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半導(dǎo)體的特性范文第1篇

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能電池，開(kāi)路電壓，短路電流，溫度特性

1、 引言

太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)是現(xiàn)階段最具前途的發(fā)電技術(shù)。太陽(yáng)能電池作為光伏發(fā)電的電源裝置，其特性測(cè)試對(duì)提高其生產(chǎn)工藝水平和性能研究有重要的參考價(jià)值。然而太陽(yáng)能電池發(fā)電的過(guò)程是個(gè)放熱過(guò)程，溫度的升高會(huì)降低硅半導(dǎo)體的禁帶寬度，使其伏安特性變差。隨著光伏電池溫度的升高，開(kāi)路電壓明顯減小，而短路電流略有上升，太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率降低【1】。因此，溫度是影響太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的重要因素之一，要提高太陽(yáng)能的發(fā)電效率，必然避不開(kāi)對(duì)溫度特性的研究。

傳統(tǒng)太陽(yáng)能池特性測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置，主要研究太陽(yáng)能電池的光照特性、I-V特性和負(fù)載特性，無(wú)法對(duì)溫度特性進(jìn)行測(cè)量。本文研制了基于半導(dǎo)體制冷片的溫度控制裝置，并在此基礎(chǔ)上，測(cè)量不同溫度條件下太陽(yáng)能電池光照特性、I-V特性等參數(shù)的變化情況。

2、 原理

2.1太陽(yáng)能電池

太陽(yáng)能電池的主要結(jié)構(gòu)是PN結(jié)，在沒(méi)有光照時(shí)其特性可視為一個(gè)二極管，由二極管特性，可得到二極管電流Id為：

（1）

式中：IS為反向飽和電流，k為玻爾茲曼常數(shù)，T為絕對(duì)溫度，q為電子電量，V為結(jié)電壓。

當(dāng)光照射在太陽(yáng)能電池表面的PN結(jié)上時(shí)，只要入射光子的能量大于半導(dǎo)體材料的能隙，則光子被太陽(yáng)能電池吸收而產(chǎn)生電子和空穴對(duì)。電子和空穴對(duì)會(huì)分別受到二極管之內(nèi)電場(chǎng)的影響而產(chǎn)生光電流。以恒定速率產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)提供了通過(guò)PN結(jié)的電流，如圖1所示，EC為半導(dǎo)體導(dǎo)電帶，EV為半導(dǎo)體價(jià)電帶。

太陽(yáng)能電池輸出的凈電流I是其光生電流和二極管電流之差，如圖2所示，故光照條件下太陽(yáng)能電池的伏安特性可表示為：

（2）

當(dāng)太陽(yáng)能電池的輸出端短路時(shí)，即V=0，由（2）式可得到短路電流：ISC=Iph

當(dāng)太陽(yáng)能電池的輸出端開(kāi)路時(shí)，即I=0，意味著Iph=Id，由（2）式可得到開(kāi)路電壓：

（3）

填充因子是太陽(yáng)能電池的一個(gè)重要指標(biāo)，其定義為最大功率與開(kāi)路電壓與短路電流

（4）

隨著溫度升高，太陽(yáng)能電池的短路電流略微增加，而開(kāi)路電壓和填充因子線性減小，導(dǎo)致輸出功率和轉(zhuǎn)換效率隨溫度升高而下降。

2.2半導(dǎo)體制冷原理

半導(dǎo)體制冷是以溫差電現(xiàn)象為基礎(chǔ)的制冷方法，它是利用“塞貝克”效應(yīng)的逆效應(yīng)-“帕爾帖”效應(yīng)的原理達(dá)到制冷目的。將兩種不同半導(dǎo)體材料組成兩個(gè)接點(diǎn)，形成閉合回路，如果兩接點(diǎn)的溫度不同時(shí)，就會(huì)在回路中產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱為溫差電效應(yīng)，也稱為塞貝克效應(yīng)。反之，在兩種不同半導(dǎo)體組成的閉合回路中，若通以直流電，就會(huì)使一個(gè)接點(diǎn)變冷，一個(gè)接點(diǎn)變熱，從而形成溫差，這稱為“帕爾帖”效應(yīng)。因此，通過(guò)控制電流的方向和大小，可以實(shí)現(xiàn)制冷/加熱的目的。半導(dǎo)體制冷的優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)制冷劑，無(wú)噪聲，不污染環(huán)境，體積小，重量輕，而且可電流反向加熱，非常方便地實(shí)現(xiàn)冷卻和加熱兩種目的。

