锗 一种优良的半导体材料讲解

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第一篇:锗 一种优良的半导体材料讲解

时代科技速递

锗 —— 一种优良的半导体材料

锗是位于元素周期表(长式)中第4周期第ⅣA族的元素,原子序数为32。它的左边是31号元素镓(金属),右边是33号元素砷(非金属),上面是14号元素硅(属非金属,可做半导体材料),下面是50号元素锡(属金属元素,但金属性较弱),可见锗处于金属和非金属交界处。如果把锗作为一种金属,实在名不符实,因为它的质地很脆,不像一般金属那样有延展性,不能对它进行加工。它的导电性也差,根本够不上导体的资格,可是它又算不上良好的绝缘体。它介于两者之间,有点导电性又有点绝缘性,所以物理学上称它为半导体。锗的电阻率处于硅和锡之间,锗和硅一样,能够制成整流器,把交流电变为直流电。锗的半导体特性早在1915年就被科学家们发现了,但由于(1)当时无线电技术刚发展,半导体材料仅用做收音机的检波器而已;(2)锗的原料缺乏,提纯困难;(3)锗制成的整流器性能不如电子管,所以锗长期未受重视。到第二次世界大战期间,雷达兴起,电子管已不能满足雷达的要求,人们通过研究发现锗能很好地满足这种要求,然而用锗制得的电子元件性能总不稳定,主要是微粒杂质对半导体的性能影响较大,但随着超纯锗的制得,锗优良的半导体特性就充分显露出来。用锗制成的整流器体积小、重量轻、寿命长、机械稳定性良好。锗所制成的晶体管和二极管,可以小得和米粒差不多,不但电能消耗低而且坚固耐用。从此,锗成为电子工业的重要材料。

锗是如何被人们发现的呢?

1869年,俄国一位年轻的大学教授门捷列夫预言说,必定有化学性质分别和铝、硼、硅相似的尚未发现的3个新元素存在,他把它们称为“类铝”、“类硼”和“类硅”。此后,他又进一步对它们的原子量和密度等性质作了惊人的预测。据他推算,新元素“类硅”的原子量应该是72左右,密度大约是5.5 g/cm3。奇怪,一个元素还没发现,他就能预测它的原子量、密度,他的根据和理由是什么呢?原来他是根据他在1869年所创立的元素周期表来推测的。那时,他正在编化学讲义,他感到为了给学生把已发现的62种元素的性质、化合物叙述得清晰而系统,必须找出它们的内在联系和规律。经过反复研究,他发现如果让元素按照原子量的递增来排队(现在的周期表是按原子核内质子数来编序数的),把“脾气”即性质相似的元素编成组,列成一个表,那么这个表就会清楚地表示出元素的性质是在随原子量递增而作周期性变化的规律。具体地讲,这个规律在周期表中表现为排列在同一列上的各个元素都具有相似的化学性质,为了不破坏这个规律,他又在表中留下了若干空格。他认为这些空格就预示尚有未发现的新元素存在,新元素的性质可以根据空格在表中的位置来推断。由于在硅的旁边有一个空格,所以他认为与这个空格相应的新元素应该与硅有类似的化学性质,而原子量与密度也可由此推算出来。当时有许多人对此预言持怀疑的态度。1885年,德国化学家芬克勒一次在分析一种含银矿石时,得到了奇怪的化验结果。这个矿石化验所得的成分有银、硫等元素,可是这些成分含量的总和是93.04%,而不是100%。经多次反复化验,仍差约7%。他断定这7%的成分中一定存在一种新元素,而采用对已知元素的分析方法并不能把它检验出来,成了“漏网之鱼”。又继续研究,他终于从该种矿石中提取出这种新元素,并给它起了个名字“锗”。锗的原文是“日耳曼”的意思,以纪念他的祖

时代科技速递

国——德国。当时,他所制得的锗数量很少,对锗的化学性质未能作深入详细的研究,就认为锗的性质和锑相似,在周期表中应该位于锑、铋之间。但德国另一化学家认为锗的性质和硅相似,门捷列夫也认为锗可能就是类硅。科学家们的这些异议,促使芬克勒进一步研究锗的性质。1886年,芬克勒测得锗的原子量是72.32,密度是5.35 g/cm3,果然和门捷列夫15年前所预测的几乎完全相符,锗正是类硅!门捷列夫的推测完全正确!

