半导体材料特性讲解

导体

许多材料的一个重要特性是导电能力(即:支持电流流动的能力)。电流就是流动的电子。导电发生在元件和材料中质子对外环电子的吸引力相对较弱的情况下，这时自由电子就能相对容易移动了。在这样一个材料，这些电子可以很容易地移动，这就形成了电流。这种情况存在于大多数金属中。

导电性是材料导电的特性。这个值越高表明导电性越好。导电能力也由电导率的倒数来表示，也就是电阻率。电阻率越低表明材料的导电性越好。C=1/ρ。式中C =电导率，ρ =电阻率，单位是Ω-cm。

电介质和电容器

在电导率尺度的相反方面是表现出原子核对轨道电子之间的强大吸引力。净效应是呈现阻力:对电子运动有阻力效果时，这些材料被称为电介质，在电路中，电介质起绝缘体的作用。他们有低导电性和高电阻率。在电路和产品中，电介质二氧化硅(玻璃)等材料被用作绝缘体。

当电介质层形成时，就形成了称为电容器的电气装置，这种结构通常被夹在两个导体之间。在半导体结构中，电容器形成于MOS栅结构中，在金属层和硅衬底之间由介电层和其他结构隔开。实际电容器的作用是储存电荷。电容器用于信息存储在存储设备中，以防止不必要的电荷积聚导体和硅表面，并形成基本组件的场效应(MOS)晶体管。薄介电膜的电容能力是相对于面积和厚度以及一个被称为介电常数的特性参数。半导体金属传导系统需要高导电性，因此低电阻、低电容材料。这些被称为低k电介质。用作导电层之间绝缘体的介电层要求高电容或高k介电体。

电阻

我们常常用一定体积的材料的电阻来评估材料的电阻性能，这样我们就将电导率(和电阻率)这些电学参数利用起来了。电阻是材料的电阻率和其尺寸共同决定的一个量。电阻的测量单位为欧姆，如下图所示。下图矩形柱的电阻示意图。

该公式定义了某一特定体积的电阻材料(在下图中，体积为尺寸为W、L、D的矩形条)。这种关系类似于密度和重量，密度是一种材料性能，重量是指材料的特定体积所施加的力。

电流的流动类似于软管里的水流。对于给定的软管直径和水压，只有一定数量的水会流出软管。流动阻力可以通过增大软管直径、缩短软管长度来减小软管、或改变压力等多种方式实现。在电气系统中，电流可通过增大材料的横截面，缩短材料的长度，增加电压(类似于压力)，和/或降低材料的电阻率等方式实现。

本征半导体

半导体材料，顾名思义，是一种具有一定天然性质的材料导电能力的材料。半导体有两种基本元素(硅和锗)，两者都在元素周期表的第四列(如下图所示)中找到。在此外，还有几十种材料(化合物)也展出半导体性质。这些化合物来自于第三列和第五列，如砷化镓(GaAs)、磷化镓铟(InGaP)和磷化镓(GaP)。还有一些是由元素周期表的第二列和第六列。

审核编辑：汤梓红