改变半导体局部导电性的重要方法主要有以下几种:
掺杂:在半导体材料中掺入不同的杂质原子,可以改变材料的导电性质。掺入五价元素(如磷、砷等)可以形成N型半导体,掺入三价元素(如硼、铝等)可以形成P型半导体。
离子注入:通过离子注入技术,在半导体表面形成高能离子轰击区域,使局部区域的导电性质发生改变。离子注入通常用于制作集成电路器件的精细控制区域。
光刻技术:利用光刻技术在半导体表面覆盖一层光刻胶,并在胶面上利用投影机将芯片上的图形投影到光刻胶上,最后在芯片表面暴露出光刻胶中未被覆盖的部分。通过这种方式,可以在芯片表面形成精细的图形结构,进而改变半导体的局部导电性。
聚焦离子束(FIB)技术:FIB技术利用高能离子束在半导体表面进行刻蚀和刻划,可以制作出微米级别的半导体器件结构。通过这种方法可以在半导体表面形成局部结构,进而改变局部区域的导电性质。
这些方法通常用于半导体器件的制造和修饰,可以在半导体表面形成精细的结构和控制区域,对于半导体器件的性能和功能的提升非常重要。
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半导体导电原理 半导体一般是由4 价的硅或锗为主体材料,它们的晶体结构也和金刚石一样,每个原子由4 个价和运转在空间等距、有序环绕,构成金刚石结构,很纯的单晶硅基本不导电。N型半导体 在纯硅晶体中加了少量的磷元素后,就形成了N型半导体。5价的磷原子镶嵌在硅晶体中,本来硅晶体的每个原子通过4个结构元相互联接,价和速率相同,而磷的5个价电子参入硅中价和运转,尚有一个电子无价和轨道,它杂混在其它价和轨道中,扰乱了原均匀的速率,使得整个晶体中的价和电子出现了拥挤和等待的紊乱现象,于是晶体中出现了临时性的电子空位(临时性空位在晶体中占有一定概率),外来电子可乘虚而入,晶体的导电能力增加,形成的N型半导体。
P型半导体 在硅晶体中加入少量的硼元素后,硼在价和结构中顶替了一个硅原子,因硼外层只有3个价电子,使得与硼相连的4个结构元中有一个是单电子价和运转,于是就有了电子空位,与这个结构元相连的6个结构元外端又连着18个结构元,这样电子空位呈2×3 扩展,所以该晶体的导电能力也呈几何级数增加。电子空位扩展之后空位出现的时间越来越短,也就不成其为空位了。
以上论述说明,不管是N型还是P型半导体,其导电能力都是由电子空位提供的。电子空位则是由晶体中杂质分布引起价和电子紊乱运行所致,所出现的电子空位是瞬时的、随机的。这也导致了半导体的"测不准"及温升,热敏等诸多物理性质。
晶体管的PN结的实质是疏通或堵塞电子空位。
二极管 把N 型和P 型半导体材料紧密结合起来,两端连上导线,就形成了半导体二极管。二极管最关键的部位在两种材料的结合处,人们称之为P N 结。
由于N 型半导体是5 价的磷镶嵌在以4 价为主体硅晶体中,有多出的电子。而在P 型半导体中是3 价的硼在以硅为主体的结构元连接中,顶替了一个硅原子的位置,在整体上有缺少电子的趋势。把这两种晶体紧密结合:N 型半导体中多出的电子向缺少电子的P 型半导体中扩散。这样,在结合部附近,各结构元的价和电子数正好达到平衡,(图9-1)每个原子周围的价和电子平稳运转,没有了电子的紊乱和等待,也就没有了电子空位。这就是在不导电时的P N 结。
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