c1、 半導體材料有哪些特徵？
半導體材料在自然界及人工合成的材料中是乙個大的部類。顧名思義，半導體在其電的傳導性方面，其電導率低於導體，而高於絕緣體。它具有如下的主要特徵。
（1）在室溫下，它的電導率在103~10-9s/cm之間,s為西門子，電導單位，s=1/r(w. cm) ； 一般金屬為107~104s/cm,而絕緣體則<10-10，最低可達10-17。同時，同一種半導體材料，因其摻入的雜質量不同，可使其電導率在幾個到十幾個
數量級的範圍內變化，也可因光照和射線輻照明顯地改變其電導率；而金屬的導電性受雜質的影響，一般只在百分之幾十的範圍內變化，不受光照的影響。
（2）當其純度較高時，其電導率的溫度係數為正值，即隨著溫度公升高，它的電導率增大；而金屬導體則相反，其電導率的溫度係數為負值。
（3）有兩種載流子參加導電。一種是為大家所熟悉的電子，另一種則是帶正電的載流子，稱為空穴。而且同一種半導體材料，既可以形成以電子為主的導電，也可以形成以空穴為主的導電。
在金屬中是僅靠電子導電，而在電解質中，則靠正離子和負離子同時導電。
4、簡述半導體材料的電導率與載流子濃度和遷移率的關係
所有材料的導電率（s）可用下式表達：
s = nem2-1)
其中： n為載流子濃度，單位為個/cm3;
e 為電子的電荷，單位為c（庫侖），e對所有材料都是一樣，e=1.6×10-19c 。
m為載流子的遷移率，它是在單位電場強度**流子的運動速度，單位為cm2/
電導率s的單位為s/cm(s為西門子）。
5、簡述霍爾效應。
將一塊矩形樣品在乙個方向通過電流，在與電流的垂直方向加上磁場(h)，那麼在樣品的第三個方向就可以出現電動勢，稱霍爾電動勢，此效應稱霍爾效應。
從這個電位差的正反，就可以知道載流子是帶正電或負電。其原理是洛侖茨力作用的結果，也就是當電流通過磁場時，不管載流子是正還是負，只要電流方向一定，那麼它的作用力的方向也就相同，這就使得載流子的分配偏在同一方向
顯然，載流子的電荷不同，它的霍爾電動勢也不相同。可見，霍爾電動勢的方向取決於載流子帶的電荷是正還是負。
用此法測量金屬時，證明絕大多數的金屬都是靠帶負電荷的載流子--電子進行導電的。
6、用能帶理論闡述導體、半導體和絕緣體的機理。
當許多原子彼此靠近而形成晶體時，各原子的電子間發生相互作用，各原子間原來在分散狀態的能級擴充套件成為能帶，
這能帶是由彼此能量相差比較小的能級所組成的準連續組。因為只有這樣才能保持電子能量的量子化並符合鮑林的不相容原理
當原子相靠近時能級擴充套件為能帶的情形以及在形成晶體時，在晶體內的原子間距（即晶格常數）上，能帶發生的搭接的現象。
按照能帶搭接或分立的情況，我們可以把金屬、半導體、絕緣體的能帶結構的區別
在導體中：
一類材料是由於電子在價帶中並未填滿，電子可以在帶內的各個能級上自由流動，這需要的能量非常之小；
另一類材料雖然在價帶中被填滿，但由於能帶之間的相互搭接，所以價電子很容易從價帶進入到導帶成為自由電子而導電。
而半導體材料則因其價帶已填滿，在價帶和導帶間存在有禁帶，價電子必須要具有足夠的能量躍過禁帶才能進入導帶而導電，在常溫或更高一些溫度下，由於能量的不均勻分布，總有一部分價電子能進入導帶，使其具有一定的電導率。
對絕緣體而言，其禁帶寬度大，以致在常溫或較高溫度下均不能使其價電子進入導帶所以不能導電。
7、什麼是本徵半導體和雜質半導體？
當半導體主要是靠熱激發產生載流子時，導電稱為本徵導電（intrinsic conductivity） ，這種半導體稱為本徵半導體（intrinsic semiconductor)。其特點是自由電子數等於空穴數。從圖2.
