐D系列)高端嵌入式CPU(腾珑E系列)三大系列。

应用领域：国内政务办公、装备制造、云计算、大数据以及金融、能源和轨道交通等行业信息系统领域。

海光信息

核心技术：AMD授权X86指令集架构、“禅定”x86 CPU

主要产品：7000系列、5000系列和3000系列处理器。

应用领域：政府机构和商业服务器应用。

兆芯

核心技术: CPU、GPU、芯片组核心技术。

主要产品：“开先”、“开胜”两大CPU系列。

应用领域: 党政办公、金融、教育、医疗、交通、网络安全、能源等行业。

申威

核心技术：申威64自主可控架构

主要产品：SW1600/SW1610 CPU。

应用领域: 党政、军事、超算、服务器和桌面电脑。

华为海思

核心技术：ARM v8架构授权、达芬奇架构NPU

主要产品：鲲鹏920、麒麟系列应用处理器、升腾AI芯片。

应用领域：服务器、手机、智能终端。

紫光展锐

核心技术：5G通信、AI平台

主要产品：虎贲T7520/T7510/T710系列手机应用处理器、W517/307系列智能可穿戴处理器、春藤系列物联网芯片。

应用方案：5G、AIoT、智能语音、智能穿戴、平板电脑、工业互联网

目标市场：手机、可穿戴设备、工业物联网、 汽车 电子、功率电子。

瑞芯微

核心技术：ARM内核高性能应用处理器、智能语音

主要产品：RK35系列、RK33系列、RK32系列、RK31系列RK30系列、RK18系列、RK MCU系列、RK Power系列、RV11系列。

应用方案：平板电脑、流媒体应用、商业及工业应用、家居应用、智联网应用、视觉应用、车载应用。

目标市场：智能硬件、手机周边、平板电脑、电视机顶盒、工控等多个领域。

北京君正

核心技术：XBurst 系列 CPU Core (基于MIPS 指令集)、Helix/ Radix系列 VPU、Tiziano图像处理器、君正AIE 算力引擎、ISSI存储技术

主要产品：X2000、X1000/E、X1520、X1500、X1021系列微处理器T40、T31、T21、T30、T20系列智能视频处理器ISSI/Lumissil存储器。

应用方案：智能音频、图像识别、智能家电、智能家居、智能办公、智能视频。

目标市场：生物识别、教育电子、多媒体播放器、电子书、平板电脑、AIoT等领域，以及计算和通信存储市场。

全志 科技

核心技术：智能应用处理器SoC、超高清视频编解码、高性能CPU/GPU/AI多核整合

主要产品：A系列平板电脑应用处理器、F系列多媒体处理器、H系列机顶盒OTT处理器、R系列智能语音芯片、T系列车规级驾舱信息 娱乐 处理器、V系列视频编解码处理器、MR系列处理器。

应用方案：智能硬件、消费电子、工业控制、家庭 娱乐 、车联网方案

目标市场：智能硬件、平板电脑、智能家电、车联网、机器人、虚拟现实、网络机顶盒，以及电源、无线通信模组、智能物联网等多个产品领域。

景嘉微

核心技术：支持国产CPU和国产 *** 作系统的GPU

主要产品：JM5400、JM7200/7201 图形处理器

应用市场：笔记本电脑、一体机、移动工作站、刀片式主板等桌面办公和工业控制领域。

天数智芯

核心技术：全自研通用计算GPGPU

主要产品：7纳米GPGPU高端自研云端训练芯片

目标市场：计算机视觉、智能语音、智能推荐等AI领域HPC通用计算。

芯动 科技

核心技术：GDDR6高带宽显存技术、4K/8K显示的HDMI2.1技术、国产自主标准的INNOLINK Chiplet和HBM2E高性能计算平台技术

主要产品：智能渲染GPU图形处理器高速32Gbps SerDes Memory 高性能计算/高带宽储存/加密计算/AI云计算/低功耗IoT等芯片。

应用市场：高性能计算/多媒体&汽车 电子/IoT物联网等领域信创桌面渲染、5G数据中心、云 游戏 、云办公、云教育等主流新基建领域。

高云半导体

核心技术：GoAI机器学习平台、蓝牙FPGA系统级芯片

主要产品：晨熙家族GW2A系列 FPGA、小蜜蜂家族GW1N系列SoC

应用市场：通讯、工业控制、LED显示、 汽车 电子、消费电子、AI、数据中心。

上海安路

核心技术：全流程TD软件系统

主要产品：高端PHOENIX(凤凰)、中端EAGLE(猎鹰)、低端ELF(精灵)系列FPGA。

应用方案：LED显示屏、工业自动化、通信控制、MIPI和TCON显示等。

紫光国微

核心技术：Pango Design Suite FPGA开发软件技术、嵌入式FLASH、高安全加密、内嵌ECC。

主要产品：Titan系列FPGA、Logos系列FPGA、Compact系列CPLD智能卡和智能终端安全芯片半导体功率器件超稳晶体频率器件5G超级SIM卡。

应用方案：移动通信、金融支付、数字政务、公共事业、物联网与智慧生活、智能 汽车 、电子设备、电力与电源管理、人工智能。

目标市场：金融、电信、政务、 汽车 、工业互联、物联网等领域。

京微齐力

核心技术：AiPGA芯片(AI in FPGA)、异构计算HPA芯片(Heterogeneous Programmable Accelerator)、嵌入式可编程eFPGA IP核、FX伏羲EDA软件

