半导体材料的特性？

半导体材料的特性：

半导体材料是室温下导电性介于导电材料和绝缘材料之间的一类功能材料。靠电子和空穴两种载流子实现导电，室温时电阻率一般在10-5～107欧·米之间。通常电阻率随温度升高而增大；若掺入活性杂质或用光、射线辐照，可使其电阻率有几个数量级的变化。

此外，半导体材料的导电性对外界条件（如热、光、电、磁等因素）的变化非常敏感，据此可以制造各种敏感元件，用于信息转换。

半导体材料的特性参数有禁带宽度、电阻率、载流子迁移率、非平衡载流子寿命和位错密度。禁带宽度由半导体的电子态、原子组态决定，反映组成这种材料的原子中价电子从束缚状态激发到自由状态所需的能量。电阻率、载流子迁移率反映材料的导电能力。

非平衡载流子寿命反映半导体材料在外界作用（如光或电场）下内部载流子由非平衡状态向平衡状态过渡的弛豫特性。位错是晶体中最常见的一类缺陷。位错密度用来衡量半导体单晶材料晶格完整性的程度，对于非晶态半导体材料，则没有这一参数。

半导体材料的特性参数不仅能反映半导体材料与其他非半导体材料之间的差别，更重要的是能反映各种半导体材料之间甚至同一种材料在不同情况下，其特性的量值差别。

扩展资料：

材料工艺

半导体材料特性参数的大小与存在于材料中的杂质原子和晶体缺陷有很大关系。例如电阻率因杂质原子的类型和数量的不同而可能作大范围的变化，而载流子迁移率和非平衡载流子寿命

一般随杂质原子和晶体缺陷的增加而减小。另一方面，半导体材料的各种半导体性质又离不开各种杂质原子的作用。而对于晶体缺陷，除了在一般情况下要尽可能减少和消除外，有的情况下也希望控制在一定的水平，甚至当已经存在缺陷时可以经过适当的处理而加以利用。

为了要达到对半导体材料的杂质原子和晶体缺陷这种既要限制又要利用的目的，需要发展一套制备合乎要求的半导体材料的方法，即所谓半导体材料工艺。这些工艺大致可概括为提纯、单晶制备和杂质与缺陷控制。

半导体材料的提纯“主要是除去材料中的杂质。提纯方法可分化学法和物理法。化学提纯是把材料制成某种中间化合物以便系统地除去某些杂质，最后再把材料（元素）从某种容易分解的化合物中分离出来。物理提纯常用的是区域熔炼技术，即将半导体材料铸成锭条，从锭条的一端开始形成一定长度的熔化区域。

利用杂质在凝固过程中的分凝现象，当此熔区从一端至另一端重复移动多次后，杂质富集于锭条的两端。去掉两端的材料，剩下的即为具有较高纯度的材料（见区熔法晶体生长）。此外还有真空蒸发、真空蒸馏等物理方法。锗、硅是能够得到的纯度最高的半导体材料，其主要杂质原子所占比例可以小于百亿分之一。

参考资料：百度百科—半导体材料

释词：电流载体，称载流子。在物理学中，载流子指可以自由移动的带有电荷的物质微粒，如电子和离子。在半导体物理学中，电子流失导致共价键上留下的空位（空穴引）被视为载流子。金属中为电子，半导体中有两种载流子即电子和空穴。在电场作用下能作定向运动的带电粒子。如半导体中的自由电子与空穴，导体中的自由电子，电解液中的正、负离子，放电气体中的离子等。

