半导体材料硅的基本性质

半导体材料硅的基本性质 一．半导体材料 1.1 固体材料按其导电性能可分为三类：绝缘体、半导体及导体，它们典型的电阻率如下： 图1 典型绝缘体、半导体及导体的电导率范围 1.2 半导体又可以分为元素半导体和化合物半导体，它们的定义如下： 元素半导体：由一种材料形成的半导体物质，如硅和锗。 化合物半导体：由两种或两种以上元素形成的物质。 1) 二元化合物 GaAs — 砷化镓 SiC — 碳化硅 2) 三元化合物 AlGa11As — 砷化镓铝 AlIn11As — 砷化铟铝 1.3 半导体根据其是否掺杂又可以分为本征半导体和非本征半导体，它们的定义分别为： 本征半导体：当半导体中无杂质掺入时，此种半导体称为本征半导体。 非本征半导体：当半导体被掺入杂质时，本征半导体就成为非本征半导体。 1.4 掺入本征半导体中的杂质，按释放载流子的类型分为施主与受主，它们的定义分别为： 施主：当杂质掺入半导体中时，若能释放一个电子，这种杂质被称为施主。如磷、砷就是硅的施主。 受主：当杂质掺入半导体中时，若能接受一个电子，就会相应地产生一个空穴，这种杂质称为受主。如硼、铝就是硅的受主。 图1.1 （a）带有施主（砷）的n 型硅 (b)带有受主（硼）的型硅 1.5 掺入施主的半导体称为N 型半导体，如掺磷的硅。 由于施主释放电子，因此在这样的半导体中电子为多数导电载流子（简称多子），而空穴为少数导电载流子（简称少子）。如图1.1 所示。 掺入受主的半导体称为P 型半导体，如掺硼的硅。 由于受主接受电子，因此在这样的半导体中空穴为多数导电载流子（简称多子），而电子为少数导电载流子（简称少子）。如图1.1 所示。 二．硅的基本性质 1.1 硅的基本物理化学性质 硅是最重要的元素半导体，是电子工业的基础材料，其物理化学性质（300K）如表1 所示。 性质 符号 单位 硅（Si） 原子序数 Z 14 原子量 M 28.085 原子密度 个/cm3 5.00×1022 晶体结构 金刚石型 晶格常数 a Å 5.43 熔点 Tm ℃ 1420 密度(固/液)  g/ cm3 2.329/2.533 介电常数 0 11.9 本征载流子浓度 ni 个/ cm3 1.5×1010 本征电阻率 i  ·cm 2.3×105 电子迁移率 n cm2/(V·S) 1350 空穴迁移率 p cm2/(V·S) 480 电子扩散系数 Dn cm2/S 34.6 空穴扩散系数 Dp cm2/S 12.3 禁带宽度（25℃） Eg eV 1.11 导带有效态密度 Nc cm-3 2.8×1019 价带有效态密度 Nv...