两种载流子
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1.3 半导体的秘密
半导体的导电性介于导体绝缘体之间，其秘密在于半导体能带的带隙。 能带中电子按能量从高到低的顺序依次占据能级。与最外层价电子对应的能 带称为价带。价带上方是未被电子占据的空能带。价电子到达该空带后将参 与导电，因此该空带又称为导带。价带和导带之间不存在能级的能量范围叫 禁带。禁带的能量宽度即为带隙。
在磷化铟衬底上集成光器件
磷化铟混合硅激成光人成器才芯同片步教育专家
2.3 第三代半导体材料
以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金 刚石、氮化铝（AlN）为代表的宽禁带半导体材料称为第三代半 导体材料。
和第一代、第二代半导体材料相比，第三代半导体材料具 有宽的禁带宽度，高的击穿电场、高的热导率、高的电子饱和速 率及更高的抗辐射能力，因而更适合制作高温、高频、抗辐射及 大功率器件，通常宽称为禁带半导体材料（禁带宽度大于 2.2eV），也称为高温半导体材料。
多晶硅太阳能电池
非晶硅太成阳人能成电才池同步教育专家
第二章 丰富多彩的半导体材料
2.1 第一代半导体材料
主要以硅、锗半导体材料为主。
20世纪50年代，锗在半导体中占主导地位，主要应用于低压、低频、中 功率晶体管以及光电探测器中，但锗半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差， 到60年代后期逐渐被硅器件所取代。用硅材料制造的半导体器件，耐高温和 抗辐射性能较好。
GaAs霍尔元件
GaAs红外发光二极管
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磷化铟（InP）半导体材料，具有宽禁带结构，能够使通 信卫星在太空具有极高速率传输数据的能力，具有电子极限漂 移速度极高，耐辐射性能好，导热好的优点。与GaAs相比，它 具有击穿电场、热导率、电子平均速度均高的特点。目前光通 信器件主要采用磷化铟基材料，数码率很高、波长单色性好的 磷化铟激光器和调制器、探测器极其模块已广泛应用于光网络， 从而推动互联网数据信息传输量的高速发展，不断满足网络向 更高速度和更宽带宽方向发展的要求。
锗 石 成人成才同步教育专家
砷化镓晶圆片
磷化铟棒及晶圆片
碳化硅块
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1.2 半导体中的载流子
半导体的性质为什么不同于导体与绝缘体呢? 拥有的载流子的数目不同，它决定了半导体的导电性能。可 以改变载流子数目的物质就是半导体。 载流子就是电荷的运输者（载体），即能够移动的荷电粒 子。电子和空穴都是载流子，它们运动会产生电流，
带隙反映了固体原子中最外层电子被束 缚电子变为自由电子所需的能量，因此带 隙决定了固体的导电性能。
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绝缘体的带隙宽，电子几乎不能从价带跃迁到导带， 表现出很高的电阻率，几乎不导电。金属的带隙为零，价 带电子全为自由电子，导电性很强。对半导体而言，带隙 较窄，当温度升高，或者受光照，或者经过掺杂后，其价 带中电子很容易从价带跃迁到导带，载流子数目大大增加， 其导电性能也大大增加了。
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负温度系数热敏电阻
正温度系数热敏电阻
光敏二极管
光敏电成人阻成才同步教育专家
按照构成半导体物质的元素来分类：
半导体可分为元素半导体（由一种元素构成）和化合物半 导体（由多种元素构成）。元素半导体有Si和Ge等第IV主族元 素半导体，化合物半导体中通常的有GaAs、InP、GaN、SiC等 半导体。
按照原子结构的排列规则分类：可分为单晶半导体、多晶半导 体及非晶态半导体。
按照掺杂类型分类：半导体可分为本征半导体、P型半导体、
N型半导体。当在本征半导体中掺入少量的第III主族原子或第V
主族原子，使之取代晶格中原子的位置，便形成P型半导体或N
型半导体。
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SiN
单晶硅太阳能电池
“硅时代”。
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制造硅晶圆片的材料--沙子
由硅原料提炼成多晶硅块
由多晶硅进一步提炼成单晶硅
单晶硅太阳成能人电成板才同步教育专家
2.2 第二代半导体材料
砷化镓（GaAs）半导体材料，与传统的硅材料相比，具有 很高的电子迁移率，及宽禁带材料，能更快地传导电流。由于它 具有直接带隙及宽禁带等结构，它的光发射效率比硅锗等半导体 材料高。广泛应用于光通信、卫星通讯等领域。
此外，硅由于其含量极其丰富，提纯与结晶方便，二氧化硅薄膜的纯度
很高，绝缘性能很好，这使器件的稳定性和可靠性大为提高。因此，硅已经
成为应用最多的一种半导体材料，半导体95%以上，集成电路的99%都是都是
用硅半导体材料制造的。现在，我们所用的电子产品几乎都是基于硅材料，
以硅为基础的半导体工业，创造了一个全新的信息时代，我们已经生活在
《电子技术》
半导体简介
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内容
揭秘半导体
丰富多彩的半导体材料
精彩纷呈的半导体器件
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第一章 揭秘半导体
1.1 何谓半导体
半导体是人们将物质按电学性质进行分类时所赋予的 一个名称。我们通常把导电性能介于导体和绝缘体之间的 物质称为半导体。常见的半导体如下：
硅晶圆片
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1.4 半导体的特性及分类
半导体的特性主要有三大特性： （1）我们称纯净的半导体为本征半导体，它的电阻率通常很 高，但适当的掺入极微量的“杂质”元素后，其导电性就显著 地增加，这是半导体最显著、最突出的特性----“掺杂特性”， 也是半导体极某种特定的杂质元素，精确控制它的导电能力，用以制作各 种各样的半导体器件。 。
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在半导体中存在两种载流子，即导带中的电子和价带 中的空穴。所谓空穴即价带中由于电子的移动而留下的空位。 在电场的作用下，电子移动填充空穴，相当于电子与空穴相 互交换位置，而正是因为它们不断地交换位置而产生电流。
掺杂、加热及光照产生的热激发、光激发都可以增加 载流子的数目，从而使半导体的导电性大大增强。
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（2）半导体导电能力与温度也有密切关系。当环境温度升 高时，半导体导电能力就会显著增加；当环境温度下降时， 半导体的导电能力就会显著下降，这种特性称为半导体的" 热敏性"。热敏电阻就是利用半导体这种特性制成的。
（3） 半导体对光十分敏感，当有光照射在这些半导体上 时，它们就像导体一样，导电能力很强；当没有光照射时， 它们就像绝缘体一样不导电，这种特性称为“光敏性”， 光电二级管、光电三极管和光敏电阻等，就是利用半导体 的光敏特性制成的