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半导体基础知识

来源：爱洼养生网

半导体

科技名词定义

汉字名称:

半导体

英文名称:

semiconductor

定义:

材料电阻率界于金属和绝缘材料之间材料。这种材料在某个温度范围内随温度升

高而增加电荷载流子浓度, 电阻率下降。

所属学科:
机械工程（一级学科）; 学科）	半导体材料(仪器仪表)（三级
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半导体（semiconductor）, 指常温下导电性能介于导体(conductor)和绝缘体

(insulator)之间材料。半导体在收音机、电视机和测温上有着广泛应用。

介绍

多样性

分类

半导体定义
历程
特点

伏安特征曲线

半导体杂质

介绍

多样性

分类

半导体定义

历程

特点

伏安特征曲线

半导体杂质

?半导体历史
?半导体应用 ?半导体行业发展
w~~ww.t~~aodocs.com?半导体相关知识

?半导体英文及解释

?半导体在照明中地位

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介绍

半导体: 电阻率介于金属和绝缘体之间并有负电阻温度系数物质。半
导体

半导体

室温时电阻率约在10-5～107欧·米之间,温度升高时电阻率指数则减小。半导体材料很多,按化学成份可分为元素半导体和化合物半导体两大类。锗和硅是最常见元素半导体;化合物半导体包含Ⅲ-Ⅴ族化合物（砷化镓、

磷化镓等）、 Ⅱ-Ⅵ族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜氧化物),和由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。除上述晶态半导体外, 还有非晶态玻璃半导体、有机半导体等。

温度下,

会越过禁带进入能量较高空带,空带中存在电子后成为导带,价带中缺乏一个电子后形成一个带正电空位,称为空穴（图1）。导带中电子和价带中空穴合称电子 -空穴对,均能自由移动,即载流子,它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流,分别称为电子导电和空穴导电。这种因为电子-空穴正确产生而形成混合型导电称为本征导电。导带中电子会落入空穴,电子-空穴对消失,称为复合。复合时释放出能量变成电磁辐射（发光）或晶格热振动能量（发烧）。在一定温度下,电子-空穴正确产生和

复协议时存在并达成动态平衡, 此时半导体含有一定载流子密度, 从而含

有一定电阻率。温度升高时, 将产生更多电子 - 空穴对, 载流子密度增加,

电阻率减小。无晶格缺点纯净半导体电阻率较大, 实际应用不多。

半导体

半导体中杂质半导体中杂质对电阻率影响很大。半导体中掺入微量杂质时,杂质原子周围周期势场受到干扰并形成附加束缚状态,在禁带中产加杂质

能级。比如四价元素锗或硅晶体中掺入五价元素磷、砷、锑等杂质原子

时, 杂质原子作为晶格一分子, 其五个价电子中有四个和周围锗（或硅）原子

形成共价结合, 多出一个电子被束缚于杂质原子周围, 产生类氢能级。杂质

能级在禁带上方靠近导带底周围。杂质能级上电子很易激发到导带成为电

子载流子。这种能提供电子载流子杂质称为施主, 对应能级称为施主能级。

杂质原子和周围四个锗（或硅）原子形成共价结合时尚缺乏一个电子,所以存在一个空位,和此空位对应能量状态就是杂质能级,通常在禁带下方靠近价带处。价带中电子很易激发到杂质能级上填补这个空位,使杂质原子成为负离子。价带中因为缺乏一个电子而形成一个空穴载流子（图3）。这种能提供空穴杂质称为受主杂质。存在受主杂质时,在价带中形成一个空穴载流子所需能量比本征半导体情形要小得多。半导体掺杂后其电阻率大大下降。加热或光照产生热激发或光激发全部会使自由载流子数增加而

造成电阻率减小, 半导体热敏电阻和光敏电阻就是依据此原理制成。对掺入

施主杂质半导体, 导电载流子关键是导带中电子, 属电子型导电, 称N 型半

导体。掺入受主杂质半导体属空穴型导电, 称P 型半导体。半导体在任何

温度下全部能产生电子-空穴对, 故N 型半导体中可存在少许导电空穴, P 型

半导体中可存在少许导电电子, 它们均称为少数载流子。在半导体器件多种

效应中, 少数载流子常饰演关键角色。

N 型半导体结构图

PN 结 P 型半导体和N 型半导体相互接触时, 其交界区域称为PN 结。 P 区中

积累, 形成电偶极层(图4 )。电偶极层中电场方向恰好阻止扩散进行。当自由空穴和N 区中自由电子要向对方区域扩散, 造成正负电荷在 PN 结两侧

后和N 区中电子复合, 而N 区中电子向P 区扩散后和P 区中空穴复合, 这使

电偶极层中自由载流子数降低而形成高阻层, 故电偶极层也叫阻挡层, 阻

挡层电阻值往往是组成PN 结半导体原有阻值几十倍乃至几百倍。
PN 结含有单向导电性, 半导体整流管就是利用PN 结这一特征制成。 PN

结另一关键性质是受到光照后能产生电动势, 称光生伏打效应, 可利用来

制造光电池。半导体三极管、可控硅、 PN 结光敏器件和发光二极管等半导

体器件均利用了PN 结特征。

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多样性

物质存在形式多个多样, 固体、液体、气体、等离子体等等。我们通

常把导电性和导热性差或不好材料, 如金刚石、人工晶体、琥珀、陶瓷

等等, 称为绝缘体。	而把导电、导热全部比很好金属如金、银、铜、铁、

锡、铝等称为导体。能够简单把介于导体和绝缘体之间材料称为半导体。

和导体和绝缘体相比, 半导体材料发觉是最晚, 直到20 世纪30 年代, 当材

料提纯技术改善以后, 半导体存在才真正被学术界认可。

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分类

半导体分类, 根据其制造技术能够分为: 集成电路器件, 分立器件、光

电半导体、逻辑IC、模拟IC、储存器等大类, 通常来说这些还会被分成小类。另外还有以应用领域、设计方法等进行分类, 即使不常见, 但还是根据IC、 LSI、 VLSI（超大LSI）及其规模进行分类方法。另外, 还有根