7中可以看出電子與空穴產生的一一對應關係
另一種導電機制是靠電活性雜質形成的載流子導電，這種導電稱為雜質導電
8、什麼是施主雜質和受主雜質？
施主雜質：以雜質導電為主的、能嚮導帶貢獻電子的雜質，稱為施主雜質。對iv族元素半導體而言，v族元素就是施主雜質。
受主雜質：從價帶俘獲電子，而在價帶形成空穴的雜質稱為受主雜質。對iv族素半導體而言，iii族元素就是受主雜質。
9、簡述材料的載流子濃度與溫度的關係
材料的載流子濃度與溫度的關係:以n型為例(見圖3.3),可以看出本徵導電與雜質導電之間的關係，其中：
i為高溫區，這時本徵激發的載流子濃度超過雜質所提供的載流子濃度，它是服從於式(3-2)的，其斜率應為δe/2k；
n (p) ≈ aexp[-δe/2kt3-2)
ii為中溫區，為雜質載流子的飽和區，因為雜質的電離能比禁帶寬度小得多，因此在相當大的溫度範圍內雜質全部電離，在此溫度範圍內，載流子濃度無變化；
iii區是在溫度相當低時，本徵激發的載流子與雜質激發的載流子都隨溫度下降而減少所出現的載流子濃度與溫度的關係。
10、簡述材料的載流子的遷移率與溫度的關係。
遷移率與溫度的關係：比較複雜。圖3.4所示的是元素半導體的載流子遷移率與溫度的關係。
在低溫段，以電離雜質散射為主，由於載流子運動與電離雜質的靜電場相互作用的結果，遷移率隨溫度上公升而增大；
在高溫區， 則晶格散射起主導作用， 隨溫度公升高，晶格振動的振幅增大，對載流子的運動的散射作用就增強，因此遷移率變低。
圖3.4中的最大值，也就是從電離雜質散射轉變到晶格散射的溫度，取決於電離雜質含量，雜質含量愈高，其轉變溫度也愈高。
11、簡述pn結原理。
◆ 如圖3.6（a）所示，當一塊p型半導體和一塊n型半導體分開存放時，p 型具有空穴作載流子，n型有電子作載流子，這時它們都是電中性的，它們的載流子都與它們的離子形成平衡。
◆ 當這兩塊半導體結合成乙個整體時，如圖3.6(b), p 型半導體中有大量的空穴，而n型半導體中有大量的電子，他們向相對方向擴散，但這種擴散並非無休止的，因為這種擴散打破了邊界附近的電中性，空穴進入n型區與電子復合，而失去電子的離子便形成正電勢；在p型區則因同樣的道理而形成負電勢，這樣便在邊界附近形成了電位差，稱為內建勢場（電場），或稱擴散電勢。
◆ 這個勢場根據同性相斥、異性相吸的原理，會防止空穴與電子的進一步擴散，而達到平衡，這個平衡的電勢用v擴表示，這就構成pn結
19、詳述缺陷的種類和內容。
◆ 晶體內的原子是按一定的原則周期性地排列著的。如果在晶體中的一些區域，這種排列遭到破壞，我們稱這種破壞為晶體缺陷。
◆ 從這個意義上講，雜質也是一類缺陷，因為任何的雜質都會使晶體的正規點陣遭到破壞，因此我們在這裡也將敘述雜質對晶體結構方面所引入的問題。
◆ 晶體缺陷對半導體材料的使用效能影響很大，在大多數的情況下，它使器件效能劣化直至失效。因此在材料的製備過程中，特別是在晶體製備過程中都盡量排除缺陷或降低其密度。
晶體缺陷通常可分為：
（1）點缺陷這主要是單個原子之間的變化，如空位、間隙原子、反位缺陷、替位缺陷，和由它們構成的複合體。
（2）線缺陷呈線狀排列，例如位錯就是這類缺陷。
（3）面缺陷呈面狀，在另乙個方向上尺寸較小，如晶界、堆垛層錯、相界等。
（4）體缺陷如空洞、夾雜物、雜質沉澱物等。
（5）微缺陷幾何尺寸在微公尺級或更小，如點缺陷的聚集物、微沉積物等。
缺陷如按其形成過程，可分為原生缺陷（在晶體製備過程中所引入的缺陷）和二次缺陷（在晶體加工過程，包括器件製備過程所引入的缺陷）。
23、提純的方法有哪些？
用於半導體材料的提純方法較多，可分為兩大類：
一類是有其他物質參加化學反應的，稱為化學提純；
另一類是不改變其化學主成分而直接進行提純的，稱為物理提純。
化學提純的方法有電解法、萃取法、化合物精餾法、絡合物法、化學吸附法等；
物理提純的方法有真空蒸發法、區熔法、直拉單晶法等。現將提純的主要方法的特徵與應用列入表5.1。
26、何為定向凝固？
將b雜質含量為co的混合物放入舟形容器內,全部熔化，然後從一端到另一端逐漸凝固。如果這種凝固滿足以下三個條件：
（a）雜質的分凝係數k是常數；
（b）雜質在固體中的擴散可以忽略不計；
（c）雜質在液體中的分布是均勻的。
那麼就稱為正常凝固（或定向凝固）。
27、何為區熔提純？其原理如何？
區域提純是用電阻爐或高頻爐加熱的方法，使一些含有雜質的材料條的某一區域熔化，然後使熔化區域由一端逐步移向另一端。材料的雜質由於分凝作用，就朝著一定方向集中，反覆多次進行，最後雜質被聚集在端頭的乙個很小的範圍內，而使大部分材料達到提純的目的。這一過程稱為區域提純。
區域提純之所以能多次重複，是由於熔化侷限在乙個很小的區域(不像定向凝固需全部熔化)，其餘都處在固體狀態，擴散極慢。在第二遍熔區移動時，雜質不可能恢復原來均勻分布，只能進一步把雜質往一端集中。
半導體材料 短篇
半導體基礎知識 張光春2006.3 一 半導體材料 1.1固體材料按其導電性能可分為三類 絕緣體 半導體及導體，它們典型的電阻率如下 1.2半導體又可以分為元素半導體和化合物半導體，它們的定義如下 元素半導體 element 由一種材料形成的半導體物質，如矽和鍺。半導體器件與物理工藝 化合物 com...
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