半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí)

半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí)1.1導(dǎo)體，絕緣體和半導(dǎo)體 物體的導(dǎo)電能力，一般用材料電阻率的大小來衡量。電阻率越大，說明這種材料的導(dǎo)電能力越弱。表1-1給出以電阻率來區(qū)分導(dǎo)體，絕緣體和半導(dǎo)體的大致范圍。

圖1.2-1第三層4個(gè)電子第二層8個(gè)電子第一層2個(gè)電子Si+14P+15B最外層5個(gè)電子最外層3個(gè)電子siPB原子最外層的電子稱為價(jià)電子，有幾個(gè)價(jià)電子就稱它為幾族元素。若原子失去一個(gè)電子，稱這個(gè)原子為正離子，若原子得到一個(gè)電子，則成為一個(gè)帶負(fù)電的負(fù)離子。原子變成離子的過程稱為電離。固體可分為晶體和非晶體兩大類。原子無規(guī)則排列所組成的物質(zhì)為非晶體。而晶體則是由原子規(guī)則排列所組成的物質(zhì)。晶體有確定的熔點(diǎn)，而非晶體沒有確定熔點(diǎn)，加熱時(shí)在某一溫度范圍內(nèi)逐漸軟化。在整個(gè)晶體內(nèi)，原子都是周期性的規(guī)則排列，稱之為單晶。由許多取向不同的單晶顆粒雜亂地排列在一起的固體稱為多晶。硅晶體的特點(diǎn)是原子之間靠共有電子對(duì)連接在一起。硅原子的4個(gè)價(jià)電子和它相鄰的4個(gè)原子組成4對(duì)共有電子對(duì)。這種共有電子對(duì)就稱為“共價(jià)鍵”。如圖1.2-2所示。晶體對(duì)稱的，有規(guī)則的排列叫做晶體格子，簡(jiǎn)稱晶格，最小的晶格叫晶胞。圖1.2-3表示一些重要的晶胞。

(a)簡(jiǎn)單立方（Po）(b)體心立方（Na、W）(c)面心立方（Al、Au）圖1.2-3正四面實(shí)體結(jié)構(gòu)圖1.2-4金鋼石結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)是一種復(fù)式格子，它是兩個(gè)面心立方晶格沿對(duì)角線方向上移1/4互相套構(gòu)而成（見圖1.2-4）。為了簡(jiǎn)便明了，以后分析問題時(shí)只要采用圖1.2-2所示的平面結(jié)構(gòu)示意圖即可。晶體中的原子可以看成是分布在一系列平行而等距的平面上，這些平面就稱為晶面。每個(gè)晶面的垂直方向稱為晶向。圖1.2-5是幾種常用到的晶面和晶向。(100晶面)(110晶面)(111晶面)1.2.7原子密排面和解理面：在晶體的不同面上，原子的疏密程度是不同的，若將原子看成是一些硬的球體，它們?cè)谝粋€(gè)平面上最密集的排列方式將如圖1.2-6所示，按照這樣方式排列的晶面就稱為原子密排面。

圖1.2-6比較簡(jiǎn)單的一種包含原子密排面的晶格是面心立方晶格。而金剛石晶格又是兩個(gè)面心立方晶格套在一起，相互之間。沿著晶胞體對(duì)角線方向平移1/4而構(gòu)成的。我們來看面心立方晶格中的原子密排面。按照硬球模型可以區(qū)分在(100)(110)(111)幾個(gè)晶面上原子排列的情況，如圖1.2-7所示。金鋼石晶格是由面心晶格構(gòu)成，所以它的(111)晶面也是原子密排面，它的特點(diǎn)是，在晶面內(nèi)原子密集、結(jié)合力強(qiáng)，在晶面之間距離較大，結(jié)合薄弱，由此產(chǎn)生以下性質(zhì)：(a)由于(111)密排面本身結(jié)合牢固而相互間結(jié)合脆弱，在外力作用下，晶體很容易沿著(111)晶面劈裂，晶體中這種易劈裂的晶面稱為晶體的解理面。(b)由于(111)密排面結(jié)合牢固，化學(xué)腐蝕就比較困難和緩慢，而(100)面原子排列密度比(111)面低。