青島佳鼎分析儀器有限公司
會(huì)員1.png)
青島佳鼎分析儀器有限公司
閱讀：509發(fā)布時(shí)間：2024-7-22
一、半導(dǎo)體的起源
1946年1月，彼時(shí)新中國(guó)尚未成立，國(guó)共還處在內(nèi)戰(zhàn)的關(guān)鍵時(shí)刻，遠(yuǎn)在太平洋彼岸的美國(guó)BELL實(shí)驗(yàn)室正式成立了一個(gè)半導(dǎo)體研究小組，小組內(nèi)有3名核心成員，分別是Schokley、Bardeen和Brattain，俗稱“晶體管三劍客"。
三劍客有自己的研究?jī)?yōu)勢(shì)，Bardeen提出了表面態(tài)理論，Schokley給出了實(shí)現(xiàn)放大器的基本設(shè)想，Brattain設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)。
在三劍客成立的次年，1947年巴丁(Bardeen)和布萊登(Brattain)發(fā)明了點(diǎn)接觸(point?contact)晶體管。接著在1949年肖克萊(Shockley)發(fā)表了關(guān)于p?n結(jié)和雙極型晶體管的經(jīng)典論文。有史以來(lái)的個(gè)晶體管中，在三角形石英晶體底部的兩個(gè)點(diǎn)接觸是由相隔50μm的金箔線壓到半導(dǎo)體表面做成的，所用的半導(dǎo)體材料為鍺；當(dāng)一個(gè)接觸正偏(forward biased，即對(duì)于第三個(gè)端點(diǎn)加正電壓)，而另一個(gè)接觸反偏(reverse biased)時(shí)，可以觀察到把輸入信號(hào)放大的晶體管行為(transistor action)。
雙極型晶體管是一個(gè)關(guān)鍵的半導(dǎo)體器件，它把人類文明帶進(jìn)了現(xiàn)代電子時(shí)代，轟動(dòng)世界的半導(dǎo)體革命開(kāi)始了…
此時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)新名稱——晶體管。
我們還常聽(tīng)說(shuō)一個(gè)詞——集成電路【Integrated Circuit：IC】，晶體管和集成電路是什么關(guān)系呢？
集成電路是通過(guò)一系列特定的平面制造工藝，將晶體管、二極管等有源器件和電阻、電容等無(wú)源器件，按照一定的電路互連關(guān)系，“集成"在一塊半導(dǎo)體單晶片上，并封裝在一個(gè)保護(hù)外殼內(nèi)，能執(zhí)行特定的功能復(fù)雜電子系統(tǒng)。
晶體管是集成電路的組成單元，它的發(fā)明加速了半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。
二、什么是半導(dǎo)體？
半導(dǎo)體的概念是從材料的導(dǎo)電性來(lái)描述的，自然界中一切物體，按導(dǎo)電性分為三類：導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體。
生活中我們接觸到的物體，要么導(dǎo)電、要么不導(dǎo)電、要么在特定條件下導(dǎo)電。
從電阻的角度來(lái)看，就是下面這張圖：
絕緣體: 電導(dǎo)率很低，約介于20E-18S/cm-E-8S/cm，如熔融石英及玻璃；
導(dǎo) 體：電導(dǎo)率較高，介于10E4S/cm-10E6S/cm，如鋁、銀等金屬；
半導(dǎo)體：電導(dǎo)率則介于絕緣體及導(dǎo)體之間。
為什么這種導(dǎo)電率不穩(wěn)定的物質(zhì)卻受到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用呢？因?yàn)榘雽?dǎo)體易受溫度、光照、磁場(chǎng)及微量雜質(zhì)原子的影響。半導(dǎo)體材料在外界的刺激下，材料性能發(fā)生改變，正是半導(dǎo)體的這種對(duì)電導(dǎo)率的高靈敏度特性使半導(dǎo)體成為各種電子應(yīng)用中最重要的材料之一。