法。

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半导体定义

电阻率介于金属和绝缘体[1]之间并有负电阻温度系数物质。

半导体室温时电阻率约在10E-5～10E7 欧姆·米之间, 温度升高时电阻

率指数则减小。

半导体材料很多, 按化学成份可分为元素半导体和化合物半导体两大

类。

锗和硅是最常见元素半导体; 化合物半导体包含Ⅲ-Ⅴ 族化合物（砷化

镓、磷化镓等）、 Ⅱ-Ⅵ族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、铬、

铁、铜氧化物),和由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成固溶体（镓铝砷、

镓砷磷等）。除上述晶态半导体外,还有非晶态玻璃半导体、有机半导体等。

半导体:意指半导体收音机,因收音机中晶体管由半导体材料制成而得名。

本征半导体
不含杂质且无晶格缺点半导体称为本征半导体。在极低温度下,半导体价带是满带(见能带理论),受到热激发后,价带中部分电子会越过禁带进入能量较高空带,空带中存在电子后成为导带,价带中缺乏一个电子后形

成一个带正电空位, 称为空穴。导带中电子和价带中空穴合称电子 - 空穴

对, 均能自由移动, 即载流子, 它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏

观电流, 分别称为电子导电和空穴导电。这种因为电子-空穴正确产生而形

成混合型导电称为本征导电。导带中电子会落入空穴, 电子-空穴对消失,

称为复合。

烧）。在一定温度下, 电子 - 空穴正确产生和复协议时存在并达成动态平复合时释放出能量变成电磁辐射或晶格热振动能量（发

半导体电阻率较大,实际应用不多。

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历程
IC 封装历史始于30 多年前。	当初采取金属和陶瓷两大类封壳, 它们曾

是电子工业界“辕马”, 凭其坚固、可靠、散热好、功耗大、能承受严酷

环境条件等优点, 广泛满足从消费类电子产品到空间电子产品需求。但它

们有很多制约原因, 即重量、成本、封装密度及引脚数。最早金属壳是
TO 型, 俗称“礼帽型”; 陶瓷壳则是扁平长方形。

大约在20世纪60年代中期,仙童企业开发出塑料双列直插式封装

（PDIP）,有8条引线。伴随硅技术发展,芯片尺寸愈来愈大,对应地封壳

也要变大。到60年代末,四边有引线较大封装出现了。那时大家还不太注

意压缩器件外形尺寸,故而大一点封壳也能够接收。但大封壳占用PCB面积

多,于是开发出引线陶瓷芯片载体（LCCC）。1976年～1977年间,它变体

即塑料有引线载体（PLCC）面世,且生存了约,其引脚数有16个～132个。

20世纪80年代中期开发出四方型扁平封装（QFP）接替了PLCC。当初

有凸缘QFP（BQFP）和公制MQFP（MQFP）两种。但很快MQFP以其显著优点

替换了BQFP。其后相继出现了多个改善型,如薄型QFP（TQFP）、细引脚

间距QFP（VQFP）、缩小型QFP（SQFP）、塑料QFP（PQFP）、金属

QFP(MetalQFP)、载带QFP（TapeQFP）等。这些QFP 均适合表面贴装。但

这种结构仍占用太多PCB 面积, 不适应深入小型化要求。所以, 大家开始

注意缩小芯片尺寸, 对应封装也要尽可能小。实际上, 1968 年～1969 年,

菲利浦企业就开发出小外形封装（SOP）。以后逐步派生出J 型引脚小外型

成电路（SOIC）等。这么, IC 塑封壳有两大类: 方型扁平型和小型外壳型。

前者适适用于多引脚电路, 后者适适用于少引脚电路。

伴随半导体工业飞

速发展, 芯片功效愈来愈强, 需要外引脚数也不停增加, 再停留在周围引线

老模式上,即使把引线间距再缩小,其不足也日渐突出,于是有了面阵列新

概念,诞生了阵列式封装。

阵列式封装最早是针栅阵列（PGA）,引脚为针式。将引脚形状变通为

球形凸点,即有球栅阵列(BGA）;球改为柱式就是柱栅阵列(CGA）。以后

更有载带BGA(TBGA）、金属封装BGA(MBGA）、陶瓷BGA(CBGA）、倒装焊

BGA(FCBGA）、塑料BGA(PBGA）、增强型塑封BGA(EPBGA）、芯片尺寸

BGA(D2BGA）、小型BGA(MiniBGA）、微小型BGA(MicroBGA）及可控塌陷

BGA(C2BGA)等。 BGA 成为当今最活跃封装形式。

历史上,大家也曾试图不给IC任何封装。最早有IBM企业在20世纪60年代开发C4（可控塌陷芯片连接）技术。以后有板上芯片(COB）、柔性板上芯片(COF）及芯片上引线(LOC）等。但裸芯片面临一个确定优质芯片（KGD）问题。所以,提出了既给IC加上封装又不增加多少“面积”设想,1992 年日本富士通首先提出了芯片尺寸封装(CSP)概念。很快引发国际上关注,它必将成为IC封装一个关键热点。

