随着科技的发展，电子产品更新速度越来越快，而构建成电子产品的基础--半导体行业也在快速发展，从硅基材料到现在比较火的碳化硅等材料也在逐渐融入我们日常使用的电子产品当中。

本期就给大家介绍一下半导体器件的前世和今生。

一、材料分类

按材料的导电性能分类：材料分为导体、绝缘体、半导体，三者之间的差别主要是导电能力的不同，用电导率（或电阻率）来衡量（ρ=RS/L，R：材料电阻、S：材料的截面积，L:材料长度）。

●   容易导电的物体，就是导体。如：各种金属，酸碱盐的水溶液，大地，人体等（电阻率≤10-5Ω/m)

●   不容易导电的物体，就是绝缘体。如：玻璃，陶瓷，橡胶，塑料、干植物等。(电阻率≥108Ω/m）

●   导电能力介于导体与绝缘体之间的材料，是半导体。如：硅、锗、硒、氧化铜（介于导体和绝缘体间）。

● 导电性能主要是由材料的原子或分子结构决定的，如下图原子结构图

二、导电原理

导电原理：导体内部存在大量的可以自由移动的自由电子，这些自由电子在电场力的作用下定向移动而形成电流。

1、 距原子核最近的电子，受原子核的作用力最大，不容易形成自由电子，而距核最远的最外层电子，受原子核的束缚力最小，容易形成自由电子。

2、最外层电子由于受束缚最小，所以它经常受邻近原子的干扰，而绕邻近原子核运动。金属原子之间就是依据这种外层电子干扰后的互绕运动形成的作用力而结合成金属体的。由于这种结合力非常小，所以金属有柔软、加热易产生形变等特点。

3、最外层排列的电子数越少，原子间形成的共价电子越不稳定，容易形成自由电子。

4、原子核带正电，核外电子带负电，由于正负相同形成不带电中性状态，当外围电子发生变化自由电子多时带负电，即电子导电，自由电子少时带正电，即空穴导电、带电的粒子叫离子。

三、特点、发展、应用领域

半导体材料分为元素半导体（主要为III-V族元系）

和化合物半导体（II-VI族化合物），半导体发展到今天已经有四代，目前市场上已开始四代如金刚石材料等超宽禁带半导体产品研究。

四、本征半导体材料（单晶硅）

●本征半导体：本征半导体是纯净的、没有结构缺陷的半导体单晶。制造半导体器件的半导体材料纯度要达到99.9999%，常称为6个9。以硅材料为例，本征硅晶体中各原子之间靠得很近，使原分属于各原子的四个价电子同时受到相邻原子的吸引，分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。如图所示。

●半导体的材料纯度，与后期晶圆掺杂的影响非常大，纯度越高，后期掺杂控制越容易，产品一致性越高。

五、构成半导体器件基础-N型半导体

N型半导体：在本征（4价单晶体）中半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成 N型半导体,也称电子型半导体。因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。由于参与导电的是电子，带负电，因此称为N型半导体（负：Negative ）

六、构成半导体器件基础之-P型半导体

P型半导体：在本征半导体（4价单晶体）材料中中掺入3价杂质元素，例如硼，可形成P型半导体，也称为空穴型半导体。因3价杂质原子中只有3个价电子能与周围4个半导体原子中的价电子形成共价键，还少1个价电子才能组成稳定的共价键，这种少一个价电子的情况称为空穴，即P型半导体空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。由于导电的是空穴，带正电（正极：Positive）。

七、PN结

PN结：在硅晶体上采用不同的掺杂工艺，通过扩散或离子注入的方式，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结。PN结具有单向导电性，是电子技术中许多器件所利用的特性，例如半导体二极管、双极性晶体管的物质基础。

八、PN结应用