Semi-conducteur

Un semi-conducteur est un mat??riau avec conductivit?? ??lectrique due ?? un flux d'??lectrons (par opposition ?? conductivit?? ionique) d'amplitude interm??diaire entre celui d'une conducteur et une isolateur. Cela signifie une conductivit?? plus ou moins dans la plage de 10 ³ ?? 10 ^-8 siemens par centim??tre. Mat??riaux semi-conducteurs sont ?? la base de l'??lectronique moderne, y compris la radio, ordinateurs, t??l??phones, et de nombreux autres dispositifs. Ces dispositifs comprennent transistors, les cellules solaires, de nombreux types de les diodes dont la diode ??mettrice de lumi??re, le redresseur command?? au silicium, et des circuits int??gr??s num??riques et analogiques. De m??me, semi-conducteurs panneaux solaires photovolta??ques convertissent directement l'??nergie lumineuse en ??nergie ??lectrique. Dans un conducteur m??tallique, le courant est transport?? par le flux d' ??lectrons . Dans les semi-conducteurs, le courant est sch??matis?? comme ??tant souvent effectu?? soit par le flux d'??lectrons ou par le flux de charge positive " trous "dans la structure ??lectronique de la mati??re. En fait, cependant, dans les deux cas que les mouvements d'??lectrons sont impliqu??s.

Mat??riaux semi-conducteurs communs sont solides cristallins, mais semi-conducteurs amorphes et liquides sont connus. Il se agit notamment du silicium amorphe hydrog??n?? et des m??langes de l'arsenic , du s??l??nium et du tellure dans une vari??t?? de proportions. Ces compos??s partagent avec les semi-conducteurs les plus connus conductivit?? interm??diaire et d'une variation rapide de la conductivit?? avec la temp??rature, ainsi que de temps en temps r??sistance n??gative. De tels mat??riaux d??sordonn??s pas la structure de semi-conducteurs classiques tels que le silicium cristallin rigide et sont g??n??ralement utilis??s en des structures ?? couches minces, qui sont moins exigeants pour ce qui concerne la qualit?? ??lectronique du mat??riau et sont donc relativement insensible aux impuret??s et les d??g??ts d'irradiation. Les semi-conducteurs organiques, ce est-mat??riaux organiques ayant des propri??t??s semblables ?? semi-conducteurs classiques, sont ??galement connus.

Silicon est utilis?? pour cr??er la plupart des semi-conducteurs dans le commerce. Douzaine de d'autres mat??riaux sont utilis??s, y compris le germanium , l'ars??niure de gallium, et carbure de silicium. Un semi-conducteur pur est souvent appel?? un semi-conducteur "intrins??que". Les propri??t??s ??lectroniques et la conductivit?? d'un semi-conducteur peuvent ??tre modifi??s d'une mani??re contr??l??e par l'addition de tr??s petites quantit??s d'autres ??l??ments, appel??s "dopants", ?? la mati??re intrins??que. En silicium cristallin typiquement ceci est obtenu en ajoutant des impuret??s de bore ou de phosphore ?? l'??tat fondu, puis en laissant la masse fondue se solidifier dans le cristal. Ce processus est appel?? ??dopage??.

Expliquer bandes d'??nergie de semi-conducteurs

Il ya trois fa??ons populaires pour classer la structure ??lectronique d'un cristal.

• structure de bande

• atomes - cristal - vide
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  En un seul atome H un ??lectron r??side dans orbitales bien connus. Notez que les orbitales sont appel??es S, P, D dans l'ordre croissant courant circulaire.

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  Rassembler deux atomes conduit ?? orbitales d??localis??es ?? travers deux atomes, donnant une une liaison covalente. En raison de Principe d'exclusion de Pauli, chaque Etat peut contenir un seul ??lectron.

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  Ceci peut ??tre poursuivie avec d'autres atomes. Remarque: Cette image montre un m??tal, un semi-conducteur pas r??elle.

