半导体常见的晶体结构

Question

如题所述

Answer 1

决定半导体材料的基本物理特性，即原子或离子的长程有序的周期性排列。按空间点阵学说，晶体的内在结构可概括为一些相同点在空间有规则地作周期性的无限分布。点子的总体称为点阵，通过点阵的结点可作许多平行的直线组和平行的晶面组。这样，点阵就成网格，称为晶格。由于晶格的周期性，可取一个以格点为顶点、边长等于该方向上的周期的六面体作为重复单元，来概括晶格的特征。固体物理学取最小的重复单元，格点只在顶角上。这样的重复单元只反映晶体结构的周期性，称为原胞。结晶学取较大的重复单元，格点不仅在顶角上，还可在体心和面心上，这样的重复单元既反映晶格的周期性，也反映了晶体的对称性。

常见的半导体的晶体结构有金刚石型、闪锌矿型、纤锌矿型和氯化钠型4种，如图和表所示。在三元化合物半导体中有部分呈黄铜矿型结构，金刚石型、闪锌矿型和氯化钠型结构可看成是由两套面心立方格子套构而成。不同的是，金刚石型和闪锌矿型是两套格子沿体

对角线的1/4方向套构，而氯化钠型则是沿1/2[100]方向套构;金刚石晶格中所有原子同种，而闪锌矿和氯化钠晶格中有两种原子;闪锌矿型各晶面的原子排布总数目与金刚石型相同，但在同一晶面或同一晶向上，两种原子的排布却不相同。纤锌矿型属六方晶系，其中硫原子呈六方密堆集，而锌原子则占据四面体间隙的一半，与闪锌矿相似，它们的每一个原子场处于异种原子构成的正四面体中心。但闪锌矿结构中，次近邻异种原子层的原子位置彼此错开60°，而在纤锌矿型中，则是上下相对的。采取这种方式使次近邻异种原子的距离更近，会增强正负离子的相互吸引作用，因此，纤锌矿型多出现于两种原子间负电性差大、化学键中离子键成分高的二元化合物中。

Answer 2

半导体的种类很多，常用的Si、Ge、GaAs等都是晶体，但是也有用作为太阳电池等的非晶体Si，还有用作为光电子器件等的有机半导体等。各有各的特点，则各有各的用处。所以说，半导体不一定都是晶体。半导体、绝缘体和导体由禁带宽度划分，即导带与价带之间的相对位置决定。 1 导体的导带和价带基本重合，禁带宽度为0，电子由价带进入导带基本无需额外能量，因此内部存在大量自由电子，具有低电阻率。 2 半导体导带和价带距离适中，即禁带宽度适中，因此价带中的电子在常见能量级别的激励下，例如光、热和电压，即可进入导带，导致半导体电阻率变化。 3 绝缘体与半导体类同，但禁带宽度很宽，需要大量能量才能导电，例如高于5000V的高压电，因此电阻率很高。光和热通常无法导致绝缘体导电，绝缘体一般耐热性不高，能导致电子跃迁到导带的温度下，大部分碳基绝缘体已经碳化，其余绝缘体已经熔化或气化。半导体：电阻率介于金属和绝缘体之间并有负的电阻温度系数的物质。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，按化学成分可分为元素半存。无晶格缺陷的纯净半 编辑本段半导体定义 电阻率介于金属和绝缘体[1]之间并有负的电阻温度系数的物质。 半导体室温时电阻率约在10E-5～10E7欧姆·米之间，温度升高编辑本段历程 IC封装历史始于30多年前。当时采用金属和陶瓷两大类封壳，它们曾是电子工业界的“辕马”，凭其结实、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的需求。

Answer 3

一、导体
1、导体原子结构

铜是良导体，其原子结构见图1，第一层2个电子，第二层8个电子，第三层18个电子，最外层只有一个电子。

图1：铜原子结构图

2、价带与核心

原子的最外层电子轨道称为价带轨道，他决定着原子的电特性，铜原子内部简化见图2，叫做核心。

图2：通原子的核心

3、自由电子

原子核心与价电子之间的吸引力很小，外力非常容易使这个电子脱离铜原子，这就是价电子经常称为自由电子的原子的原因，也是铜成为良导体的原因，外加微小的电压，自由电子就在电场的作用下形成定向移动，也就是形成电流。最好的导体是铜、银、金，他们都可以用图2的核心图表示。