锗是深灰色的金属,锗矿物有硫银锗矿和锗石。锗在自然界分布极广,在多种硫化矿、铜矿、铁矿、泥土、岩石以及泉水中,都有极微量的锗存在。煤中也有锗存在,故也可以从煤的烟灰中提取锗。锗的化学性质比较稳定,稳定性仅次于碳。锗和碳在同一主族,它们的原子的最外层都有4个电子。在常温下,它不但难以和空气或水发生作用,而且也不和一般酸碱发生作用。锗会和氯气发生剧烈反应,生成四氯化锗。四氯化锗是一种无色液体,沸点83℃,故可以用蒸馏的方法来提纯它。四氯化锗能溶解在盐酸中,但和水相遇却会发生作用,生成白色的氧化锗沉淀。氧化锗可以和氢气反应,生成锗和水。人们利用四氯化锗和氧化锗的这些性质,从含锗的矿物和烟灰中提取锗。所以有人讲这是从泥巴和烟灰中取宝,此话一点不假,这些黑乎乎的东西经多次反复提纯,最后锗的纯度可达99.999 999999%,成为电子工业的极为宝贵的原料。为了得到性能更好的半导体器件,人们正在研究锗和硅以外的半导体材料,其中最引人注目的是砷化镓和锑化铟,用砷化镓做成的半导体器件可以在350℃甚至更高一些温度下工作,这是锗和硅望尘莫及的(硅和锗制成的半导体器件最高工作温度都不超过150℃)。当然这些化合物的提纯工作仍需化学工业来解决。

近二三十年来,半导体工业发展很快。全球半导体市场容量大致以每5年翻一番的速度增长,到2012年世界集成电路的产值将达1万亿美元,并将支持6万亿到8万亿美元的电子设备产值、30万亿美元的信息服务业产值,相当于1997年全世界GDP的总和。目前世界上半导体工业规模较大,经济效益较好,产品较多,产值占整个国民生产总值百分比较大的国家和地区主要有美国、日本、我国的台湾省、韩国等。台湾岛被誉为电脑岛。我国的半导体工业也有了长足的进步,建立了具有国际先进水平的超大规模集成电路前工序项目的华虹909工程等一些国有、中外合资及民营的集成电路工程。我们要继续抓住机遇,大力发展我国的半导体工业,跟上时代的步伐,生产更多更好的计算机(微电脑)、彩电、影碟机及其他电子产品,以满足工业、农业、交通、国防、科研、文教卫生及人们日常生活的需要,并适度出口,占领部分国际市场。

第二篇:《半导体物理与器件》教学大纲讲解

物理科学与技术学院

《半导体物理与器件》教学大纲

课程类别:专业方向

课程性质:必修

英文名称:Semiconductor Physics and Devices 总学时:

讲授学时:48 学分:

先修课程:量子力学、统计物理学、固体物理学等 适用专业:应用物理学(光电子技术方向)开课单位:物理科学与技术学院

一、课程简介

本课程是应用物理学专业(光电子技术方向)的一门重要专业方向课程。通过本课程的学习,使学生能够结合各种半导体的物理效应掌握常用和特殊半导体器件的工作原理,从物理角度深入了解各种半导体器件的基本规律。获得在本课程领域内分析和处理一些最基本问题的初步能力,为开展课题设计和独立解决实际工作中的有关问题奠定一定的基础。

二、教学内容及基本要求

第一章:固体晶格结构

(4学时)教学内容: 1.1半导体材料 1.2固体类型 1.3空间晶格 1.4原子价键

1.5固体中的缺陷与杂质 1.6半导体材料的生长 教学要求:

1、了解半导体材料的特性, 掌握固体的基本结构类型;

2、掌握描述空间晶格的物理参量, 了解原子价键类型;

3、了解固体中缺陷与杂质的类型;

4、了解半导体材料的生长过程。授课方式:讲授

第二章:量子力学初步

(4学时)教学内容:

2.1量子力学的基本原理 2.2薛定谔波动方程

2.3薛定谔波动方程的应用 2.4原子波动理论的延伸 教学要求:

1、掌握量子力学的基本原理,掌握波动方程及波函数的意义;

2、掌握薛定谔波动方程在自由电子、无限深势阱、阶跃势函数、矩形势垒中应用;

3、了解波动理论处理单电子原子模型。授课方式:讲授

第三章:固体量子理论初步

(4学时)

应用物理学专业

教学内容:

3.1允带与禁带格 3.2固体中电的传导 3.3三维扩展

3.4状态密度函数 3.5统计力学 教学要求:

1、掌握能带结构的基本特点,掌握固体中电的传导过程;

2、掌握能带结构的三维扩展,掌握电子的态密度分布;

3、掌握费密-狄拉克分布和玻耳兹曼分布。授课方式:讲授

第四章:平衡半导体

(6学时)教学内容:

4.1半导体中的载流子 4.2掺杂原子与能级 4.3非本征半导体

4.4施主与受主的统计学分布 4.5电中性状态 4.6费密能级的位置 教学要求:

1、掌握本征载流字电子和空穴的平衡分布;

2、掌握掺杂原子的作用,掌握非本征载流字电子和空穴的平衡分布;

3、掌握完全电离和束缚态,掌握补偿半导体平衡电子和空穴浓度;

4、掌握费密能级随掺杂浓度和温度的变化。授课方式:讲授

第五章:载流子输运现象

(4学时)教学内容:

5.1载流子的漂移运动 5.2载流子扩散 5.3杂质梯度分布 5.4霍尔效应 教学要求:

1、掌握载流子漂移运动的规律,掌握载流子漂移扩散的规律;

2、了解杂质梯度分布规律,了解霍尔效应现象。授课方式:讲授

第六章:非平衡过剩载流子

(6学时)教学内容:

6.1载流子的产生与复合 6.2过剩载流子的性质 6.3双极输运 6.4准费密能级

6.5过剩载流子的寿命 6.6表面效应 教学要求:

物理科学与技术学院

1、掌握载流子产生与复合的规律,掌握连续性方程与扩散方程;

2、掌握双极输运方程的推导与应用,掌握准费密能级的确定;

3、了解肖克莱-里德-霍尔复合理论及非本征掺杂和小注入的约束条件;

4、了解表面态与表面复合速。授课方式:讲授

第七章:PN结

(2学时)教学内容:

7.1 PN结的基本结构 7.2零偏 7.3反偏

7.4非均匀掺杂PN结 教学要求:

1、掌握PN结的基本结构,掌握内建电势差与空间电荷区宽度;

2、掌握势垒电容与单边突变结,了解线性缓变结与超突变结。授课方式:讲授

第八章:PN结二极管

(4学时)教学内容: 8.1 PN结电流

8.2 PN结的小信号模型 8.3产生与复合电流 8.4结击穿

8.5电荷存储与二极管瞬态 8.6隧道二极管 教学要求:

1、掌握PN结内电荷流动的定性描述,掌握扩散电阻与等效电路;

2、掌握反偏产生电流正偏复合电流;

3、了解结击穿的物理图像,了解关瞬态与开瞬态,了解隧道二极管的基本特征。

授课方式:讲授

第九章:双极晶体管

(6学时)教学内容:

10.1双极晶体管的工作原理 10.2少子的分布

10.3低频共基极电流增益 10.4非理想效应 10.5等效电路模型 10.6频率上限 教学要求:

1、掌握双极晶体管的工作原理,掌握少子的分布规律;

2、了解有用因素及电流增益的数学表达式;

3、掌握基区宽度调制效应及大注入效应;

4、了解Ebers-Moll模型及Gummel-Poon模型;

5、了解延时因子的概念及晶体管截止频率。授课方式:讲授

应用物理学专业

第十章:MOS场效应管(1)

(4学时)教学内容:

11.1双端MOS结构 11.2电容—电压特性 11.3MOSFET基本原理 11.4频率限制特性 11.5CMOS技术 教学要求:

1、掌握能带图、耗尽层厚度、功函数、平带电压、阈值电压、电荷分布;

2、掌握理想C-V特性及频率特性;

3、掌握MOSFET的结构及电流--电压关系的数学推导;