所以(100)面比(111)面的腐蝕速度快，選擇合適的腐蝕液和腐蝕溫度，(100)面腐蝕速度比(111)面大的多，因此，用(100)面硅片采用這種各向異性腐蝕的結(jié)果，可以使硅片表面產(chǎn)生許多密布表面為(111)面的四面方錐體，形成絨面狀的硅表面。(100)(110)(111)圖1.2-7在原子中內(nèi)層電子受原子核束縛較緊，相應(yīng)的能量較小，外層電子（價(jià)電子）能量較大。圖1.3-1表示所謂能級(jí)圖。E5E4E3(8)E2(8)E1(2)圖1.3-1晶體由大量原子組成，一個(gè)原子的電子不僅受到這個(gè)原子的作用。還將受到相鄰原子的作用。相鄰原子上的電子軌道將發(fā)生一定程度的相互交迭，通過軌道的交迭，電子可以從一個(gè)原子轉(zhuǎn)移到相鄰的原子上去。這時(shí)電子已不屬于個(gè)別原子而成為整個(gè)晶體所共有，這種電子運(yùn)動(dòng)稱為“共有化”。電子在原子之間的轉(zhuǎn)移不是任意的，電子只能在能量相同的軌道之間發(fā)生轉(zhuǎn)移。圖1.3-2表示出這種共有化軌道的能級(jí)圖。能帶禁帶能帶禁帶能帶從圖中可見，晶體中電子軌道的能級(jí)分成由低到高的許多組。分別和各原子能級(jí)相對(duì)應(yīng)，每一組都包含著大量的能量很接近的能級(jí)。這樣一組密集的能級(jí)看上去象一條帶子，所以被稱之為能帶。能帶之間的間隙叫做禁帶。未被電子填滿的能帶稱為導(dǎo)帶，已被電子填滿的能帶稱為滿帶。導(dǎo)體、半導(dǎo)體，絕緣體導(dǎo)電性質(zhì)的差異可以用它們的能帶圖的不同來加以說明。(圖1.3-3)絕緣體半導(dǎo)體導(dǎo)體EcEvE9E9導(dǎo)帶禁帶價(jià)帶半導(dǎo)體之所以得到廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗嬖谥恍?dǎo)體和絕緣體所沒有的獨(dú)特性能。導(dǎo)體，絕緣體的電阻率隨溫度變化很小，（導(dǎo)體溫度每升高一度，電組率大約升高0.4%）。而半導(dǎo)體則不一樣，溫度每升高或降低1度，其電阻就變化百分之幾，甚至幾十，當(dāng)溫度變化幾十度時(shí)，電阻變化幾十，幾萬倍，而溫度為絕對(duì)零度（-273℃）時(shí)，則成為絕緣體。當(dāng)光線照射到某些半導(dǎo)體上時(shí)，它們的導(dǎo)電能力就會(huì)變得很強(qiáng)，沒有光線時(shí)，它的導(dǎo)電能力又會(huì)變得很弱。在純凈的半導(dǎo)體材料中，適當(dāng)摻入微量雜質(zhì)，導(dǎo)電能力會(huì)有上百萬的增加。這是最特殊的獨(dú)特性能。溫差電效應(yīng)，霍爾效應(yīng)，發(fā)光效應(yīng)，光伏效應(yīng)，激光性能等。半導(dǎo)體有如此之多的獨(dú)特性能，是建立在半導(dǎo)體材料本身純度很高的基礎(chǔ)上的。半導(dǎo)體的純度常用幾個(gè)“9”來表示。比如硅材料的純度達(dá)到6個(gè)“9”，就是說硅的純度達(dá)到99.9999%，其余0.0001%（即10-6）為雜質(zhì)總含量。半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)含量，通常還以“”與“”來表示。一個(gè)就是十億分之一（10-9）一個(gè)“”就是百萬分之一（10-6），幾種純度表示法的相互關(guān)系如表1.2所列。1.6.1半導(dǎo)體中的“電子”和“空穴”，本征半導(dǎo)體純凈的半導(dǎo)體，在不受外界作用時(shí)，導(dǎo)電能力很差。而在一定的溫度或光照等作用下，晶體中的價(jià)電子有一部分可能會(huì)沖破共價(jià)鍵的束縛而成為一個(gè)自由電子。同時(shí)形成一個(gè)電子空位，稱之為“空穴”。