另一个封装形式是贝尔试验室大约在1962年提出,由IBM付诸实现带式载体封装（TCP）。它是以柔性带替换刚性板作载体一个封装。因其价格昂贵、加工费时,未被广泛使用。

上述种类繁多封装, 其实全部源自20 世纪60 年代就诞生封装设想。

推进其发展原因一直是功率、重量、引脚数、尺寸、密度、电特征、

可

靠性、热耗散, 价格等。

少封装设计师及工程师正在努力以去掉封装。当然, 这绝非易事, 封装将尽管已经有这么多封装可供选择, 但新封装还会不停出现。其次, 有不

TO→DIP→LCC→QFP→BGA→CSP;材料方面是金属→陶瓷→塑料;引脚形状是长引线直插→短引线或无引线贴装→球状凸点;装配方法是通孔封装→表面安装→直接安装。

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特点

半导体五大特征∶电阻率特征, 导电特征, 光电特征, 负电阻率温度特

征, 整流特征。

★在形成晶体结构半导体中, 人为地掺入特定杂质元素, 导电性能含有

可控性。

★在光照和热辐射条件下,其导电性有显著改变。

晶格:晶体中原子在空间形成排列整齐点阵,称为晶格。

共价键结构:相邻两个原子一对最外层电子（即价电子）不仅各自围绕

本身所属原子核运动,而且出现在相邻原子所属轨道上,成为共用电子,组

成共价键。

自由电子形成:在常温下,少数价电子因为热运动取得足够能量,摆脱

共价键束缚变成为自由电子。

空穴:价电子摆脱共价键束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空

穴。

电子电流:在外加电场作用下,自由电子产生定向移动,形成电子电流。

空穴电流: 价电子按一定方向依次填补空穴（即空穴也产生定向移动）,

形成空穴电流。

不一样, 它们运动方向相反。本征半导体电流: 电子电流+空穴电流。自由电子和空穴所带电荷极性

www.

本征半导体电特点: 本征半导体有两种载流子, 即自由电子和空穴均参

与导电。

本征激发:半导体在热激发下产生自由电子和空穴现象称为本征激发。

复合:自由电子在运动过程中假如和空穴相遇就会填补空穴,使二者同

时消失,这种现象称为复合。

动态平衡:在一定温度下,本征激发所产生自由电子和空穴对,和复合

自由电子和空穴对数目相等,达成动态平衡。

载流子浓度和温度关系: 温度一定, 本征半导体中载流子浓度是一定,

而且自由电子和空穴浓度相等。当温度升高时, 热运动加剧, 摆脱共价键束

缚自由电子增多, 空穴也随之增多（即载流子浓度升高）, 导电性能增强; 当

温度降低, 则载流子浓度降低, 导电性能变差。

结论:本征半导体导电性能和温度相关。半导体材料性能对温度敏感性,可制作热敏和光敏器件,又造成半导体器件温度稳定性差原因。杂质半导体:经过扩散工艺,在本征半导体中掺入少许适宜杂质元素,可得到杂质半导体。

N型半导体:在纯净硅晶体中掺入五价元素（如磷）,使之替换晶格中硅原子位置,就形成了N型半导体。

多数载流子:N 型半导体中,自由电子浓度大于空穴浓度,称为多数载流子,简称多子。

少数载流子:N 型半导体中,空穴为少数载流子,简称少子。

施子原子: 杂质原子能够提供电子, 称施子原子。

N 型半导体导电特征: 它是靠自由电子导电, 掺入杂质越多, 多子（自由

电子）浓度就越高, 导电性能也就越强。

硅原子位置, 形成P 型半导体。 P 型半导体: 在纯净硅晶体中掺入三价元素（如硼）, 使之替换晶格中

www.

受主原子:杂质原子中空位吸收电子,称受主原子。

P 型半导体导电特征:掺入杂质越多,多子（空穴）浓度就越高,导电性能也就越强。

结论:
多子浓度决定于杂质浓度。

少子浓度决定于温度。

在它们交PN结形成:将P型半导体和N型半导作在同一块硅片上,

界面就形成PN 结。

PN 结特点: 含有单向导电性。

扩散运动: 物质总是从浓度高地方向浓度低地方运动, 这种因为浓度差

而产生运动称为扩散运动。

空间电荷区: 扩散到P 区自由电子和空穴复合, 而扩散到N 区空穴和自

由电子复合, 所以在交界面周围多子浓度下降, P区出现负离子区, N区出现

正离子区, 它们是不能移动, 称为空间电荷区。

电场形成: 空间电荷区形成内电场。

空间电荷加宽, 内电场增强, 其方向由N 区指向P 区, 阻止扩散运动进

行。

漂移运动: 在电场力作用下, 载流子运动称漂移运动。

PN 结形成过程: 图所表示, 将P 型半导体和N 型半导作在同一块硅

片上, 在无外电场和其它激发作用下, 参与扩散运动多子数目等于参与漂

移运动少子数目, 从而达成动态平衡, 形成PN 结。

PN 结形成过程

电位差: 空间电荷区含有一定宽度, 形成电位差Uho, 电流为零。

耗尽层: 绝大部分空间电荷区内自由电子和空穴数目全部很少, 在分

析PN 结时常忽略载流子作用, 而只考虑离子区电荷, 称耗尽层。

PN 结单向导电性

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伏安特征曲线

伏安特征曲线: 加在PN 结两端电压和流过二极管电流之间关系曲线称为伏安特征曲线。图所表示:

PN 伏安特征

正向特征: u>0 部分称为正向特征。

反向特征: u<0 部分称为反向特征。

称之反向击穿。
反向击穿: 当反向电压超出一定数值U（BR）后, 反向电流急剧增加,

www.