二、半导体
最好的导体都有一个价电子，最好的绝缘体都有8个价电子，半导体介于导体和半导体之间，最好的半导体都有4个价电子。

1、锗半导体

早期半导体元器件使用的唯一原材料，但是锗半导体存着致命的缺陷，反向电流过大，后来硅半导体的实用化，大部分器件开始使用硅制造！锗应用的很少了。

2、硅半导体

硅是地球上除氧外含量最丰富的元素，早期硅的提纯技术制约了硅的应用，提纯技术突破后，硅成为半导体的首要材料，硅的原子结构和核心见图3和图4。

图3：硅原子结构图

图4：硅原子核心

三、硅晶体
硅原子结合成固体时，他们排列具有规律性，称为硅晶体。

1、共价键

硅晶体中的的共价键，见图5。

图5：硅晶体中的共价键

2、价带饱和

每个硅原子价带轨道中都有8个电子，8个电子的稳定结构使硅形成稳定的固体，没有人知道为什么原子的最外层轨道为什么都趋向于8个电子，如果一个元素最外层没有8个电子，那么这个元素就与其它元素结合共享电子，以使最外层达到8个电子。

3、空穴

在一定的温度下，硅晶体形成一个自由电子的同时会产生一个空穴，即空穴和电子成对出现。

图6：自由电子和空穴

4、复合与寿命

纯净的硅中，电子和空穴会结合，导致电子和空穴的消失，称为复合，一定条件下，产生的电子和空穴与复合的速度是平衡的，也就是电子和空穴的浓度保持一个稳定的水平。

四、本征半导体
本征半导体是指纯净半导体，如果晶体中每个原子都是硅原子就称为硅本征半导体。

1、自由电子的流动

假设本征半导体中只有一个空穴和电子，图7中电子在正极的吸引下，负极电场的排斥下，从右侧向左侧运动，形成电子的流动。

图7：本回答被网友采纳

Answer 4

一、N型半导体

N型半导体也称为电子型半导体，即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。

形成原理

掺杂和缺陷均可造成导带中电子浓度的增高. 对于锗、硅类半导体材料，掺杂Ⅴ族元素，当杂质原子以替位方式取代晶格中的锗、硅原子时，可提供除满足共价键配位以外的一个多余电子，这就形成了半导体中导带电子浓度的增加，该类杂质原子称为施主. Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的施主往往采用Ⅳ或Ⅵ族元素. 某些氧化物半导体，其化学配比往往呈现缺氧，这些氧空位能表现出施主的作用，因而该类氧化物通常呈电子导电性，即是N型半导体，真空加热，能进一步加强缺氧的程度。

二、P型半导体

P型半导体一般指空穴型半导体，是以带正电的空穴导电为主的半导体。

形成

在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成P型半导体。在P型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。由于P型半导体中正电荷量与负电荷量相等，故P型半导体呈电中性。空穴主要由杂质原子提供，自由电子由热激发形成。

特点：

（一）、N型半导体

由于N型半导体中正电荷量与负电荷量相等，故N型半导体呈电中性。自由电子主要由杂质原子提供，空穴由热激发形成。掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度就越高，导电性能就越强。

（二）、P型半导体

掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能就越强。

Answer 5

一、N型半导体

N型半导体也称为电子型半导体，即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。

形成原理

掺杂和缺陷均可造成导带中电子浓度的增高. 对于锗、硅类半导体材料，掺杂Ⅴ族元素，当杂质原子以替位方式取代晶格中的锗、硅原子时，可提供除满足共价键配位以外的一个多余电子，这就形成了半导体中导带电子浓度的增加，该类杂质原子称为施主. Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的施主往往采用Ⅳ或Ⅵ族元素. 某些氧化物半导体，其化学配比往往呈现缺氧，这些氧空位能表现出施主的作用，因而该类氧化物通常呈电子导电性，即是N型半导体，真空加热，能进一步加强缺氧的程度。

二、P型半导体

P型半导体一般指空穴型半导体，是以带正电的空穴导电为主的半导体。

形成

在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成P型半导体。在P型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。由于P型半导体中正电荷量与负电荷量相等，故P型半导体呈电中性。空穴主要由杂质原子提供，自由电子由热激发形成。

特点：

（一）、N型半导体

由于N型半导体中正电荷量与负电荷量相等，故N型半导体呈电中性。自由电子主要由杂质原子提供，空穴由热激发形成。掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度就越高，导电性能就越强。

（二）、P型半导体

掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能就越强。