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  Continuer ?? ajouter cr??e un cristal, qui peut ensuite ??tre d??coup??e en une bande et fondus ensemble aux extr??mit??s pour permettre ?? des courants circulaires.

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  Pour ce solide la structure r??guli??re de la bande peut ??tre calcul??e ou mesur??e.

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  Int??gration sur l'axe de k donne les bandes d'un semi-conducteurs montrant une bande de valence complet et d'une bande de conduction vide. G??n??ralement arr??tant au niveau de vide ne est pas souhaitable, parce que certaines personnes veulent calculer: photo??mission, photo??mission inverse

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  Apr??s que la structure de bande est d??termin??e ??tats peuvent ??tre combin??es pour g??n??rer paquets d'ondes. Comme ce est analogue ?? la vague colis dans l'espace libre, les r??sultats sont similaires.

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  Une Description alternative, qui ne pas vraiment appr??cier l'interaction de Coulomb forte, tire des ??lectrons libres dans le cristal et se penche sur la dispersion.

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  Un tiers autre description utilise des ??lectrons non appari??s fortement localis??es dans les liaisons chimiques, qui ressemble presque ?? un Isolant de Mott.

Bandes d'??nergie et la conduction ??lectrique

Dans les semi-conducteurs cristallins classiques, les ??lectrons peuvent avoir ??nergies seulement dans certaines bandes (ce est ?? dire des gammes de niveaux d'??nergie). ??nergiquement, ces bandes sont situ??es entre l'??nergie de l'??tat fondamental, ce qui correspond ?? ??lectrons fortement li??s aux noyaux atomiques de la mati??re, et l'??nergie des ??lectrons libres. Ce dernier est l'??nergie n??cessaire pour un ??lectron de se ??chapper enti??rement ?? partir de la mati??re. Les bandes d'??nergie correspondent chacune ?? un grand nombre de discr??te ??tats quantiques des ??lectrons, et la plupart des Etats ?? faible ??nergie (plus pr??s du noyau) sont pleins, jusqu'?? une bande particuli??re appel??e bande de valence. Semi-conducteurs et d'isolants se distinguent des m??taux parce que la bande de valence dans les est presque rempli d'??lectrons dans des conditions de fonctionnement normales, tandis que tr??s peu (semi-conducteur) ou pratiquement nul (isolant) d'entre eux sont disponibles dans la bande de conduction, la bande imm??diatement au-dessus de la valence groupe.

La facilit?? avec laquelle les ??lectrons dans un semi-conducteur peuvent ??tre excit??s ?? partir de la bande de valence ?? la bande de conduction d??pend de la gap entre les bandes. La taille de cette bande d'??nergie interdite sert de ligne de d??marcation arbitraire (environ 4 eV) entre les semi-conducteurs et isolateurs.

Avec des liaisons covalentes, un ??lectron se d??place en sautillant ?? une obligation voisine. Le Principe d'exclusion de Pauli n??cessite l'??lectron ??tre lev??e dans l'??tat anti-collage sup??rieur de ce lien. Pour les Etats d??localis??e, par exemple dans une dimension - ce est dans un nanofil, pour chaque ??nergie, il est un ??tat avec des ??lectrons circulant dans un sens et un autre ??tat avec les ??lectrons circulant dans l'autre. Pour un net courant de se ??couler, plusieurs Etats pour un sens que dans l'autre sens doit ??tre occup??. Pour que cela se produise, l'??nergie est requise, comme dans le semi-conducteur des prochaines ??tats sup??rieurs se situent au-dessus de la bande interdite. Souvent, cela est indiqu?? que: groupes complets ne contribuent pas ?? la conductivit?? ??lectrique. Cependant, comme la temp??rature d'un semi-conducteur ??l??ve au-dessus du z??ro absolu , il n'y a plus d'??nergie dans le semi-conducteur de passer sur les vibrations de r??seau et - plus important pour nous - sur la lev??e de certains des ??lectrons dans un des ??tats d'??nergie de la bande de conduction. Les ??lectrons transportant le courant dans la bande de conduction sont connus comme "??lectrons libres", mais ils sont souvent simplement appel??s "??lectrons" si le contexte permet cet usage soit clair.