從能帶圖上看，就是電子離開了價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，從而在價(jià)帶中留下了空穴，產(chǎn)生了一對(duì)電子和空穴。如圖1.6-1所示。通常將這種只含有“電子空穴對(duì)”的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體?！氨菊鳌敝钢簧婕鞍雽?dǎo)體本身的特性。半導(dǎo)體就是靠著電子和空穴的移動(dòng)來導(dǎo)電的，因此，電子和空穴被統(tǒng)稱為載流子。Eg導(dǎo)帶(禁帶寬)價(jià)帶由于熱或光激發(fā)而成對(duì)地產(chǎn)生電子空穴對(duì)，這種過程稱為“產(chǎn)生”?？昭ㄊ枪矁r(jià)鍵上的空位，自由電子在運(yùn)動(dòng)中與空穴相遇時(shí)，自由電子就可能回到價(jià)鍵的空位上來，而同時(shí)消失了一對(duì)電子和空穴，這就是“復(fù)合”。在一定溫度下，又沒有光照射等外界影響時(shí)，產(chǎn)生和復(fù)合的載流子數(shù)相等，半導(dǎo)體中將在產(chǎn)生和復(fù)合的基礎(chǔ)上形成熱平衡。此時(shí)，電子和空穴的濃度保持穩(wěn)定不變，但是產(chǎn)生和復(fù)合仍在持續(xù)的發(fā)生。純凈的半導(dǎo)體材料中若含有其它元素的原子，那么，這些其它元素的原子就稱為半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)原子。對(duì)硅的導(dǎo)電性能有決定影響的主要是三族和五族元素原子。還有些雜質(zhì)如金，銅，鎳，錳，鐵等，在硅中起著復(fù)合中心的作用，影響壽命，產(chǎn)生缺陷，有著許多有害的作用。1.6.3.1N型半導(dǎo)體磷（P)，銻（)等五族元素原子的最外層有五個(gè)電子，它在硅中是處于替位式狀態(tài)，占據(jù)了一個(gè)原來應(yīng)是硅原子所處的晶格位置，如圖1.6-2。磷原子最外層五個(gè)電子中只有四個(gè)參加共價(jià)鍵，另一個(gè)不在價(jià)鍵上，成為自由電子，失去電子的磷原子是一個(gè)帶正電的正離子，沒有產(chǎn)生相應(yīng)的空穴。正離子處于晶格位置上，不能自由運(yùn)動(dòng)，它不是載流子。因此，摻入磷的半導(dǎo)體起導(dǎo)電作用的，主要是磷所提供的自由電子，這種依靠電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為電子型半導(dǎo)體，簡(jiǎn)稱N型半導(dǎo)體。圖1.6-3表示N型半導(dǎo)體材料的能帶圖。而為半導(dǎo)體材料提供一個(gè)自由電子的v族雜質(zhì)原子，通常稱為施主雜質(zhì)。多余電子圖1.6-2施主能級(jí)導(dǎo)帶電離能價(jià)帶1.6.3.2P型半導(dǎo)體硼（B）鋁（）鎵（）等三族元素原子的最外層有三個(gè)電子，它在硅中也是處于替位式狀態(tài)，如圖1.6-4所示。硼原子最外層只有三個(gè)電子參加共價(jià)鍵，在另一個(gè)價(jià)鍵上因缺少一個(gè)電子而形成一個(gè)空位鄰近價(jià)鍵上的價(jià)電子跑來填補(bǔ)這個(gè)空位，就在這個(gè)鄰近價(jià)鍵上形成了一個(gè)新的空位，這就是“空穴”。硼原子在接受了鄰近價(jià)鍵的價(jià)電子而成為一個(gè)帶負(fù)電的負(fù)離子，它不能移動(dòng)，不是載流子。因此在產(chǎn)生空穴的同時(shí)沒有產(chǎn)生相應(yīng)的自由電子。這種依靠空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為空穴型半導(dǎo)體，簡(jiǎn)稱P型半導(dǎo)體。圖1.6-5表示P型半導(dǎo)體材料的能帶圖，為半導(dǎo)體材料提供一個(gè)空穴的Ⅲ族雜質(zhì)原子，通常稱之為受主雜質(zhì)。