半導體材料特性講解

導體

許多材料的一個重要特性是導電能力(即:支持電流流動的能力)。電流就是流動的電子。導電發(fā)生在元件和材料中質(zhì)子對外環(huán)電子的吸引力相對較弱的情況下，這時自由電子就能相對容易移動了。在這樣一個材料，這些電子可以很容易地移動，這就形成了電流。這種情況存在于大多數(shù)金屬中。

導電性是材料導電的特性。這個值越高表明導電性越好。導電能力也由電導率的倒數(shù)來表示，也就是電阻率。電阻率越低表明材料的導電性越好。C=1/ρ。式中C =電導率，ρ=電阻率，單位是Ω-cm。

電介質(zhì)和電容器

在電導率尺度的相反方面是表現(xiàn)出原子核對軌道電子之間的強大吸引力。凈效應是呈現(xiàn)阻力:對電子運動有阻力效果時，這些材料被稱為電介質(zhì)，在電路中，電介質(zhì)起絕緣體的作用。他們有低導電性和高電阻率。在電路和產(chǎn)品中，電介質(zhì)二氧化硅(玻璃)等材料被用作絕緣體。

當電介質(zhì)層形成時，就形成了稱為電容器的電氣裝置，這種結(jié)構(gòu)通常被夾在兩個導體之間。在半導體結(jié)構(gòu)中，電容器形成于MOS柵結(jié)構(gòu)中，在金屬層和硅襯底之間由介電層和其他結(jié)構(gòu)隔開。實際電容器的作用是儲存電荷。電容器用于信息存儲在存儲設(shè)備中，以防止不必要的電荷積聚導體和硅表面，并形成基本組件的場效應(MOS)晶體管。薄介電膜的電容能力是相對于面積和厚度以及一個被稱為介電常數(shù)的特性參數(shù)。半導體金屬傳導系統(tǒng)需要高導電性，因此低電阻、低電容材料。這些被稱為低k電介質(zhì)。用作導電層之間絕緣體的介電層要求高電容或高k介電體。

電阻

我們常常用一定體積的材料的電阻來評估材料的電阻性能，這樣我們就將電導率(和電阻率)這些電學參數(shù)利用起來了。電阻是材料的電阻率和其尺寸共同決定的一個量。電阻的測量單位為歐姆，如下圖所示。下圖矩形柱的電阻示意圖。

該公式定義了某一特定體積的電阻材料(在下圖中，體積為尺寸為W、L、D的矩形條)。這種關(guān)系類似于密度和重量，密度是一種材料性能，重量是指材料的特定體積所施加的力。

電流的流動類似于軟管里的水流。對于給定的軟管直徑和水壓，只有一定數(shù)量的水會流出軟管。流動阻力可以通過增大軟管直徑、縮短軟管長度來減小軟管、或改變壓力等多種方式實現(xiàn)。在電氣系統(tǒng)中，電流可通過增大材料的橫截面，縮短材料的長度，增加電壓(類似于壓力)，和/或降低材料的電阻率等方式實現(xiàn)。

本征半導體

半導體材料，顧名思義，是一種具有一定天然性質(zhì)的材料導電能力的材料。半導體有兩種基本元素(硅和鍺)，兩者都在元素周期表的第四列(如下圖所示)中找到。在此外，還有幾十種材料(化合物)也展出半導體性質(zhì)。這些化合物來自于第三列和第五列，如砷化鎵(GaAs)、磷化鎵銦(InGaP)和磷化鎵(GaP)。還有一些是由元素周期表的第二列和第六列。

審核編輯：湯梓紅