Les ??lectrons excit??s ?? la bande de conduction laissent aussi derri??re trous d'??lectrons, ou des ??tats inoccup??s dans la bande de valence. Tant les ??lectrons de la bande de conduction et des trous de bande de valence contribuent ?? la conductivit?? ??lectrique. Les trous eux-m??mes ne se d??placent pas vraiment, mais un ??lectron voisin peuvent se d??placer pour combler le trou, laissant un trou ?? l'endroit qu'elle vient de partir, et de cette fa??on les trous semblent se d??placer, et les trous se comportent comme se ils ??taient r??els particules charg??es positivement.

Une liaison covalente entre les atomes voisins dans le solide est dix fois plus forte que la liaison de l'??lectron unique de l'atome, de sorte que la lib??ration d'??lectrons ne implique pas la destruction de la structure cristalline.

absence d'??lectrons un porteur de charge: Trous

Le concept de les trous peuvent aussi ??tre appliqu??s ?? des m??taux , o?? les Niveau de Fermi se trouve dans la bande de conduction. Avec la plupart des m??taux de la Effet Hall indique ??lectrons sont les porteurs de charge. Toutefois, certains m??taux ont une bande de conduction essentiellement rempli. Dans ceux-ci, la Effet Hall r??v??le porteurs positifs de charge, qui ne sont pas les ions noyaux, mais trous. Dans le cas d'un m??tal, seulement une petite quantit?? d'??nergie est n??cessaire pour les ??lectrons de trouver d'autres ??tats inoccup??s ?? passer ??, et donc pour le passage du courant. Parfois, m??me dans ce cas, on peut dire qu'un trou a ??t?? laiss?? derri??re, ?? expliquer pourquoi l'??lectron ne retombe pas ?? des ??nergies plus faibles: Il ne peut pas trouver un trou. En fin de compte dans les deux mat??riaux d'??lectrons la diffusion des phonons et les d??fauts sont les causes dominantes de la r??sistance .

Distribution de Fermi-Dirac. Unis avec ε d'??nergie inf??rieure ?? l'??nergie de Fermi, ici μ, ont une plus grande probabilit?? d'??tre n occup??, et ceux ci-dessus sont moins susceptibles d'??tre occup??s. ??talement de la distribution augmente avec la temp??rature.

La distribution d'??nergie des ??lectrons d??termine lequel des ??tats sont remplis et qui sont vides. Cette r??partition est d??crite par Statistique de Fermi-Dirac. La distribution est caract??ris??e par la temp??rature des ??lectrons, et le Fermi ??nergie ou niveau de Fermi. Sous z??ro absolu conditions l'??nergie de Fermi peut ??tre consid??r?? comme l'??nergie jusqu'?? laquelle ??tats ??lectroniques disponibles sont occup??s. A des temp??ratures plus ??lev??es, l'??nergie de Fermi est l'??nergie ?? laquelle la probabilit?? d'un ??tat ??tant occup?? est tomb?? ?? 0,5.

La d??pendance de la distribution d'??nergie des ??lectrons de la temp??rature explique aussi pourquoi la conductivit?? d'un semi-conducteur a une forte d??pendance de temp??rature, comme un semi-conducteur fonctionnant ?? des temp??ratures inf??rieures aura moins d'??lectrons et les trous disponibles capables de faire le travail.

Dispersion de l'??nergie-impulsion

Dans la description qui pr??c??de un fait important est ignor?? pour des raisons de simplicit??: la dispersion de l'??nergie. La raison pour laquelle les ??nergies des ??tats sont ??largies en une bande est que l'??nergie d??pend de la valeur de la vecteur d'onde, ou k-vecteur, de l'??lectron. La k-vecteur, en m??canique quantique, est la repr??sentation de la dynamique d'une particule.