空鍵接受電子空穴導(dǎo)帶電離能價(jià)帶受主能級(jí)實(shí)際，一塊半導(dǎo)體中并非僅僅只存在一種類型的雜質(zhì)，常常同時(shí)含有施主和受主雜質(zhì)，此時(shí)，施主雜質(zhì)所提供的電子會(huì)通過“復(fù)合”而與受主雜質(zhì)所提供的電子相抵消，使總的載流子數(shù)目減少，這種現(xiàn)象就成為“補(bǔ)償”。在有補(bǔ)償?shù)那闆r下，決定導(dǎo)電能力的是施主和受主濃度之差。若施主和受主雜質(zhì)濃度近似相等時(shí)，通過復(fù)合會(huì)幾乎完全補(bǔ)償，這時(shí)半導(dǎo)體中的載流子濃度基本上等于由本征激發(fā)作用而產(chǎn)生的自由電子和空穴的濃度。這種情況的半導(dǎo)體稱之為補(bǔ)償型本征半導(dǎo)體。在半導(dǎo)體器件產(chǎn)生過程中，實(shí)際上就是依據(jù)補(bǔ)償作用，通過摻雜而獲得我們所需要的導(dǎo)電類型來組成所要生產(chǎn)的器件。在摻有雜質(zhì)的半導(dǎo)體中，新產(chǎn)生的載流子數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過原來未摻入雜質(zhì)前載流子的數(shù)量，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性質(zhì)主要由占大多數(shù)的新產(chǎn)生的載流子來決定，所以，在P型半導(dǎo)體中，空穴是多數(shù)載流子，而電子是少數(shù)載流子。在N型半導(dǎo)體中，電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。摻入的雜質(zhì)越多，多載流子的濃度（單位體積內(nèi)載流子的數(shù)目）越大，則半導(dǎo)體的電阻率越低，它的導(dǎo)電能力越強(qiáng)。一塊半導(dǎo)體材料處于某一均勻的溫度中，且不受光照等外界因素的作用，即這塊半導(dǎo)體處于平衡狀態(tài)，此時(shí)半導(dǎo)體中的載流子稱為平衡態(tài)載流子。半導(dǎo)體一旦受到外界因素作用（如光照，電流注入或其它能量傳遞形式）時(shí)，它內(nèi)部載流子濃度就多于平衡狀態(tài)下的載流子濃度。半導(dǎo)體就從平衡狀態(tài)變?yōu)榉瞧胶鉅顟B(tài)，人們把處于非平衡狀態(tài)時(shí)，比平衡狀態(tài)載流子增加出來的一部分載流子成為非平衡載流子。1.10非平衡載流子的復(fù)合及其壽命當(dāng)引起非平衡載流子產(chǎn)生的外界因素停止后，非平衡載流子不會(huì)永久地存在下去。但也不是一下全部都消失掉，而是隨著時(shí)間逐漸減少消失的，他們的存在時(shí)間有些長(zhǎng)些，有些短些，有一個(gè)平均的存在時(shí)間，這就是我們所說的“非平衡載流子的壽命”。半導(dǎo)體內(nèi)部和表面的復(fù)合作用是使得非平衡載流子逐漸減少直至消失的原因。非平衡載流子也就是由于外界因素引起產(chǎn)生的電子—空穴對(duì)復(fù)合的主要方式有三種：直接復(fù)合，間接復(fù)合和表面復(fù)合。1.10非平衡載流子的復(fù)合及其壽命1.10.1直接復(fù)合電子和空穴在半導(dǎo)體內(nèi)部直接相遇放出光子或引起熱運(yùn)動(dòng)而復(fù)合，復(fù)合的過程在是電子直接在能帶間躍進(jìn)，中間無須經(jīng)過任何間接過程，這種復(fù)合稱為直接復(fù)合。一般的雜質(zhì)半導(dǎo)體壽命是和多數(shù)載流子的密度成反比的，或者說半導(dǎo)體的電阻率越低，則壽命越短。電阻率越低，多數(shù)載流子濃度越高，這種非平衡載流子就越有機(jī)會(huì)與多數(shù)載流子相遇復(fù)合，所以壽命就越短。