发光物理学 课件 二、半导体理论.ppt

硅材料的物理化学性质

——化学性质硅和硝酸、氢氟酸的混合液起作用它利用浓HNO3的强氧化作用。使硅表面生成一层SiO2，另一方面利用HF的络合作用，HF能与SiO2反应生成可溶性的六氟硅酸络合物H2[SiF6]。硅能与碱相互作用生成相应的硅酸盐。硅能与Cu+2,Pb+2,Ag+,Hg+2等金属离子发生置换反应。硅能溶解在熔融的铝、金、银、锡和铅等金属之中，形成合金。硅和这些金属的量可在一定范围内变化。在高温下，硅与镁、钙、铜、铁、铂和铋等金属能形成具有一定组成的硅化物。硅材料的物理化学性质

——参数的测量导电类型的检测方法（冷热探针法）：导电类型是指半导体中多数载流子的类型。用两根温度不同的探针与半导体接触时，热探针处的半导体由于温度升高使半导体内载流子的速度和浓度都将增加，并由热接触点扩散到冷接触点。如果半导体是N型的，多数载流子为电子，扩散的结果使热接触点比冷接触点缺少电子，而冷接触点有过多电子，即热接触点比冷接触点有较高的正电势。对于P型半导体，热探针处的空穴浓度和速度增大，并向冷探针方向扩散，热探针处缺少空穴，冷探针处有过剩的空穴。因此，在冷探针处有较高的正电势。因此，根据冷热探针之间的电势方向可以确定半导体材料的导电类型。硅材料的物理化学性质

——参数的测量电阻率的测量（直流四探针法）：用四根探针等距离沿一直线与被测样品压触，从外侧一对探针通以恒定的直流电流，由中间两根探针测量该电流所产生的电位差。再由下式求出电阻率：其中C为探针常数测试原理：

当四根金属探针排成一条直线，并以一定压力压在半导体材料上时，在1,4两根探针间通过电流Ｉ，则2,3探针间产生电位差Ｖ（如图所示）。

根据公可计算出材料的电阻率：其中，C为四探针的探针系数（cm），它的大小取决于四根探针的排列方法和针距。硅材料的物理化学性质

——参数的测量高频光电导衰退法测量少数载流子寿命在光激发下，样品电导发生变化，这时流过样品的电流也随着发生变化。光照停止后，非平衡载流子不会永久地存在下去，随时间逐渐减少消失。取样电阻两端的电压就反映了流过样品电流的变化，而得到光电导衰退曲线。硅材料的物理化学性质

——参数的测量晶向的测定利用择优腐蚀使晶体的解理面充分暴露并形成腐蚀坑，用一束平行光束垂直地照射到被测表面，在光屏上就可以看到从腐蚀小平面反射回来的特征反射图象，根据图象可以确定晶体的晶向。典型的特征光图见下图：*半导体的特性

——N型半导体（施主掺杂）多余电子半导体的特性

——N型半导体（施主掺杂）施主能级导带电离能价带半导体的特性

——P型半导体（受主掺杂）P型半导体硼（B）、铝（Al）、镓（Ga）等三族元素原子的最外层有三个电子，它在硅中也是处于替位式状态。硼原子最外层只有三个电子参加共价键，在另一个价键上因缺少一个电子而形成一个空位，邻近价键上的价电子跑来填补这个空位，就在这个邻近价键上形成了一个新的空位，这就是“空穴”。硼原子在接受了邻近价键的价电子而成为一个带负电的负离子。因此在产生空穴的同时没有产生相应的自由电子。这种依靠空穴导电的半导体称为空穴型半导体，简称P型半导体。半导体的特性

——P型半导体（受主掺杂）空键接受电子空穴半导体的特性

——P型半导体（受主掺杂）导带电离能价带受主能级实际，一块半导体中并非仅仅只存在一种类型的杂质，常常同时含有施主和受主杂质，此时，施主杂质所提供的电子会通过“复合”而与受主杂质所提供的电子相抵消，使总的载流子数目减少，这种现象就称为“补偿”。在有补偿的情况下，决定导电能力的是施主和受主浓度之差。若施主和受主杂质浓度近似相等时，通过复合会几乎完全补偿，这时半导体中的载流子浓度基本上等于由本征激发作用而产生的自由电子和空穴的浓度。这种情况的半导体称之为补偿型本征半导体。在半导体器件产生过程中，实际上就是依据补偿作用，通过掺杂而获得我们所需要的导电类型来组成所要生产的器件。补偿载流子的复合与寿命

——多数载流子