基本介绍中文名 ：载流子 外文名 ：carrier 释义 ：电流载体 分类 ：电子、物质微粒等 例如 ：电子和离子等 运动 ：定向运动 简介,学术解释,学术定义,推算公式,寿命,载流子与半导体的关系, 简介 载流子就是带有电荷、并可运动而输运电流的粒子，包括电子、离子等。半导体中的载流子有两种，即带负电的自由电子和带正电的自由空穴。实际上，空穴也就半导体中的价键空位，一个空位的运动就相当于一大群价电子的运动；只不过采用数量较少的空穴这个概念来描述数量很多的价电子的运动要方便得多。所以，从本质上来说，空穴只是一大群价电子的另一种表述而已。 学术解释 "载流子" 在学术文献中的解释： 1、不论是N型半导体中的自由电子，还是P型半导体中的空穴，它们都参与导电，统称为“载流子”.“载流子”导电是半导体所特有的。 2、关于气体导电众所周知，导体之所以容易导电，是因为“导体中存在大量的可以自由移动的带电物质微粒，称为载流子。在外电场的作用下，载流子作定向运动，形成明显的电流”。 学术定义 在半导体中载运电流的带电粒子——电子和空穴，又称自由载流子。在一定温度下，半导体处于热平衡状态，半导体中的导电电子浓度n0和空穴浓度p0都保持一个稳定的数值，这种处于热平衡状态下的导电电子和空穴称为热平衡载流子。 推算公式 在本征半导体中只发生热激发时，电子数目等于空穴数目，这时热平衡载流子浓度为 式中m 0 为电子质量，kgm n *为电子有效质量,kgm p *为空穴有效质量，kgk为玻耳兹曼常数，J/KEg为禁频宽度，eVn i 为本征载流子浓度，cm -3 T为绝对温度，K。 对于杂质半导体,N型半导体中的电子和P型半导体中的空穴称为多数载流子（简称多子），而N型半导体中的空穴和P型半导体中的电子称为少数载流子（简称少子）。在强电离的情况下，N型半导体中多子浓度nn及少子浓度pn分别为 P型半导体中多子浓度pp及少子浓度np分别为 上二式中N D 为施主杂质浓度，cm -3 N A 为受主杂质浓度，cm -3 。 如果对半导体施加外界作用（如用光的或电的方法），破坏了热平衡条件，使半导体处于与热平衡状态相偏离的状态，则称为非平衡状态。处于非平衡状态的半导体，其载流子比平衡状态时多出来的那一部分载流子称为非平衡载流子。在N型半导体中，把非平衡电子称为非平衡多数载流子，非平衡空穴称为非平衡少数载流子。对P型半导体则相反。在半导体器件中，非平衡少数载流子往往起着重要的作用。 寿命 载流子寿命life time of carriers 非平衡载流子在复合前的平均生存时间，是非平衡载流子寿命的简称。在热平衡情况下，电子和空穴的产生率等于复合率，两者的浓度维持平衡。在外界条件作用下（例如光照），将产生附加的非平衡载流子，即电子—空穴对；外界条件撤消后，由于复合率大于产生率，非平衡载流子将逐渐复合消失掉，最后回复到热平衡态。非平衡载流子浓度随时间的衰减规律一般服从exp(-t/τ）的关系，常数τ表示非平衡载流子在复合前的平均生存时间，称为非平衡载流子寿命。在半导体器件中，由于非平衡少数载流子起主导作用，因此τ常称为非平衡少数载流子寿命，简称少子寿命。τ值范围一般是10-1～103μs。复合过程大致可分为两种：电子在导带和价带之间直接跃迁，引起一对电子—空穴的消失，称为直接复合；电子—空穴对也可能通过禁带中的能级（复合中心）进行复合，称为间接复合。每种半导体的r并不是取固定值，将随化学成分和晶体结构的不同而大幅度变化，因此，寿命是一种结构灵敏参数。τ值并不总是越大越好。对于Si单晶棒和电晶体的静态特性来说，希望τ值大些。但是,对于在高频下使用的开关管，却往往需要掺杂（扩散金），以增加金杂质复合中心，降低τ值，提高开关速度。在电力电子器件生产中，常用电子束辐照代替掺金，降低τ值。在Si和GaAs材料、器件和积体电路生产过程中，τ值是必须经常检测的重要参数。 载流子与半导体的关系 载流子，是承载电荷的、能够自由移动以形成电流的物质粒子。半导体的性质跟导体和绝缘体不同，是因为其能带结构不同；而半导体的导电能力可以控制，主要是因为其载流子的种类和数量与导体和绝缘体不同，并且可以受到控制，其调节手段就是“掺杂”，即往纯净的半导体中掺入杂质，来改变其载流子数量、分布和运动趋势，从而改变整体导电性能。 绝缘体和金属导体的载流子是电子，而半导体除了电子外，还有一种载流子叫空穴。另外还有正离子、负离子也都带有电荷，但是在半导体中，它们一般不会流动，所以认为半导体的载流子就是电子和空穴这两种。 电子作为载流子容易理解，因为物质中的原子是由原子核和电子组成的，在一定条件下挣脱原子核束缚的自由电子可以运动，因而产生电流。而所谓空穴，就是由于电子的缺失而留下的空位。这就好像车与车位的关系，假设有一排共5个车位，从左边开始按顺序停了4辆车，最右边有1个空位，如果最左边的车开到最右边的空位上去，那么最左边的车位就空出来了。看起来好像是空位从右边到了左边，这是一种相对运动，车从左到右的移动，相当于空位从右到左的移动。同样道理，带负电的电子的运动，可看作是带正电的空穴的反方向运动。在没有杂质的纯净半导体中，受热激发产生的移动的电子数量和空穴数量是相等的，因为带负电的电子和带正电的空穴会进行复合，在数量大致相等的情况下，“产生”和“复合”会达到一个动态平衡，这样巨观上看来并没有产生有效电流。为了改善其导电性能，就引入了掺杂手段。 对积体电路来说，最重要的半导体材料是矽。矽原子有4个价电子，它们位于以原子核为中心的四面体的4个顶角上。这些价电子会与其他矽原子的价电子结合成共价键，大量的矽原子以这种方式互相结合，形成结构规律的晶体。如果给它加入砷（或磷），砷最外层有5个电子，其中4个电子也会跟矽原子的4个价电子结合成共价键，把砷原子固定在矽材料的晶格中。此时会多出1个自由电子，这个电子跃迁至导带所需的能量较低，容易在矽晶格中移动，从而产生电流。这种掺入了能提供多余电子的杂质而获得导电能力的半导体称为N型半导体，“N”为Negative，代表带负电荷的意思。如果我们在纯矽中掺入硼（B），如下图，因为硼的价电子只有3个，要跟矽原子的4个价电子结合成共价键，就需要吸引另外的1个电子过来，这样就会形成一个空穴，作为额外引入的载流子，提供导电能力。这种掺入可提供空穴的杂质后的半导体，叫做P型半导体，“P”是Positive，代表带来正电荷的意思。 需要注意的是，掺入杂质后的半导体中仍然同时具有电子和空穴这两种载流子，只是各自数量不同。在N型半导体中，电子（带负电荷）居多，叫多数载流子，空穴（带正电荷）叫少数载流子。在P型半导体中，则反之：空穴为多数载流子，电子为少数载流子；可以分别简称为“多子”、“少子”。

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