1.10非平衡載流子的復(fù)合及其壽命1.10.2間接復(fù)合某些雜質(zhì)元素即使是很少量地存在于半導(dǎo)體材料中便對(duì)材料的壽命數(shù)值有決定性的影響，晶體中的缺陷也有類似的作用，這說明晶體中的雜質(zhì)原子和缺陷有促進(jìn)非平衡載流子的復(fù)合作用。這種復(fù)合與直接復(fù)合不同，它是通過禁帶中某些雜質(zhì)（缺陷）能級(jí)做為“跳板”來完成的?？拷麕е械碾s質(zhì)（缺陷）能級(jí)俘獲導(dǎo)帶中的電子與滿帶中的空穴在其上面間接進(jìn)行復(fù)合的稱之為間接復(fù)合，那些起復(fù)合作用的雜質(zhì)（缺陷）能級(jí)被稱為復(fù)合中心。復(fù)合中心是不斷地起著復(fù)合作用，而不是起了一次復(fù)合作用就停止了。通過復(fù)合中心的間接復(fù)合過程比直接復(fù)合過程強(qiáng)得多。這是因?yàn)殚g接復(fù)合過程每次所要放出的能量比直接復(fù)合的要少，相當(dāng)于分階段放出能量，所以容易得多。因而間接復(fù)合過程大多情況下決定著半導(dǎo)體材料得壽命值。1.10非平衡載流子的復(fù)合及其壽命圖1.10-2直接復(fù)合和間接復(fù)合都是在半導(dǎo)體內(nèi)部完成得，所以也稱為“體內(nèi)復(fù)合”。1.10非平衡載流子的復(fù)合及其壽命半導(dǎo)體表面吸附著外界空氣來的雜質(zhì)分子或原子，半導(dǎo)體表面存在著表面缺陷。這種缺陷是從體內(nèi)延伸到表面的晶格結(jié)構(gòu)在表面中斷，表面原子出現(xiàn)懸空鍵，或者是半導(dǎo)體在加工過程中在表面留下的嚴(yán)重?fù)p傷或內(nèi)應(yīng)力，造成在體內(nèi)更多的缺陷和晶格畸變，這些雜質(zhì)和缺陷形成能接受或施放電子的表面能級(jí)，表面復(fù)合就是依靠表面能級(jí)對(duì)電子空穴的俘獲來進(jìn)行復(fù)合的。實(shí)際上表面復(fù)合過程屬于間接復(fù)合，此時(shí)的復(fù)合中心位于半導(dǎo)體材料的表面。1.10非平衡載流子的復(fù)合及其壽命半導(dǎo)體表面表面復(fù)合中心能級(jí)E2表面復(fù)合半導(dǎo)體中的載流子在不停地作無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，沒有固定方向的流動(dòng)，所以半導(dǎo)體中并不產(chǎn)生電流。若在半導(dǎo)體兩端加上一個(gè)電壓，即半導(dǎo)體處于一個(gè)電場(chǎng)中，載流子在電場(chǎng)加速作用下，獲得了附加的運(yùn)動(dòng)，這就稱之為載流子的漂移運(yùn)動(dòng)。實(shí)際的晶體中有雜質(zhì)原子，缺陷，晶格原子也不停地振動(dòng)。這些因素都使晶體中載流子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或運(yùn)動(dòng)方向不斷發(fā)生變化，載流子運(yùn)動(dòng)方向不斷發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱之為散射。由于散射的作用，漂移運(yùn)動(dòng)是曲折前進(jìn)的運(yùn)動(dòng)。遷移率是衡量半導(dǎo)體中載流子平均漂移速度的一個(gè)重要參數(shù)，其數(shù)值等于在單位電場(chǎng)作用下電子和空穴的定向運(yùn)動(dòng)速度。因此，它反映了載流子運(yùn)動(dòng)的快慢程度。載流子的遷移率隨著溫度，摻雜濃度和缺陷濃度變化。同一種半導(dǎo)體材料，溫度升高，遷移率下降，摻雜濃度，缺陷濃度增加，遷移率同樣逐漸下降。遷移率還和載流子的有效質(zhì)量有關(guān)。電子的有效質(zhì)量比空穴小，所以電子的遷移率比空穴大。