La relation de dispersion d??termine la la masse effective m ^*, des ??lectrons ou des trous dans le semi-conducteur, selon la formule:

La masse effective est importante car elle affecte un grand nombre des propri??t??s ??lectriques de la semi-conducteur, tels que l'??lectron ou trou la mobilit??, ce qui influence ?? son tour la diffusivit?? des porteurs de charge et la la conductivit?? ??lectrique du semi-conducteur.

Typiquement, la masse effective des ??lectrons et des trous sont diff??rents. Ceci affecte le rendement relatif de canal p et ?? canal n IGFETs.

La partie sup??rieure de la bande de valence et le fond de la bande de conduction peut pas se produire ?? cette m??me valeur de k. Mat??riaux ?? cette situation, tels que le silicium et germanium , sont connus comme mat??riaux ?? bande interdite indirecte. Mat??riaux dans lequel les extrema de la bande sont align??s en k, par exemple ars??niure de gallium, sont appel??s semi-conducteurs ?? gap direct. Semi-conducteurs ?? gap direct sont particuli??rement importantes dans opto??lectronique, car ils sont beaucoup plus efficaces que ??metteurs de lumi??re que mat??riaux ?? gap indirect.

g??n??ration de porteurs et la recombinaison

Quand un rayonnement ionisant frappe un semi-conducteur, il peut exciter un ??lectron de son niveau d'??nergie et par cons??quent laisser un trou. Ce processus est connu sous le nom ??lectron-trou de g??n??ration de paire. Des paires ??lectron-trou sont g??n??r??es ?? partir constamment l'??nergie thermique ainsi, en l'absence de toute source d'??nergie externe.

Paires ??lectron-trou sont ??galement susceptibles de se recombiner. Conservation de l'??nergie exige que ces ??v??nements de recombinaison, dans lequel un ??lectron perd une quantit?? d' ??nergie plus grande que la bande interdite, ??tre accompagn?? par l'??mission d'??nergie thermique (sous la forme de phonons) ou la radioth??rapie (sous la forme de photons ).

Dans certains Etats, la g??n??ration et la recombinaison des paires ??lectron-trou sont en ??quilibre. Le nombre de paires ??lectron-trou dans le l'??tat d'??quilibre ?? une temp??rature donn??e est d??termin??e par m??canique statistique quantique. Les pr??cis de m??canique quantique m??canismes de g??n??ration et de recombinaison sont r??gies par conservation de l'??nergie et de la conservation du moment .

Comme la probabilit?? que les ??lectrons et les trous se rencontrent est proportionnelle au produit de leurs montants, le produit est en ??tat d'??quilibre ?? peu pr??s constant ?? une temp??rature donn??e, ?? condition qu'il n'y a aucun champ ??lectrique significative (qui pourrait "vider" les transporteurs des deux types, ou les d??placer de r??gions voisines contenant plusieurs d'entre eux de se r??unir) ou tir??e par l'ext??rieur g??n??ration de paire. Le produit est une fonction de la temp??rature, comme la probabilit?? d'obtenir suffisamment d'??nergie thermique pour produire une paire augmente avec la temp??rature, ??tant approximativement exp (- E _G / kT), o?? k est La constante de Boltzmann, T est la temp??rature absolue et E _G est largeur de bande.

La probabilit?? de r??union est augment??e par Carrier-pi??ges impuret??s ou dislocations qui peuvent pi??ger un ??lectron ou un trou et le maintenir jusqu'?? ce qu'une paire est termin??e. Ces pi??ges ?? porteurs sont parfois d??lib??r??ment ajout??es ?? r??duire le temps n??cessaire pour atteindre l'??tat d'??quilibre.

Semi-isolants

Certains mat??riaux sont class??s comme semi-isolants. Celles-ci ont une conductivit?? ??lectrique proche de celle des isolants ??lectriques. Semi-isolateurs trouver des applications de niche dans la micro-??lectronique, tels que des substrats pour HEMT. Un exemple d'un semi-isolant commun est l'ars??niure de gallium.