PN 结势垒电容

平衡少子: PN 结处于平衡状态时少子称为平衡少子。

非平衡少子: PN 结处于正向偏置时, 从P 区扩散到N 区空穴和从N 区扩

散到P 区自由电子均称为非平衡少子。

扩散电容: 扩散区内电荷积累和释放过程和电容器充、放电过程相同,

这种电容效应称为Cd。

结电容: 势垒电容和扩散电容之和为PN 结结电容Cj。

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半导体杂质

半导体中杂质对电阻率影响很大。半导体中掺入微量杂质时, 杂质原

子周围周期势场受到干扰并形成附加束缚状态,在禁带中产加杂质能级。

比如四价元素锗或硅晶体中掺入五价元素磷、砷、锑等杂质原子时,杂质

原子作为晶格一分子,其五个价电子中有四个和周围锗（或硅）原子形成共

价结合, 多出一个电子被束缚于杂质原子周围, 产生类氢能级。杂质能级在

禁带上方靠近导带底周围。杂质能级上电子很易激发到导带成为电子载流

子。这种能提供电子载流子杂质称为施主, 对应能级称为施主能级。施主

一个空位,和此空位对应能量状态就是杂质能级,通常在禁带下方靠近价

带处。价带中电子很易激发到杂质能级上填补这个空位,使杂质原子成为

负离子。价带中因为缺乏一个电子而形成一个空穴载流子（图3）。这种能

提供空穴杂质称为受主杂质。存在受主杂质时,在价带中形成一个空穴载

流子所需能量比本征半导体情形要小得多。半导体掺杂后其电阻率大大下

降。加热或光照产生热激发或光激发全部会使自由载流子数增加而造成电

阻率减小,半导体热敏电阻和光敏电阻就是依据此原理制成。对掺入施主

杂质半导体,导电载流子关键是导带中电子,属电子型导电,称N型半导体。

掺入受主杂质半导体属空穴型导电, 称P 型半导体。半导体在任何温度下

全部能产生电子-空穴对, 故N 型半导体中可存在少许导电空穴, P 型半导体

中可存在少许导电电子,它们均称为少数载流子。在半导体器件多种效应中,

少数载流子常饰演关键角色。

PN结

P型半导体和N型半导体相互接触时,其交界区域称为PN结。P区中自

由空穴和N区中自由电子要向对方区域扩散,造成正负电荷在PN结两侧积

累,形成电偶极层(图4)。电偶极层中电场方向恰好阻止扩散进行。当因

为载流子数密度不等引发扩散作用和电偶层中电场作用达成平衡时,P 区

和N 区之间形成一定电势差, 称为接触电势差。因为P 区中空穴向N 区扩散

后和N 区中电子复合, 而N 区中电子向P 区扩散后和P 区中空穴复合, 这使

电偶极层中自由载流子数降低而形成高阻层,故电偶极层也叫阻挡层,阻

挡层电阻值往往是组成PN 结半导体原有阻值几十倍乃至几百倍。

结另一关键性质是受到光照后能产生电动势, 称光生伏打效应, 可利用来
PN 结含有单向导电性, 半导体整流管就是利用PN 结这一特征制成。 PN

www.taodoc~~s.c~~om PN 结单向导电性

P端接电源正极,N 端接电源负极称之为PN结正偏。此时PN结如同一

个开关合上,展现很小电阻,称之为导通状态。

P 端接电源负极, N 端接电源正极称之为PN 结反偏, 此时PN 结处于截

止状态,如同开关打开。结电阻很大,当反向电压加大到一定程度,PN 结会

发生击穿而损坏。

半导体掺杂

半导体之所以能广泛应用在今日数位世界中,凭借就是其能借由在其

晶格中植入杂质改变其电性,这个过程称之为掺杂（doping）。掺杂进入

本质半导体（intrinsicsemiconductor）杂质浓度和极性皆会对半导体导

电特征产生很大影响。而掺杂过半导体则称为外质半导体（extrinsic

semiconductor）。

半导体掺杂物

哪种材料适合作为某种半导体材料掺杂物（dopant）需视二者原子特

征而定。通常而言,掺杂物依据其带给被掺杂材料电荷正负被区分为施体

（donor）和受体（acceptor）。施体原子带来价电子（valence

electrons）大多会和被掺杂材料原子产生共价键, 进而被束缚。而没有和

被掺杂材料原子产生共价键电子则会被施体原子微弱地束缚住,这个电子

又称为施体电子。和本质半导体价电子比起来,施体电子跃迁至传导带所需

能量较低,比较轻易在半导体材料晶格中移动,产生电流。即使施体电子

取得能量会跃迁至传导带, 但并不会和本质半导体一样留下一个电洞, 施

而取得多出电子提供传导半导体称为n 型半导体（n-type semiconductor）,体原子在失去了电子后只会固定在半导体材料晶格中。所以这种因为掺杂

导体原子价电子数量少, 等效上会带来一个空位, 这个多出空位即可视为

电洞。受体掺杂后半导体称为p 型半导体（p-type semiconductor）, p 代

表带正电荷电洞。

以一个硅本质半导体来说明掺杂影响。硅有四个价电子,常见于硅掺

杂物有三价和五价元素。当只有三个价电子三价元素如硼（boron）掺杂至

硅半导体中时, 硼饰演即是受体角色, 掺杂了硼硅半导体就是p 型半导体。

反过来说, 假如五价元素如磷（phosphorus）掺杂至硅半导体时, 磷饰演施

体角色,掺杂磷硅半导体成为n型半导体。

一个半导体材料有可能前后掺杂施体和受体, 而怎样决定另外质半导体为n型或p型必需视掺杂后半导体中, 受体带来电洞浓度较高或是施体带来电子浓度较高, 亦即何者为另外质半导体“多数载子”（majority