遷移率是反映半導(dǎo)體中載流子導(dǎo)電能力的重要參數(shù)，摻雜半導(dǎo)體的電導(dǎo)率一方面取決于摻雜濃度，另一方面取決于遷移率的大小。1.12載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散長(zhǎng)度向半導(dǎo)體中注入非平衡載流子時(shí)，注入部分的載流子密度比其它部分高，載流子會(huì)由密度大的地方向密度小的地方遷移，這種現(xiàn)象叫做載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散的強(qiáng)弱是由載流子濃度的變化決定的，濃度梯度越大，擴(kuò)散也越容易，同時(shí)，擴(kuò)散的強(qiáng)弱還與載流子的種類，運(yùn)動(dòng)的速度以及散射的次數(shù)等有關(guān)，我們用擴(kuò)散系數(shù)來表示載流子擴(kuò)散能力的強(qiáng)弱。非平衡載流子在擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)過程中不斷地復(fù)合而消失。結(jié)果非平衡載流子密度由注入部分開始向密度小的方向逐漸減小。在連續(xù)注入的條件下，非平衡載流子密度由大到小形成一個(gè)穩(wěn)定的分布。由注入部位到非平衡載流子密度減小到1數(shù)值位置之間的距離稱為載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度，如圖1.12-1所示，它也是半導(dǎo)體材料的重要參數(shù)之一。擴(kuò)散長(zhǎng)度可以理解為：非平衡載流子在平均壽命時(shí)間內(nèi)經(jīng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)所通過的距離。1.12載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散長(zhǎng)度擴(kuò)散長(zhǎng)度距離載流子密度01.13結(jié)在一塊完整的半導(dǎo)體晶體中，如果一部分是N型半導(dǎo)體，另一部分是P型半導(dǎo)體。在N型半導(dǎo)體中，多數(shù)載流子是電子，電子濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過少數(shù)載流子空穴的濃度，而在P型半導(dǎo)體中，空穴是多數(shù)載流子，空穴濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過少數(shù)載流子電子的濃度，如圖1.13-1所示。

圖1.13-11.13結(jié)在N型和P型半導(dǎo)體的交界面處存在有電子和空穴濃度梯度，N區(qū)中的電子就向P區(qū)滲透擴(kuò)散，擴(kuò)散的結(jié)果是N型區(qū)域中鄰近P型區(qū)域一邊的薄層內(nèi)有一部分電子擴(kuò)散到N型中去了。由于這個(gè)薄層失去了一些電子，在N區(qū)就形成帶正電荷的區(qū)域。同樣，P型區(qū)域中鄰近N型區(qū)域一邊的薄層內(nèi)有一部分空穴擴(kuò)散到N型區(qū)域一邊去了。由于這個(gè)薄層失去了一空穴，在P區(qū)就形成了帶負(fù)電荷的區(qū)域。這樣在N型區(qū)和P型區(qū)交界面的兩側(cè)形成了帶正，負(fù)電荷的區(qū)域，叫做空間電荷區(qū)。如圖1.13-2。N型P型空間電荷區(qū)圖1.13-21.13結(jié)空間電荷區(qū)中的正負(fù)電荷間形成電場(chǎng)。電場(chǎng)的方向是由N型區(qū)域指向P型區(qū)域，這個(gè)由于載流子濃度不均勻而引起擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)后形成的電場(chǎng)稱為自建電場(chǎng)。