Dopage

La propri??t?? de semi-conducteurs qui les rend plus utile pour la construction de dispositifs ??lectroniques, ce est que leur conductivit?? peut facilement ??tre modifi?? par l'introduction d'impuret??s dans leur r??seau cristallin. Le processus d'ajout impuret??s contr??l??es pour un semi-conducteur est connu comme le dopage. Le montant de l'impuret?? ou dopant, ajout??e ?? un semiconducteur intrins??que (pur) varie son niveau de conductivit??. Semi-conducteurs dop??s sont souvent d??sign??s comme extrins??que. En ajoutant impuret?? ?? semi-conducteurs purs, la conductivit?? ??lectrique peut ??tre modifi??e non seulement par le nombre d'atomes d'impuret??, mais aussi, par le type d'atome d'impuret?? et l'??volution peut ??tre mille plis et replis million. Par exemple, 1 cm ³ d'un m??tal ou semi-conducteurs sp??cimen a un nombre d'atomes de l'ordre de 10 ^22. ??tant donn?? que chaque atome dans le m??tal verse au moins un ??lectron libre pour la conduction dans le m??tal, 1 cm ³ de m??tal contient des ??lectrons libres sur le ordre de 10 ^22. A la temp??rature proche de 20 ?? C, 1 cm ³ de germanium pur contient environ 4,2 ?? 10 ²² atomes et 2,5 ?? 10 ¹³ ??lectrons libres et 2,5 ?? 10 ¹³ trous (espaces vides dans le r??seau cristallin ayant une charge positive) L'addition de 0,001% de l'arsenic (une impuret??) fait un don de un suppl??ment de 10 ¹⁷ ??lectrons libres dans le m??me volume et la conductivit?? ??lectrique augmente d'environ 10 000 fois ".

Dopants

Les mat??riaux choisis comme dopants appropri??s d??pendent des propri??t??s atomiques ?? la fois du dopant et le mat??riau devant ??tre dop??s. En g??n??ral, les dopants qui produisent les variations contr??l??es d??sir??es sont class??es comme des ??lectrons accepteurs ou donateurs. Un atome donneur qui active (ce est-?? est incorpor?? dans le r??seau cristallin) fait don faiblement li??e ??lectrons de valence pour la mati??re, ce qui cr??e un exc??s n??gatif les porteurs de charge. Ces ??lectrons faiblement li??s peuvent se d??placer dans le r??seau cristallin relativement librement et peuvent faciliter la conduction en pr??sence d'un champ ??lectrique. (Les atomes donneurs introduisent certains ??tats en vertu, mais tr??s proche de la limite de la bande de conduction. ??lectrons ?? ces ??tats peuvent ??tre facilement excit??s ?? la bande de conduction, de devenir des ??lectrons libres, ?? la temp??rature ambiante.) Inversement, un accepteur activ?? produit un trou. Semi-conducteurs dop??es par des impuret??s donneuses sont appel??s de type n , tandis que ceux dop??e avec des impuret??s acceptrices sont connus comme de type p . Les n et p d??signations de type indiquent qui chargent actes porteuses que le mat??riau de porteur de charge majoritaire. Le transporteur en face est appel?? porteurs minoritaires, qui existe en raison d'une excitation thermique ?? une concentration beaucoup plus faible par rapport au porteur de charge majoritaire.