carrier）。和多数载子相正确是少数载子（minoritycarrier）。对于半导体元件操作原理分析而言,少数载子在半导体中行为有着很关键地位。

半导体载子浓度

掺杂物浓度对于半导体最直接影响在于其载子浓度。在热平衡状态下,

一个未经掺杂本质半导体, 电子和电洞浓度相等, 以下列公式所表示:
n	= p	= ni	其中n 是半导体内电子浓度、 p 则是半导体电洞浓度, ni 则

是本质半导体载子浓度。ni会伴随材料或温度不一样而改变。对于室温下硅而言,ni大约是1×10cm。

通常掺杂浓度越高,半导体导电性就会变得越好,原因是能进入传导带电子数量会伴随掺杂浓度提升而增加。掺杂浓度很高半导体会因为导电

性靠近金属而被广泛应用在今日集成电路制程来替换部份金属。高掺杂浓

半导体, 反之比如p 则代表轻掺杂p 型半导体。需要尤其说明是即使掺杂度通常会在n 或是p 后面附加一上标代表掺杂浓度很高n 型

言, 原子浓度大约是5×10 cm, 而通常集成电路制程里掺杂浓度约在10 cm

至10cm 之间。掺杂浓度在10cm 以上半导体在室温下通常就会被视为是一个“简并半导体”（degeneratedsemiconductor）。重掺杂半导体中,掺杂物和半导体原子浓度比约是千分之一,而轻掺杂则可能会到十亿分之一百分比。在半导程中,掺杂浓度全部会依据所制造出元件需求量身打造,以合于使用者需求。

掺杂对半导体结构影响

掺杂以后半导体能带会有所改变。依据掺杂物不一样,本质半导体能隙之间会出现不一样能阶。施体原子会在靠近传导带地方产生一个新能阶, 而受体原子则是在靠近价带地方产生新能阶。假设掺杂硼原子进入硅,则无水印

因为硼能阶到硅价带之间仅有0.045电子伏特,远小于硅本身能隙1.12电子伏特,所以在室温下就能够使掺杂到硅里硼原子完全解离化（ionize）。

掺杂物对于能带结构另一个重大影响是改变了费米能阶位置。在热平衡状态下费米能阶仍然会保持定值,这个特征会引出很多其它有用电特征。举例来说,一个p-n接面（p-njunction）能带会弯折,起因是原本p型半导体和n型半导体费米能阶位置各不相同,不过形成p-n接面后其费米能阶必需保持在一样高度,造成不管是p型或是n型半导体传导带或价带全部会被弯曲以配合接面处能带差异。

上述效应能够用能带图（banddiagram）来解释,。在能带图里横轴代表位置,纵轴则是能量。图中也有费米能阶,半导体本质费米能阶

（intrinsic Fermi level）通常以Ei 来表示。在解释半导体元件行为时,

能带图是很有用工具。

半导体材料制造

晶格错位（dislocation）、双晶面（twins）, 或是堆栈错误（stacking

fault）全部会影响半导体材料特征。对于一个半导体元件而言,材料晶格缺点通常是影响元件性能主因。

现在用来成长高纯度单晶半导体材料最常见方法称为裘可拉斯基制程（Czochralskiprocess）。这种制程将一个单晶晶种（seed）放入溶解同材质液体中,再以旋转方法缓缓向上拉起。在晶种被拉起时,溶质将会沿着固体和液体接口固化,而旋转则可让溶质温度均匀。

编辑本段
半导体历史
半导体发觉实际上能够追溯到很久以前,

1833年,英国巴拉迪最先发觉硫化银电阻伴随温度改变情况不一样于通常金属,通常情况下,金属电阻随温度升高而增加,但巴拉迪发觉硫化银材料电阻是伴随温度上升而降低。这是半导表现象首次发觉。

很快, 1839年法国贝克莱尔发觉半导体和电解质接触形成结,在光照下会产生一个电压,这就是以后大家熟知光生伏特效应,这是被发觉半导体第二个特征。

在1874年,德国布劳恩观察到一些硫化物电导和所加电场方向相关,

即它导电有方向性, 在它两端加一个正向电压, 它是导通; 假如把电压极性

反过来, 它就不导电, 这就是半导体整流效应, 也是半导体所特有第三种特

征。同年,舒斯特又发觉了铜和氧化铜整流效应。

1873 年, 英国史密斯发觉硒晶体材料在光照下电导增加光电导效应, 这是半导体又一个特有性质。半导体这四个效应, (jianxia 霍尔效应余绩──四个伴生效应发觉)虽在1880 年以前就前后被发觉了, 名词大约到19 才被考尼白格和维斯首次使用。而总结出半导体这四个特征但半导体这个

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料不纯。没有好材料,很多和材料相关问题就难以说清楚。假如感爱好能够读一下RobertW.CahnThe coming of Materials Science 中相关半导体部分说明。