主要产品：HME-R、HME-M、HME-P、HME-H系列FPGA

应用方案：工业控制、医疗电子、消费类电子、广播&通信、 汽车 电子、计算机与存储、嵌入式应用、人工智能。

目标市场：云端服务器、消费类智能终端以及国家通信/工业/医疗等核心基础设施。

智多晶

核心技术：FPGA开发软件“HqFpga”、 自主研发的FPGA架构

主要产品：Seagull 1000系列 CPLD、Sealion 2000 系列FPGA、Seal 5000 系列 FPGA

目标市场：LED驱动、视频监控、图像处理、工业控制、4G/5G通信网络、数据中心等。

成都华微电子

核心技术：可编程逻辑器件CPLD、FPGA硬件设计平台、可编程逻辑器件综合、映射及编程算法软件技术。

主要产品：数字模拟混合信号芯片、可编程逻辑器件、ADC/DAC、模拟电路及接口电路系列产品

应用市场：工业控制、通信和安防等。

遨格芯

核心技术：可编程SoC、异构(MCU)边缘计算

主要产品：CPLD、FPGA、MCU-SoC、AI ASIC、MCU。

目标市场：消费电子、工业和AIoT。

晶晨半导体

核心技术：超高清多媒体编解码和显示处理、人工智能、内容安全保护、系统IP等核心软硬件技术

主要产品：多媒体SoC芯片

应用方案：IP/OTT/DVB机顶盒方案、智能电视、智能影像、智能家居、智能商显。

目标市场：智能机顶盒、智能电视和AI音视频系统终端等，以及IPC等消费类安防市场、车载 娱乐 、辅助驾驶等 汽车 电子市场。

国科微

核心技术：全自主固态硬盘控制芯片、无线数据通信核心技术、AVS2超高清智能4K解码芯片

主要产品：直播卫星高清芯片、智能4K解码芯片、H.264/H.265高清安防芯片、高端固态存储主控芯片、北斗导航定位芯片。

应用方案：智能机顶盒、智能监控、存储控制、物联网

目标市场：卫星广播、无线通信、存储和信息安全、物联网应用领域。

中星微电子

核心技术：组织制定安全防范视频安全数字音视频编解码(SVAC)国家标准、结构化的视频码流、“数据驱动并行计算”架构

主要产品：“星光”数字多媒体芯片、 集成神经网络处理器(NPU)的SVAC视频编解码SoC、SVAC视频安全摄像头芯片、H.264 解压缩芯片、PC摄像头芯片

目标市场：信息安全、图像编码视频安全领域。

澜起 科技

核心技术：高性能DDR内存缓冲控制器、动态安全监控技术(DSC)、异构计算与互联技术

主要产品：DDR2-DDR5系列内存接口芯片、PCIe Retimer芯片、服务器CPU

目标市场：云计算、服务器、存储设备及硬件加速等应用领域。

兆易创新

核心技术：国产SPI NAND Flash工艺技术、基于Armv8-M架构的Cortex-M33内核高性能微处理器

主要产品：NOR Flash、NAND Flash、GD32系列MCU

应用方案：GD25/GD55 B/T/X系列大容量高性能SPI NOR Flash、车载数字组合仪表解决方案、GSL7001光学指纹识别方案

目标市场：工业、 汽车 、计算、消费类电子、物联网、移动应用以及网络和电信行业。

东芯半导体

核心技术：NAND/NOR/DRAM/MCP设计工艺技术

主要产品：中小容量NAND Flash、NOR Flash、DRAM芯片

目标市场：工业控制、通讯网络、消费电子、移动设备、物联网。

芯天下

核心技术：成熟闪存及新型存储技术

主要产品：SPI NOR Flash, NOR MCP, SPI NAND Flash, SD NAND Flash, NAND MCP等。

目标市场：物联网，显示与触控，通信，消费电子，工业等领域。

聚辰半导体

核心技术：串行EEPROM、逻辑加密卡、零漂移轨到轨输入输出运放

主要产品：EEPROM、智能卡芯片

目标市场：智能手机、液晶面板、蓝牙模块、通讯、计算机及周边、医疗仪器、白色家电、 汽车 电子、工业控制等众多领域。

恒烁半导体

核心技术：基于NOR Flash的存算一体架构50nm制程的NOR Flash存储

主要产品：SPI NOR flash存储器基于NOR flash的存算一体CIM AI加速芯片基于ARM Cortex的32位MCU

目标市场：可穿戴设备、智能音响、安防监控、物联网IoT、泛在电力物联网、 汽车 电子、消费电子及工业等领域。

得一微电子

核心技术：固态存储控制芯片

主要产品：PCIe SSD主控芯片、SATA SSD主控芯片、eMMC 5.1主控芯片、SPI NAND主控芯片、USB主控芯片

目标市场：通用计算和存储市场，覆盖消费级、企业级、工业级、 汽车 级应用。

---