我們知道，載流子在電場(chǎng)作用下，會(huì)產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)。自建電場(chǎng)將N區(qū)向P區(qū)擴(kuò)散的電子接回到N區(qū)，把P區(qū)向N區(qū)擴(kuò)散的空穴接回到P區(qū)，由此可見，在空間電荷區(qū)內(nèi)，自建電場(chǎng)引起電子和空穴的漂移運(yùn)動(dòng)方向與它們各自的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)方向正好相反。開始時(shí)，電子和空穴的擴(kuò)散占優(yōu)勢(shì)，隨著電子和空穴的不斷擴(kuò)散?？臻g電荷的數(shù)量不斷增強(qiáng)自建電場(chǎng)也越來越強(qiáng)，直到載流子的漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)相抵消時(shí)（即大小相等，方向相反），這時(shí)，N型區(qū)域內(nèi)的電子和P型區(qū)域的空穴不再減少，空間電荷區(qū)也不再加厚，達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡?？臻g電荷區(qū)也叫阻擋層，（意思時(shí)阻止電子和空穴的繼續(xù)擴(kuò)散），就是我們通常講的結(jié)。結(jié)時(shí)許多半導(dǎo)體組件的核心，結(jié)的性質(zhì)集中反映了半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的特點(diǎn)，如：存在兩種載流子，載流子有漂移擴(kuò)散和產(chǎn)生，復(fù)合等基本運(yùn)動(dòng)的形成。所以，結(jié)是半導(dǎo)體組件入門的基礎(chǔ)。1.13結(jié)1.13.2結(jié)的整流現(xiàn)象當(dāng)結(jié)正向連接時(shí)，即P型半導(dǎo)體區(qū)域接到電池的正極，N型半導(dǎo)體區(qū)域接到電池的負(fù)端。結(jié)正向電阻很小，通過結(jié)的正向電流很大，這是由于外加電池再結(jié)中所產(chǎn)生的電場(chǎng)方向相反，阻擋層厚度減小。P區(qū)的空穴和N區(qū)的電子再這個(gè)外加的電場(chǎng)的吸引下不斷地流過交界處，使它的電阻大大降低電流很容易通過。若外加電壓繼續(xù)上升，則自建電場(chǎng)被減弱和抵消，所以正向電流隨著外加正向電壓的增加而逐漸上升。當(dāng)結(jié)反向連接時(shí)，P區(qū)接電池負(fù)端，N區(qū)接電池正端，結(jié)呈現(xiàn)很大的電阻，通過結(jié)中的電流很小。這是由于外加電池在結(jié)中所產(chǎn)生的電場(chǎng)方向用結(jié)自建電場(chǎng)方向相同。阻擋層變厚，加強(qiáng)了電場(chǎng)阻止電子和空穴流通的作用，電阻大大增強(qiáng)，電流很難流過。這就是方向連接的電流很小的原因。硅在高溫下能與氯，氧，水蒸氣等作用，生成四氯化硅，二氧化硅。硅不溶于243以及王水（313），硅與可以發(fā)生反應(yīng)，但反應(yīng)速度比較緩慢。硅和硝酸，氫氟酸的混合液起作用它利用濃3的強(qiáng)氧化作用。使硅表面生成一層2，另一方面利用的絡(luò)合作用，酸能與2反應(yīng)生成可溶性的六氟硅酸絡(luò)合物H2[6]。硅能與堿相互作用生成相應(yīng)的硅酸鹽。硅能與222等金屬離子發(fā)生置換反應(yīng)。硅能溶解在熔融的鋁，金，銀，錫，鉛等金屬之中，形成合金。硅和這些金屬的量可在一定范圍內(nèi)變化。在高溫下硅與鎂，鈣，銅，鐵，鉑，鉍等金屬能形成具有一定組成的硅化物。1.16.1半導(dǎo)體材料導(dǎo)電類型的檢驗(yàn)方法：熱探針法：