4、了解小信号等效电路,了解CMOS制备技术。授课方式:讲授

第十一章:MOS场效应管(2)

教学内容:

12.1非理想效应

12.2MOSFET按比例缩小理论 12.3阈值电压的修正 12.4附加电学特性 12.5辐射和热电子效应 教学要求:

1、掌握亚阈值电导与沟道长度调制效应;

2、了解恒定电场按比例缩小,了解短沟道效应和窄沟道效应;

3、了解击穿电压及轻掺杂漏晶体管;

4、了解辐射引入的氧化层电荷及辐射引入的界面态。

4学时)

第三篇:诚信是一种人人必备的优良品格

诚信是一种人人必备的优良品格,讲诚信的人,处处受欢迎;而一个不讲诚信的人,人们就会忽视他的存在!

《文明美德伴我成长》是全国青少年五好小公民主题教育2011~2012学的指定读本,这本书共15课,可概括为爱国篇、孝道篇、环保篇、社会篇、诚信篇。我经常读《文明美德伴我成长》这本书,从这本书中我学到了许多优秀的品质。其中令我感触最深的是诚信篇。

我们曾学习过许多名人的故事。列宁,小时候玩的时候打碎了花瓶,但诚信让他承认了错误,华盛顿不小心把父亲的樱桃树,又是诚信,他毅然地告诉了父亲事情的实况,美国历史上有名的总统,因为售货员多付了他12美分钱,是诚信,他走了六里路终于把钱还给别人。他们都举世闻名的名人,诚信,成为他们成功创业的不可缺少的一部分。

还有书中“诚信老爹”吴乃宜的4个儿子借钱买了一艘大钢船,却在一次出海时遭遇台风,船沉人亡。此时吴大爷己年逾古稀,在承受连丧三子之痛的同时,他向前来讨债的人承诺:“做人要讲信用,是我儿子的欠条我都认!这钱,我一定会还!”于是,他拿出保险赔付款、把沉船打捞后变卖、打工、节衣缩食、想方设法挣钱还债。尽管懂法的人士告诉他:“子债不用父还”,他却说,做人要讲信用,人家的钱也是辛辛苦苦赚的:“我己经答应人家要还的,我必须还,现在不能反悔!”这位老人,用老百姓最朴素的方式,告诉了我们“诚信”的真正含义。

诚信是一面锃亮的明镜,照应着你我的内心;诚信是一股清澈的泉水,洗去肮脏流淌洁净;诚信是一块不朽的基石,让我们踏它前行„„以诚待人,以信律己是我们一直以来必须实行的宗旨。可以说:诚信是我们做人的根本。

孔子是我国古代着名的思想家、教育家。有一天,孔子和自己的学生到齐国去,路上看见两个小孩正在辩论问题。一个小孩说:“我们在争论太阳什么时候离我们最近。我说早上近,他说中午近。你说说是谁对呢?”孔子认真听了他们的理由,觉得他们各自的观点都有道理,实在分不清谁对谁错。于是他老老实实地承认:“这个问题我回答不了,以后我向更有学问的人请教一下,再来回答你们吧。”两个孩子听后哈哈大笑:“人家都说孔夫子是个圣人,原来你也有回答不了的问题呀!”孔子的学生很不服气地说:“您真应该随便讲点什么,就能把他们镇住。”孔子说:“不能这样做,如果不是老老实实承认自己不懂,怎么能听到这番有趣的道理。在学习上,我们知道的就说知道,不知道的就说不知道。只有抱着这种诚实的态度,才能学到真正的知识。”

诚信就是这样,香气迷人,沁人心脾,坚守诚信,便是在坚守世间最美的品质。愿诚信之花永世开放。读完这本书,我受益匪浅。让我们从小“以诚待人”、“一诺千金”。从身边一点一滴小事做起。传承文明,践行美德,做五好小公民

虎门镇白沙小学三年级:郑颖怡

第四篇:司法鉴定其中的一种--上户亲子鉴定讲解

司法鉴定其中的一种--上户亲子鉴定上户亲子鉴定是一件非常严肃的事,也是在中国独特的户口管理制度衍生出的一项亲子鉴定,在亲子鉴定领域应用非常广泛,2010年的人口普查,由于有上户口的优惠措施,掀起了亲子鉴定热。

