预备知识——能带理论 本征半导体与杂质半导体 现代固体电子与光电子器件大多由半导体材料制备,半 导体材料大多为晶体(晶体中原子有序排列,非晶体中原子无 序排列。)晶体分为单晶与多晶: 1、单晶—在一块材料中,原子全部作有规则的周期排列 2、多晶—一只在很小范围内原子作有规则的排列,形成小晶 粒,而晶粒之间有无规则排列的晶粒界隔开 检测与测试技术基础—视觉检测专题
预备知识——能带理论 本征半导体与杂质半导体 现代固体电子与光电子器件大多由半导体材料制备，半 导体材料大多为晶体（晶体中原子有序排列，非晶体中原子无 序排列。）晶体分为单晶与多晶： 1、单晶——在一块材料中，原子全部作有规则的周期排列。 2、多晶——只在很小范围内原子作有规则的排列，形成小晶 粒，而晶粒之间有无规则排列的晶粒界隔开。 检测与测试技术基础——视觉检测专题
预备知识——一能带理论 本征半导体 结构完整、纯净的半导体称为本征半导体。例如纯净的 硅称为本征硅。本征硅中,自由电子和空穴都是由于共价键破 裂而产生的,所以电子浓度n等于空穴浓度p,并称之为本征 载流子浓度n,η随温度升高而增加,随禁带宽度的增加而减 小,室温下硅的n约为1010/m3 杂质半导体: 半导体中人为地掺入少量杂质形成掺杂半导体,杂质对 半导体导电性能影响很大。在技术上通常用控制杂质含量(即 掺杂)来控制半导体导电特性。 检测与测试技术基础—视觉检测专题
预备知识——能带理论 本征半导体： 结构完整、纯净的半导体称为本征半导体。例如纯净的 硅称为本征硅。本征硅中，自由电子和空穴都是由于共价键破 裂而产生的，所以电子浓度n等于空穴浓度p，并称之为本征 载流子浓度ni，ni随温度升高而增加，随禁带宽度的增加而减 小，室温下硅的ni约为1010/cm3。 杂质半导体： 半导体中人为地掺入少量杂质形成掺杂半导体，杂质对 半导体导电性能影响很大。在技术上通常用控制杂质含量（即 掺杂）来控制半导体导电特性。 检测与测试技术基础——视觉检测专题
预备知识——一能带理论 N型半导体: 在四价原子硅(Si)晶体中掺入五价原子,例如磷(P) 或砷(As),形成N型半导体。在晶格中某个硅原子被磷原子 所替代,五价原子用四个价电子与周围的四价原子形成共价键 ,而多余一个电子,此多余电子受原子束缚力要比共价键上电 子所受束缚力小得多,容易被五价原子释放,游离跃迁到导带 上形成自由电子。易释放电子的原子称为施主,施主束缚电子 的能量状态称为施主能级E。E位于禁带中,较靠近材料的 导带底。ED与E间的能量差称为施主电离能。N型半导体由施 主控制材料导电性。 检测与测试技术基础—视觉检测专题
预备知识——能带理论 N型半导体： 在四价原子硅（Si）晶体中掺入五价原子，例如磷（P） 或砷（As），形成N型半导体。在晶格中某个硅原子被磷原子 所替代，五价原子用四个价电子与周围的四价原子形成共价键 ，而多余一个电子，此多余电子受原子束缚力要比共价键上电 子所受束缚力小得多，容易被五价原子释放，游离跃迁到导带 上形成自由电子。易释放电子的原子称为施主，施主束缚电子 的能量状态称为施主能级ED。ED位于禁带中，较靠近材料的 导带底。ED与Ec间的能量差称为施主电离能。N型半导体由施 主控制材料导电性。 检测与测试技术基础——视觉检测专题
预备知识——一能带理论 050 Si oPC E〓 E E Ei E E E E 检测与测试技术基础—视觉检测专题
预备知识——能带理论 杂质硅的原子图象和能带图 a) N型半导体 b) P型半导体 检测与测试技术基础——视觉检测专题
预备知识——一能带理论 P型半导体: 在四价原子硅(Si)晶体中掺入三价原子,例如硼(B) ,形成P型半导体。晶体中某个硅原子被硼原子所替代,硼原 子的三个价电子和周围的硅原子中四个价电子要组成共价键, 形成八个电子的稳定结构,尚缺一个电子。于是很容易从硅晶 体中获取一个电子形成稳定结构,使硼原子外层多了一个电子 变成负离子,而在硅晶体中出现空穴。容易获取电子的原子称 为受主。受主获取电子的能量状态称为受主能级EA,也位于 禁带中。在价带顶E附近,EA与E间能量差称为受主电离能 。P型半导体由受主控制材料导电性 检测与测试技术基础—视觉检测专题
预备知识——能带理论 P型半导体： 在四价原子硅（Si）晶体中掺入三价原子，例如硼（B） ，形成P型半导体。晶体中某个硅原子被硼原子所替代，硼原 子的三个价电子和周围的硅原子中四个价电子要组成共价键， 形成八个电子的稳定结构，尚缺一个电子。于是很容易从硅晶 体中获取一个电子形成稳定结构，使硼原子外层多了一个电子 变成负离子，而在硅晶体中出现空穴。容易获取电子的原子称 为受主。受主获取电子的能量状态称为受主能级EA，也位于 禁带中。在价带顶Ev附近，EA与Ev间能量差称为受主电离能 。P型半导体由受主控制材料导电性。 检测与测试技术基础——视觉检测专题