半导体于室温时电导率约在10ˉ10～10000/Ω·cm之间,纯净半导体温度升高时电导率按指数上升。半导体材料有很多个,按化学成份可分为元素半导体和化合物半导体两大类。除上述晶态半导体外,还有非晶态有机物半导体等和本征半导体。

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半导体应用

最早实用“半导体”是「电晶体（Transistor）/ 二极体（Diode）」。

一、在无? 电收音机（Radio）及电视机（Television）中, 作为“讯号

放大器 /整流器”用。

二、最近发展「太阳能（Solar Power）」, 也用在「光电池（Solar

Cell）」中。

三、半导体能够用来测量温度, 测温范围能够达成生产、生活、医

疗卫生、科研教学等应用70%领域, 有较高正确度和稳定性, 分辨率可达

0.1℃, 甚至达成0.01℃也不是不可能, 线性度0.2%, 测温范围

-100~+300℃, 是性价比极高一个测温元件。

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半导体行业发展

世界半导体行业巨头纷纷到中国投资, 整个半导体行业快速发展, 这

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各国半导体命名方法

中国半导体器件型号命名方法

半导体器件型号由五部分（场效应器件、半导体特殊器件、复合管、

PIN 型管、激光器件型号命名只有第三、四、五部分）组成。五个部分意

义以下:

第一部分: 用数字表示半导体器件有效电极数目。 2-二极管、 3-三极

管

第二部分: 用汉语拼音字母表示半导体器件材料和极性。表示二极管

时: A-N 型锗材料、 B-P 型锗材料、 C-N 型硅材料、 D-P 型硅材料。表示三

极管时:A-PNP 型锗材料、B-NPN型锗材料、C-PNP型硅材料、D-NPN型硅

材料。

第三部分: 用汉语拼音字母表示半导体器件内型。 P-一般管、 V-微波

管、W-稳压管、C-参量管、Z-整流管、L-整流堆、S-隧道管、N-阻尼

管、U-光电器件、K-开关管、X-低频小功率管(F<3MHz,Pc<1W)、G-高频

小功率管（f>3MHz,Pc<1W)、D-低频大功率管（f<3MHz,Pc>1W)、A-高频大

功率管（f>3MHz,Pc>1W)、T-半导体晶闸管（可控整流器）、Y-体效应器

件、B-雪崩管、J-阶跃恢复管、CS-场效应管、BT-半导体特殊器件、FH-

复合管、PIN-PIN型管、JG-激光器件。

第四部分:用数字表示序号

第五部分: 用汉语拼音字母表示规格号

比如: 3DG18 表示NPN 型硅材料高频三极管

日本半导体分立器件型号命名方法

第一部分: 用数字表示器件有效电极数目或类型。 0-光电（即光敏）二

极管三极管及上述器件组合管、1-二极管、2三极或含有两个pn结其它器

件、3-含有四个有效电极或含有三个pn结其它器件、┄┄依这类推。

第二部分:日本电子工业协会JEIA注册标志。S-表示已在日本电子工

业协会JEIA注册登记半导体分立器件。

第三部分:用字母表示器件使用材料极性和类型。A-PNP型高频管、

B-PNP型低频管、C-NPN型高频管、D-NPN型低频管、F-P控制极可控硅、

G-N控制极可控硅、H-N基极单结晶体管、J-P沟道场效应管、K-N沟道

场效应管、M-双向可控硅。

第四部分:用数字表示在日本电子工业协会JEIA登记次序号。两位以

上整数-从“11”开始,表示在日本电子工业协会JEIA登记次序号;不一样

企业性能相同器件能够使用同一次序号; 数字越大, 越是近期产品。		E、
第五部分: 用字母表示同一型号改善型产品标志。	A、 B、 C、 D、

F表示这一器件是原型号产品改善产品。

美国半导体分立器件型号命名方法

美国晶体管或其它半导体器件命名法较混乱。美国电子工业协会半导

体分立器件命名方法以下:

第一部分:用符号表示器件用途类型。JAN-军级、JANTX-特军级、

JANTXV-超特军级、JANS-宇航级、（无）-非军用具。

第二部分: 用数字表示pn 结数目。1-二极管、 2=三极管、 3-三个pn 结

第三部分: 美国电子工业协会（EIA）注册标志。 N-该器件已在美国电器件、 n-n 个pn 结器件。

子工业协会登记次序号。

第五部分: 用字母表示器件分档。 A、 B、 C、 D、 ┄┄-同一型号器件

不一样档别。如:JAN2N3251A 表示PNP硅高频小功率开关三极管,JAN-军

级、2-三极管、N-EIA注册标志、3251-EIA登记次序号、A-2N3251A档。

国际电子联合会半导体型号命名方法

德国、法国、意大利、荷兰、比利时等欧洲国家和匈牙利、罗马尼

亚、南斯拉夫、波兰等东欧国家, 大全部采取国际电子联合会半导体分立

器件型号命名方法。这种命名方法由四个基础部分组成,各部分符号及意

义以下:

第一部分:用字母表示器件使用材料。A-器件使用材料禁带宽度Eg=0.6~1.0eV如锗、B-器件使用材料Eg=1.0~1.3eV如硅、C-器件使用材料Eg>1.3eV如砷化镓、D-器件使用材料Eg<0.6eV如锑化铟、E-器件使用复合材料及光电池使用材料
第二部分:用字母表示器件类型及关键特征。A-检波开关混频二极管、B-变容二极管、C-低频小功率三极管、D-低频大功率三极管、E-隧道二极管、F-高频小功率三极管、G-复合器件及其它器件、H-磁敏二极管、K-开放磁路中霍尔元件、L-高频大功率三极管、M-封闭磁路中霍尔元件、P-光敏器件、Q-发光器件、R-小功率晶闸管、S-小功率开关管、T-大功率晶闸管、U-大功率开关管、X-倍增二极管、Y-整流二极管、Z-稳压二

极管。

第三部分: 用数字或字母加数字表示登记号。三位数字-代表通用半导
体器件登记序号、一个字母加二位数字-表示专用半导体器件登记序号。第四部分: 用字母对同一类型号器件进行分档。 A、 B、 C、 D、

以下:
1、稳压二极管型号后缀。其后缀第一部分是一个字母,表示稳定电压值许可误差范围,字母A、B、C、D、E分别表示许可误差为±1%、

±2%、 ±5%、 ±10%、 ±15%; 其后缀第二部分是数字, 表示标称稳定电压

整数数值; 后缀第三部分是字母V, 代表小数点, 字母V以后数字为稳压管标

称稳定电压小数值。

2、整流二极管后缀是数字,表示器件最大反向峰值耐压值,单位是伏

特。

3、晶闸管型号后缀也是数字, 通常标出最大反向峰值耐压值和最大反向关断电压中数值较小那个电压值。

如: BDX51-表示NPN 硅低频大功率三极管, AF239S-表示PNP 锗高频小

功率三极管。

五、欧洲早期半导体分立器件型号命名法

欧洲有些国家命名方法

第一部分: O-表示半导体器件

第二部分: A-二极管、 C-三极管、 AP-光电二极管、 CP-光电三极管、

AZ-稳压管、 RP-光电器件。

第三部分: 多位数字-表示器件登记序号。

第四部分: A、 B、 C┄┄-表示同一型号器件变型产品。 [2]

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型号命名方法

半导体

PIN 型管、激光器件型号命名只有第三、四、五部分）组成。五个部分意

义以下:

管

第一部分: 用数字表示半导体器件有效电极数目。 2-二极管、 3-三极

第二部分:用汉语拼音字母表示半导体器件材料和极性。表示二极管

时:A-N 型锗材料、B-P型锗材料、C-N型硅材料、D-P型硅材料。表示三

极管时:A-PNP 型锗材料、B-NPN型锗材料、C-PNP型硅材料、D-NPN型硅

材料。

第三部分: 用汉语拼音字母表示半导体器件内型。 P-一般管、 V-微波

管、W-稳压管、C-参量管、Z-整流管、L-整流堆、S-隧道管、N-阻尼

管、U-光电器件、K-开关管、X-低频小功率管(F3MHz,Pc1W)、A-高频大

功率管（f>3MHz,Pc>1W)、T-半导体晶闸管（可控整流器）、Y-体效应器

件、B-雪崩管、J-阶跃恢复管、CS-场效应管、BT-半导体特殊器件、

FH-复合管、PIN-PIN型管、JG-激光器件。

第四部分: 用数字表示序号
第五部分: 用汉语拼音字母表示规格号
比如: 3DG18 表示NPN 型硅材料高频三极管

分, 其各部分符号意义以下:

第一部分:用数字表示器件有效电极数目或类型。0-光电（即光敏）二

极管三极管及上述器件组合管、1-二极管、2三极或含有两个pn结其它器

件、3-含有四个有效电极或含有三个pn结其它器件、┄┄依这类推。

第二部分:日本电子工业协会JEIA注册标志。S-表示已在日本电子工

业协会JEIA注册登记半导体分立器件。

第三部分:用字母表示器件使用材料极性和类型。A-PNP型高频管、

B-PNP型低频管、C-NPN型高频管、D-NPN型低频管、F-P控制极可控硅、

G-N控制极可控硅、H-N基极单结晶体管、J-P沟道场效应管、K-N沟道

场效应管、M-双向可控硅。

第四部分:用数字表示在日本电子工业协会JEIA登记次序号。两位以

上整数-从“11”开始,表示在日本电子工业协会JEIA登记次序号;不一样

企业性能相同器件能够使用同一次序号; 数字越大, 越是近期产品。		E、
第五部分: 用字母表示同一型号改善型产品标志。	A、 B、 C、 D、

F表示这一器件是原型号产品改善产品。

美国半导体分立器件型号命名方法

美国晶体管或其它半导体器件命名法较混乱。美国电子工业协会半导

体分立器件命名方法以下:

第一部分:用符号表示器件用途类型。JAN-军级、JANTX-特军级、

JANTXV-超特军级、JANS-宇航级、（无）-非军用具。

第二部分: 用数字表示pn 结数目。1-二极管、 2=三极管、 3-三个pn 结

第三部分: 美国电子工业协会（EIA）注册标志。 N-该器件已在美国电器件、 n-n 个pn 结器件。

子工业协会登记次序号。

第五部分: 用字母表示器件分档。 A、 B、 C、 D、 ┄┄-同一型号器件

不一样档别。如:JAN2N3251A 表示PNP硅高频小功率开关三极管,JAN-军

级、2-三极管、N-EIA注册标志、3251-EIA登记次序号、A-2N3251A档。

国际电子联合会半导体器件型号命名方法

德国、法国、意大利、荷兰、比利时等欧洲国家和匈牙利、罗马尼

亚、南斯拉夫、波兰等东欧国家, 大全部采取国际电子联合会半导体分立

器件型号命名方法。这种命名方法由四个基础部分组成,各部分符号及意

义以下:

