半导体笔记汇总

介于导体与绝缘体之间的材质就叫做半导体。半导体器件主要分三类：二极管、三极管、MOS管。

一、半导体理论基础

1、导体、半导体和绝缘体

我们根据物质的导电性能强弱将物质分为导体、半导体和绝缘体。电导率与电阻率互为倒数，下图中给出了一些常见物质的电阻率。
在这里插入图片描述
电阻率在 $10^8$ 以上的是绝缘体，电阻率在 $10^8$ 到 $10^{-3}$ 之间的是半导体，电阻率在 $10^{-3}$ 以下的是导体。

2、能带理论

导体中导带或者是被部分填充，或者是与价带重叠，在其中不存在禁带，会使得部分填充的导带最上面的电子或者价带顶的电子在获得动能时（例如加上外加电场通电）可以发生跃迁到附近的空能级，电子容易产生移动，产生电流，即可导电。

半导体中的原子键结合强度适中，容易被破裂形成自由电子和自由空穴，禁带宽度比绝缘体小，部分电子跃迁到导带并在价带留下空穴，外加电场时，导带的电子和价带的空穴将获得动能，形成电流，即一定条件下可以导电。

绝缘体的价电子与近邻原子形成强键，键难以打破，因此没有电子参与导电过程。能带图上表现为大的禁带宽度，价带内被电子填满，导带内能级全空，价带顶的电子无法通过外加电场激发到导带，无法形成电流，即不导电。
在这里插入图片描述

3.半导体三大基本特征

半导体的热敏性（temperature sensitive）：环境温度升高时，半导体的导电能力大幅增强，制成的热敏电阻可以用于温度控制。

半导体的光敏性（light sensitive）：当半导体收到光照时，导电能力大幅增强，制成的光敏二极管可以用于光敏控制。

半导体的掺杂性（doping impuritive）：在半导体中掺入一定浓度的杂质后，可改变半导体的导电类型，导电能力也会大幅度增加，利用这种特性可以制造出不同用途的半导体晶体管与集成电路。

二、本征半导体

1.导体、绝缘体与半导体

导体–银、铜、铁、铝等金属元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。
绝缘体–皮革、干燥的木头、惰性气体、橡胶等材料，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，一般强度的电场，不会形成电流（或者非常微弱），只有在外电场强到一定程度时才可能导电。
半导体–硅（Si）、锗（Ge）等材料，均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。

2.本征半导体

本征半导体–是指完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体，一般是指其导电能力主要由材料的本征激发决定的纯净半导体。它在物理结构上有多晶体和单晶体两种形态，制造半导体器件必须使用单晶体（材料的纯度要达到99.9999999，常称为“九个9”）.单晶体不但纯度高，在晶格结构上也是没有缺陷的，用这样的单晶体制造的器件才能保证质量。
典型的本征半导体有硅（Si）、锗（Ge）及砷化镓（GaAs）等。特点：纯净、无杂质（不掺杂）；结构稳定。