加入收藏    設(shè)為首頁
熱銷產(chǎn)品
> 相關(guān)技術(shù) > 文章正文

半導(dǎo)體-導(dǎo)體-絕緣體

功率半導(dǎo)體器件是電力電子技術(shù)及其應(yīng)用裝置的基礎(chǔ),一代器件帶動(dòng)一代整機(jī),即功率半導(dǎo)體器件一直是推動(dòng)電力電子變換器發(fā)展的主要源泉,一代新型器件的出現(xiàn),總是帶來一場(chǎng)變換器的革命。因?yàn)楣β拾雽?dǎo)體器件處于現(xiàn)代電力電子變換器的心臟地位,它對(duì)裝置的可靠性、成本和性能起著十分重要的作用。要想了解功率半導(dǎo)體器件的特性,首先需要了解功率半導(dǎo)體器件的物理基礎(chǔ),理解半導(dǎo)體材料與導(dǎo)體、絕緣體材料的區(qū)別。

眾所周知,目前所用的功率半導(dǎo)體器件絕大多數(shù)都是用半導(dǎo)體材料制造的。而半導(dǎo)體本身并沒有明確的物理或者數(shù)學(xué)定義,一般認(rèn)為,自然界物質(zhì)有氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)和等離子態(tài)等幾種存在形式,在這里僅以固態(tài)范疇來討論導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體。

一般情況下,人們顧名思義地用電導(dǎo)率或者電阻率的高低來區(qū)分導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體,認(rèn)為電導(dǎo)率或者電阻率處于導(dǎo)體和絕緣體之間的是半導(dǎo)體,這也可以解釋半導(dǎo)體(Semiconductor)的由來。一般將電阻率介于10-6~108Ω.m的材料稱作半導(dǎo)體,見圖1-1所示。對(duì)于三者界限的數(shù)值并沒有準(zhǔn)確的說法,在一些文獻(xiàn)中,還采用了金屬、半金屬、半導(dǎo)體、半絕緣體和絕緣體的細(xì)致劃分方法。

依據(jù)電阻率對(duì)固體的分類

眾所周知,銅、鋁、銀等金屬材料能非常容易的傳導(dǎo)電流,都是非常好的導(dǎo)體;而橡膠、陶瓷、塑料等材料幾乎不導(dǎo)電,是非常好的絕緣體;而硅、碳化硅等是用于功率半導(dǎo)體器件制造的半導(dǎo)體材料。為了有更直觀的概念,表1-1中給出了部分金屬導(dǎo)體、絕緣體和硅半導(dǎo)體的電阻率特性。從表中可以看出,一般結(jié)構(gòu)完整且不包含雜質(zhì),或雜質(zhì)濃度極低的結(jié)晶態(tài)半導(dǎo)體,以及大多數(shù)未摻雜的非晶態(tài)半導(dǎo)體,也具有跟絕緣體不相上下的高電阻率;而當(dāng)它們含有足夠高濃度的某些特殊雜質(zhì)時(shí),其電阻率又會(huì)下降到金屬的電阻率范疇,甚至比某些導(dǎo)電性能欠佳的金屬的電阻率還低,這是半導(dǎo)體特性之一。

不同材料電阻率比較

此外,半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力還與某些外部條件有關(guān)。與金屬和絕緣體相比,半導(dǎo)體電阻率對(duì)環(huán)境溫度、光照、乃至磁場(chǎng)和電場(chǎng)等外加條件的敏感性要強(qiáng)得多。在實(shí)際應(yīng)用中,利用半導(dǎo)體電阻率隨溫度或者光照的變化而變化這一特點(diǎn),可以制造熱敏或者光敏電阻;利用半導(dǎo)體內(nèi)摻入一些雜質(zhì),就能改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力和導(dǎo)電類型,這是今天可以用來制造各種半導(dǎo)體器件和集成電路的依據(jù)。從本質(zhì)上來說,半導(dǎo)體是導(dǎo)電性明顯取絕于材料的內(nèi)外狀態(tài)而可以靈活改變的一類特殊物質(zhì)。正是利用這樣一種靈活多變的特點(diǎn),半導(dǎo)體才能用來制造像晶體管、晶閘管那樣的器件,而導(dǎo)電性難以明顯改變的金屬和絕緣體卻不能。在這一材料特性賦予半導(dǎo)體器件各種功能特性的同時(shí),也賦予半導(dǎo)體器件一些不可忽視的應(yīng)用特性,比如器件對(duì)工作溫度的依賴性。

 

做一個(gè)簡(jiǎn)單的歸納,半導(dǎo)體大致有這樣一些獨(dú)特的性質(zhì),它們的應(yīng)用無不跟這些性質(zhì)有關(guān)。

 

1)一般來說,半導(dǎo)體的電阻溫度系數(shù)比金屬大得多,即半導(dǎo)體的阻值更容易隨溫度的變化而變化;

 

2)在半導(dǎo)體中參與電流的載流子有兩種,即空穴和電子,而在金屬中輸運(yùn)電流的載流子只有電子;

 

3)半導(dǎo)體的電阻率對(duì)摻入雜質(zhì)及其敏感,一般只需要極少量的雜質(zhì)就能顯著地改變其電阻率。比如,半導(dǎo)體材料鍺的純度達(dá)到109個(gè)鍺原子中的雜質(zhì)原子不超過1個(gè),此時(shí)其室溫下的電阻率為0.45Ω.m,如果在這樣純的鍺中摻入銻,摻到每2×106個(gè)鍺原子中有一個(gè)銻原子的程度,則室溫下電阻率下降為

9×10-4Ω.m,僅為原來的1/500,導(dǎo)電能力大大提高;

 

4)半導(dǎo)體材料具有光敏性,而金屬一般不具有;

 

5)當(dāng)不同半導(dǎo)體材料一起工作,一般具有不對(duì)稱和非線性導(dǎo)電性,而金屬材料一般不具有。

 

半導(dǎo)體的上述特性都和半導(dǎo)體中的電子能量狀態(tài)有關(guān),電子的能量狀態(tài)將直接決定半導(dǎo)體材料的性能。

 

參考文獻(xiàn)

【1】 袁立強(qiáng), 爭(zhēng), 宋高升,王正元.電力半導(dǎo)體器件原理與應(yīng)用》.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

    驗(yàn)證碼: 點(diǎn)擊我更換圖片
       上海菱端電子科技有限公司:
       聯(lián)系人:夏小姐
       服務(wù)熱線:021-58979561
       業(yè)務(wù)咨詢qq:447495955
       業(yè)務(wù)咨詢qq:1852433657
       業(yè)務(wù)咨詢qq:513845646
       技術(shù)支持qq:313548578
       技術(shù)交流群:376450741
       業(yè)務(wù)咨詢:  點(diǎn)這里給我發(fā)消息
       業(yè)務(wù)咨詢:  點(diǎn)這里給我發(fā)消息
       業(yè)務(wù)咨詢:  點(diǎn)這里給我發(fā)消息
       技術(shù)支持:  點(diǎn)這里給我發(fā)消息
       媒體合作:  點(diǎn)這里給我發(fā)消息