极管。

以下:
1、稳压二极管型号后缀。其后缀第一部分是一个字母,表示稳定电压值许可误差范围,字母A、B、C、D、E分别表示许可误差为±1%、

±2%、 ±5%、 ±10%、 ±15%; 其后缀第二部分是数字, 表示标称稳定电压

整数数值; 后缀第三部分是字母V, 代表小数点, 字母V以后数字为稳压管标

称稳定电压小数值。

2、整流二极管后缀是数字,表示器件最大反向峰值耐压值,单位是伏

特。

3、晶闸管型号后缀也是数字, 通常标出最大反向峰值耐压值和最大反向关断电压中数值较小那个电压值。

如:BDX51-表示NPN硅低频大功率三极管,AF239S-表示PNP锗高频小

功率三极管。

欧洲早期半导体分立器件型号命名法

欧洲有些国家, 如德国、荷兰采取以下命名方法。

第一部分: O-表示半导体器件

第二部分: A-二极管、 C-三极管、 AP-光电二极管、 CP-光电三极管、

AZ-稳压管、 RP-光电器件。

第三部分: 多位数字-表示器件登记序号。

第四部分: A、 B、 C┄┄-表示同一型号器件变型产品。

俄罗斯半导体器件型号命名法因为使用少, 在此不介绍。

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半导体相关知识

比如: 锗、硅、砷化镓等．

半导体在科学技术, 工农业生产和生活中有着广泛应用．（比如: 电视、

半导体收音机、电子计算机等）这是什么原因呢？下面介绍它所含有特殊

电学性能．

(2)半导体部分电学特征

①压敏性:有半导体在受到压力后电阻发生较大改变．

用途:制成压敏元件,接入电路,测出电流改变,以确定压力改变．

②热敏性:有半导体在受热后电阻随温度升高而快速减小．

用途:制成热敏电阻,用来测量很小范围内温度改变．

按图9连好电路,不要给学生画出电路图,告诉学生电路中D中有半导

体锗, 让学生观察常温下电流表示数（示数很小）, 再用手捏住D, 或用点

燃火柴靠近D, 观察此时电流表示数（示数显著增大）．

比较前后两次电流表示数, 说明半导体电阻随温度升高而减小．

③光敏性, 有半导体在光照下电阻大为减小．

用途: 制成光敏电阻, 用于对光照反应灵敏自动控制设备中．

先做试验, 电路图见图10．用四节干电池串联作电源．图中三极管用

玻璃外壳三极管（比如3AX81）, 把外壳上漆刮去, 将三极管发射极e、集

电极c 连入电路中．

在没有光照时, 观察电流表示数（示数很小）, 再用手电筒光照到管内

锗片（PN 结上）, 观察电流表示数改变（示数显著变大）．

比较前后两次电流表示数, 说明半导体受到光照后电阻将大大减小．

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A semiconductor is a material with an electrical conductivity

thatis intermediate between that of an insulator and a conductor.

Asemiconductor behaves as an insulator at very low temperature, and

has an appreciable electrical conductivity at room temperature

although much lower conductivity than a conductor. Commonly used

semiconducting materials are silicon, germanium, and gallium

arsenide.

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半导体在照明中地位

半导体照明巨大诱惑已经让不少国家对未来照明领域充满乐观,世界

各国纷纷付诸实践。美国能源部门估计,到,美国将有55％白炽灯和荧

光灯被半导体照明替换,到时每十二个月可节电350亿美元。美国已经开启

了国家半导体照明计划, 欧盟开启了彩虹计划, 日本开启了二十一世纪光
计划。日本明确提出, 就要用半导体照明大规模替换传统白炽灯。	中
国是世界上最大照明灯具制造国, 拥有巨大照明工业和照明市场。同时, 中

国又攻克了大功率发光芯片技术难关,半导体照明产业意义和价值不可估

量。由科技部和十多个地方共同实施国家半导体照明工程项目也已开

启。6月,中国成立“国家半导体照明工程领导小组”,以中科院半导体所

和物理所、北京大学、清华大学等科研院所为代表,主动介入第三代半导

体材料领域研发, 将技术结果进行转化。自20 世纪60 年代末由中科院长

春物理所研制成功ＬＥＤ（半导体发光二极管）始, 至, 中国已经有ＬＥＤ

各类企业约3500 余家,

市场规模已超出人民币300 亿元。现在已经初步形成从外延片生产、芯从业人员50 余万人, 年产相关器件达400 亿只以上,

号等领域已经有大量中低级ＬＥＤ产品在市场销售,并形成一定应用开发

技术和自主知识产权。在上,今年5月召开中国绿色照明国际会议暨

第六届国际高效照明会议明确提出,“十一五”期间,国家发展和改革委员

会将关键在公用设施、宾馆、商厦、写字楼、体育场馆、居民住宅中推

广高效节电照明系统。国家还将严格照明产品市场准入,达不到强制性能

效标准产品不得生产销售,达不到建筑照明节能标准建筑不得开工建设。

国家将建立激励机制, 加紧高效照明产品推广应用, 研究提出激励高效照明产品生产、使用财政税收。科学家们估计, 尽管半导体照明替换节能灯, 走进中国千家万户可能还需要几年甚至更长时间, 大到景观照明、户外大屏幕, 小到玩具、手电筒、圣诞灯, 大家有理由相信, ＬＥＤ将会
照亮每个人居室, 从而改变我们生活。