三、半導(dǎo)體的分類
半導(dǎo)體按照材料的類型可分為：
(1) 元素半導(dǎo)體：硅(Si)、鍺(Ge)
硅、鍺都是由單一原子所組成的元素半導(dǎo)體，均為周期表第IV族元素。20世紀(jì)50年代初期，鍺曾是最主要的半導(dǎo)體材料；60年代初期以后，硅已取代鍺成為半導(dǎo)體制造的主要材料，主要原因?yàn)楣杵骷谑覝叵掠休^佳的特性，高品質(zhì)的硅氧化層可由熱生長(zhǎng)的方式產(chǎn)生，成本低；硅含量占地表的25%，僅次于氧，儲(chǔ)量豐富。
(2) 化合物半導(dǎo)體：砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)等。
化合物半導(dǎo)體可以根據(jù)組成元素的多少進(jìn)一步細(xì)分為：
(a) 二元化合物半導(dǎo)體：
由兩種元素組成，比如常見(jiàn)的：
IV－IV族元素化合物半導(dǎo)體：碳化硅(SiC)；
III－V族元素化合物半導(dǎo)體：砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、磷化銦(InP)等；
II－VI族元素化合物半導(dǎo)體：氧化鋅(ZnO)、硫化鋅(ZnS)、碲化鎘(CdTe)等；
IV－VI族元素化合物半導(dǎo)體：硫化鉛(PbS)、硒化鉛(PbSe)、碲化鉛(PbTe)；
(b) 三元化合物半導(dǎo)體，由三種元素組成，比如：
由III族元素鋁(Al)、鎵(Ga)及V族元素砷(As)所組成的合金半導(dǎo)體AlxGa(1-x)As即是一種三元化合物半導(dǎo)體。
(c) 多元化合物半導(dǎo)體：由三種及以上元素組成。
具有AxB(1-x)CyD(1-y)形式的四元化合物半導(dǎo)體可由許多二元及三元化合物半導(dǎo)體組成。例如，四元化合物GaxIn(1-x)AsyP(1-y)合金半導(dǎo)體是由磷化鎵(GaP)、磷化銦(InP)及砷化鎵(GaAs)所組成。
半導(dǎo)體分類見(jiàn)下圖：
四、為什么硅可作為半導(dǎo)體材料？
硅在元素周期表中排列第14位，最外層有4個(gè)電子，下圖是硅晶體結(jié)構(gòu)圖以及電子排布情況。每個(gè)硅原子在外圍軌道有四個(gè)電子，分別與周圍4個(gè)原子共用4對(duì)電子。這種共用電子對(duì)的結(jié)構(gòu)稱為共價(jià)鍵(covalent bonding)。每個(gè)電子對(duì)組成一個(gè)共價(jià)鍵。
低溫時(shí)，電子分別被束縛在四面體晶格中，因此無(wú)法作電的傳導(dǎo)。但在高溫時(shí)，熱振動(dòng)可以打斷共價(jià)鍵。當(dāng)一些鍵被打斷時(shí)，所產(chǎn)生的自由電子可以參與電的傳導(dǎo)。而一個(gè)自由電子產(chǎn)生時(shí)，會(huì)在原處產(chǎn)生一個(gè)空缺。此空缺可由鄰近的一個(gè)電子填滿，從而產(chǎn)生空缺位置的移動(dòng)，并可被看作與電子運(yùn)動(dòng)方向相反的正電荷，稱為空穴(hole)。半導(dǎo)體中可移動(dòng)的電子與空穴統(tǒng)稱為載流子。
下圖中是空穴移動(dòng)的過(guò)程：
我們知道半導(dǎo)體晶圓是硅元素組成的，硅原子按照晶體生產(chǎn)的方式長(zhǎng)呈有序排列，從平面的角度來(lái)看硅原子的排列是這樣的：
從立體的角度看硅原子的排列是這樣的：
這種原子按照周期性排列的方式稱為晶體結(jié)構(gòu)。
儀表網(wǎng) 設(shè)計(jì)制作，未經(jīng)允許翻錄必究 .? ? ?
請(qǐng)輸入賬號(hào)
請(qǐng)輸入密碼
請(qǐng)輸驗(yàn)證碼