一、以下情况,需要在上户口前做亲子鉴定:

1、无出生证。因种种原因,孩子没有在有妇产科资质的医院出生,或没有在医院出生,因而没有规范的出生证,上户口时就需要做亲子鉴定。或已有出生证,但出生证上父母的名字和身份证、户口本上名字不一致,需要亲子鉴定证明。

2、因孩子被拐卖、遗失,后又通过各种途径找回,户口需要和亲生父母上到一起,而需要亲子鉴定报告书证明。

3、未婚生育,现有法定证件无法证明孩子的亲生父母关系。或单亲家庭,孩子户口需从父亲一方转入到母亲一方,或需从母亲一方转到父亲一方,要做亲子鉴定。

4、弃儿回家上户。孩子被抱养出去,又需领养回来,或因躲避计划生育,孩子户口上在他人名下需要转到亲生父母名下,需要做亲子鉴定。

5、部门特殊规定,因某些部门在招工、招干时,因怕其他行业人员进入特殊行业,在招工招干时需要本行业父母和孩子做亲子关系证明。如郑州铁路系统招工就需要亲子鉴定证明。

6、领养的孩子上户,需要证明孩子与养父母并非亲生关系。

二、上户亲子鉴定所需要的手续:上户亲子鉴定属于上户关系人自行 举证过程,因而鉴定证明仅需鉴定当事人提供:

1、能够证明被鉴定人身份的证明:如身份证、户口本、军人身份证明、出生证等。无以上证明者就需要乡镇以上人民政府、街道办、公安派出所申请鉴定证明。

2、被鉴定人必须到司法鉴定中心采血参加鉴定,并完成身份验证工作。主要验证身份证明、留指纹、照相。

3、如因鉴定人确因不便,不方便到司法鉴定中心采样等,可联系司法鉴定中心工作人员上门采样和验证身份。

三、选择鉴定机构。目前做亲子鉴定的机构很多,但上户亲子鉴定,属于司法鉴定的范畴,所以,选择鉴定机构,必须要有《司法鉴定许可证》,亲子鉴定报告一定要全国有效并被全国的公安、司法等部门认可,必要时还需要国际认可的司法鉴定机构做鉴定(如孩子被拐骗到国外或香港等地区)等。

四、上户亲子鉴定参与鉴定的人员:仅从上户需求考虑,可以是父子(女)或母子(女)鉴定就可以凭鉴定结论上户。但因亲子鉴定中基因突变因素及上户口诸多因素考虑,上户亲子鉴定最好是做父母子(女)三人做亲子鉴定。

第五篇:山国饮艺茶艺师讲解为何说品茶也是一种文化

茶,品的是味道,人活的也是味道。茶如人生,淡雅一世,品茶如品人,腾袅袅薄雾,夹淡淡幽香扑面。泡好一壶茶在清静淡雅之处,坐林荫花园之中、或是书房之内,深深吸口气,香气荡胸,如痴如醉。

一杯清茶,三味一生:第一道茶苦如生命旅途,第二道茶香如生活喜乐与幸福,第三道茶淡如人生的清雅宁静。而学会品茶,也会从茶中细品出人生中的点点滴滴,茶悟人生人生悟茶!

审品杯冲泡所谓的品,就是要让自己喝茶中品出茶叶在杯中的浮沉和变化,演示着人生的浮生得失、起伏,荣辱,苦乐、炎凉。入口时那份苦涩和入口后的甘甜,看那如碧似玉的颜色,沁人心脾的清香。

茶叶,外国人心里神奇的树叶

茶文化,中国独有的特色文化

泡一壶好茶,邀二三知已,品品茶聊聊天。不失为一种好的生活和休闲方式。女人喝茶,美容美发,男人喝茶,精神焕发。一品香气,二品滋味,三品生活 “茶里乾坤大,壶中日月长。”

这些让人体会到,茶是一种人生,品茶却是一种文化,更是一种乐趣,不同的人品茶品出不同的意境,有句话是这么说的,会品茶的人,也是一个会品尝生活的人,在品茶中感悟人生的真谛。希望朋友们品出生活得甘甜品出美好的未来„„

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