Par exemple, le semi-conducteur pur silicium a quatre ??lectrons de valence. Dans le silicium, dopants les plus courants sont UICPA groupe 13 (commun??ment appel?? groupe III) et groupe 15 (commun??ment appel?? V groupe) ??l??ments. Groupe de 13 ??l??ments contiennent tous trois ??lectrons de valence, les faisant fonctionner comme accepteurs lorsqu'il est utilis?? pour doper le silicium. Groupe 15 ??l??ments ont cinq ??lectrons de valence, qui leur permet d'agir en tant que donateur. Par cons??quent, un cristal de silicium dop?? au bore cr??e un semi-conducteur de type p dop??e avec une tandis phosphore conduit ?? un mat??riau de type n.

concentration de porteurs

La concentration du dopant introduit ?? un semi-conducteur intrins??que d??termine sa concentration et affecte indirectement grand nombre de ses propri??t??s ??lectriques. Le facteur le plus important que le dopage affecte directement est la concentration de porteurs de la mati??re. Dans un semi-conducteur intrins??que en ??quilibre thermique, la concentration des ??lectrons et des trous est ??quivalent. C'est,

Si nous avons un semi-conducteur non intrins??que dans l'??quilibre thermique de la relation devient:

o?? n ₀ est la concentration d'??lectrons conducteurs, p ₀ est la concentration de trous d'??lectrons, et n _i est la concentration de porteurs intrins??ques du mat??riau. Concentration en porteurs intrins??que varie entre les mat??riaux et d??pend de la temp??rature. N _{s i} silicium, par exemple, est d'environ 1,08 ?? ¹⁰ 10 cm ^-3 ?? 300 kelvins (temp??rature ambiante).

En g??n??ral, une augmentation de la concentration de dopage permet une augmentation de la conductivit?? due ?? la concentration plus ??lev??e de porteurs disponibles pour la conduction. D??g??n??r??e semi-conducteurs (tr??s fortement) dop??es ont des niveaux comparables ?? ceux des m??taux de conductivit?? et sont souvent utilis??s dans modernes de circuits int??gr??s en tant que remplacement pour le m??tal. Souvent symboles plus et moins en exposant sont utilis??s pour d??signer la concentration relative de dopage dans les semi-conducteurs. Par exemple, n ⁺ d??signe un semi-conducteur de type n avec une, souvent d??g??n??r??, de la concentration de dopage ??lev??e. De m??me, le p ^- indique un mat??riau de type p l??g??rement dop??e tr??s. Il est utile de noter que m??me les niveaux d??g??n??r??s de dopage impliquent de faibles concentrations d'impuret??s par rapport au semi-conducteur de base. Dans le silicium cristallin intrins??que, il ya environ 5 ?? 10 ²² atomes / cm??. La concentration de dopage de semi-conducteurs de silicium peut varier de 10 cm ^{13 -3} ?? 10 ¹⁸ cm ^-3. Concentration de dopage sup??rieure ?? environ 10 ¹⁸ cm ^-3 est consid??r?? d??g??n??r?? ?? la temp??rature ambiante. Silicium dop?? d??g??n??r?? contient une proportion d'impuret??s de silicium de l'ordre de parties par mille. Cette proportion peut ??tre r??duite ?? parties par milliard dans le silicium tr??s l??g??rement dop??e. Les valeurs de concentration typiques se situent quelque part dans cette plage et sont adapt??s pour produire les propri??t??s d??sir??es dans le dispositif que le semi-conducteur est destin??.

Effet sur la structure de bande

diagramme de bande de fonctionnement de jonction PN en mode de polarisation directe montrant r??duire la largeur de l'??puisement. Les deux jonctions p et n sont dop??es ?? un niveau de dopage 1e15 / cm3, ce qui conduit ?? un potentiel haut-de ~ 0.59V. R??duire la largeur de l'??puisement peut ??tre d??duit du profil de charge diminue, car moins de dopants sont expos??s de plus en plus une polarisation .

Dopage d'un cristal semi-conducteur autoris?? introduit des ??tats d'??nergie ?? l'int??rieur de la bande interdite mais tr??s proche de la bande d'??nergie qui correspond au type de dopant. En d'autres termes, les impuret??s donateurs cr??ent ??tats pr??s de la bande de conduction tandis accepteurs cr??ent ??tats pr??s de la bande de valence. L'??cart entre ces ??tats d'??nergie et la bande d'??nergie le plus proche est g??n??ralement consid??r?? comme dopant place ??nergie de liaison ou E et _B est relativement faible. Par exemple, l'E _B de bore en masse de silicium est de 0,045 eV, par rapport ?? l'intervalle d'environ 1,12 eV de la bande de silicium. Parce que E _B est si petit, il prend peu d'??nergie pour ioniser les atomes dopants et de cr??er des porteurs libres dans les bandes de conduction ou de valence. Habituellement, l'??nergie thermique disponible ?? la temp??rature ambiante est suffisante pour ioniser le dopant de plus.

Des dopants ont ??galement pour effet de d??placer importante du niveau de Fermi du mat??riau vers la bande d'??nergie qui correspond ?? la dopant avec la plus grande concentration. ??tant donn?? que le niveau de Fermi doit rester constante dans un syst??me ??quilibre thermodynamique, empilement de couches de mat??riaux ayant des propri??t??s diff??rentes conduit ?? de nombreuses propri??t??s ??lectriques utiles. Par exemple, le Les propri??t??s de jonction pn sont dues ?? la flexion de la bande d'??nergie qui se produit ?? la suite d'aligner les niveaux de Fermi des r??gions de type p et de type n en contact avec la mati??re.

Cet effet est montr?? dans un diagramme de bande. Le diagramme de bande indique g??n??ralement la variation dans les bords de la bande de valence et bande de conduction par rapport ?? une dimension spatiale, x souvent not??e. L'??nergie de Fermi est aussi g??n??ralement indiqu??e dans le diagramme. Parfois, l'??nergie de Fermi intrins??que, E _i, qui est le niveau de Fermi en l'absence de dopage, est repr??sent??. Ces diagrammes sont utiles pour expliquer le fonctionnement de nombreux types de dispositifs semi-conducteurs .

Pr??paration de mat??riaux semi-conducteurs

Semi-conducteurs ayant des propri??t??s ??lectroniques pr??visibles, fiables sont n??cessaires pour production de masse. Le niveau de puret?? chimique n??cessaire est extr??mement ??lev??e, car la pr??sence d'impuret??s, m??me en tr??s faibles proportions peut avoir des effets importants sur les propri??t??s du mat??riau. Un haut degr?? de perfection cristalline est ??galement n??cessaire, car les d??fauts dans la structure cristalline (comme dislocations, jumeaux, et d??fauts d'empilement) interf??rer avec les propri??t??s semi-conductrices du mat??riau. D??fauts cristallins sont une cause majeure de dispositifs semi-conducteurs d??fectueux. Le plus grand cristal, plus il est difficile d'atteindre la perfection n??cessaire. Processus de production de masse actuels utilisent cristal lingots entre 100 mm et 300 mm (4-12 pouces) de diam??tre qui sont cultiv??s sous forme de cylindres et d??coup?? en plaquettes.

En raison du niveau requis de puret?? chimique et ?? la perfection de la structure de cristal qui sont n??cessaires pour fabriquer des dispositifs ?? semi-conducteurs, des proc??d??s sp??ciaux ont ??t?? d??velopp??s pour produire le mat??riau semi-conducteur initial. Une technique pour la r??alisation de haute puret?? comprend de plus en plus le cristal en utilisant le processus de Czochralski. Une ??tape suppl??mentaire qui peut ??tre utilis?? pour augmenter encore la puret?? est connu comme zone raffinage. Dans la zone de raffinage, qui fait partie d'un cristal solide est fondu. Les impuret??s ont tendance ?? se concentrer dans la r??gion de fondu, tandis que le mat??riau souhait?? recrystalizes laissant la mati??re solide plus pur et avec moins de d??fauts cristallins.

Dans la fabrication de dispositifs semi-conducteurs comportant h??t??rojonctions entre les diff??rents mat??riaux semi-conducteurs, la constante de r??seau, qui est la longueur de l'??l??ment de r??p??tition de la structure cristalline, est important pour la d??termination de la compatibilit?? des mat??riaux.