3、 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由光源、太陽(yáng)能電池板、制冷模塊和溫顯模塊等部分組成，如圖3所示。實(shí)驗(yàn)采用3個(gè)制冷模塊，并分別在單個(gè)模塊工作、兩個(gè)模塊工作和三個(gè)模塊全部工作的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能電池板工作環(huán)境溫度的改變，并用溫度顯示模塊記錄高、中、低三個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)溫度。

3.1光源

為較好的模擬太陽(yáng)光，白光光源選用碘鎢燈，其發(fā)光光譜跟太陽(yáng)光的光譜較為接近；基于現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件，太陽(yáng)能電池板選用普通單晶硅太陽(yáng)能電池，其受光面積為150*150mm。這里光源和電池板采用FB736A型太陽(yáng)能電池特性研究實(shí)驗(yàn)儀里的配件，可直接使用。

3.2制冷模塊

半導(dǎo)體制冷器的基本元件是熱電偶對(duì)，在帕爾貼效應(yīng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。本實(shí)驗(yàn)選用半導(dǎo)體制冷片TEC1-12706作為制冷元件，該制冷片最大產(chǎn)冷功率為58W，最大工作電壓為15V，最大工作電流為5.8A，最大溫差為67℃。要達(dá)到較好的制冷效果，除選用合適的電壓電流外，熱端要有良好的散熱條件，冷端也要有良好的導(dǎo)冷條件。如圖4所示，這里散熱器采用純銅導(dǎo)熱管中加入制冷凝液，配合鋁合金散熱陣列，可更快傳遞熱量，提高制冷效率。

3.3溫度顯示模塊

溫度顯示模塊由數(shù)顯溫度控制器與溫度傳感器探頭組成，采用深圳興達(dá)恒業(yè)科技的XD-W2308數(shù)顯溫控器和NTC熱敏電阻溫度傳感器。該溫控器測(cè)量精度為±0.1℃，測(cè)溫范圍可達(dá)-55℃～120℃，刷新頻率0.2S，環(huán)境要求為-10℃～60℃，濕度要求20%～85%，可以滿足本實(shí)驗(yàn)使用。選擇熱敏電阻作為本實(shí)驗(yàn)的溫度傳感器是因?yàn)闊崦綦娮杈哂懈叻€(wěn)定性、小尺寸、靈敏和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，每攝氏度可以改變幾百歐姆，靈敏度比熱電偶來(lái)得高。

4、 實(shí)驗(yàn)方法與結(jié)果

4.1測(cè)量不同溫度下太陽(yáng)能電池的光照特性：

把太陽(yáng)能電池放在距離白光光源X0=20cm的水平距離接收到的光照強(qiáng)度作為標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度J0，然后改變太陽(yáng)能電池到光源的距離Xi，根據(jù)光照強(qiáng)度和距離成反比的原理，計(jì)算出各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相對(duì)光照強(qiáng)度J/J0=X0/Xi的數(shù)值，分別在單個(gè)制冷模塊工作、兩個(gè)制冷模塊工作和三個(gè)制冷模塊工作的情況下，測(cè)量不同溫度下太陽(yáng)能電池的短路電流ISC和開(kāi)路電壓UOC與相對(duì)光強(qiáng)的函數(shù)關(guān)系。

測(cè)量結(jié)果如圖5和圖6所示：隨著溫度升高，太陽(yáng)能電池的短路電流增加，開(kāi)路電壓減小。這是因?yàn)闇囟鹊纳呓档土瞬牧系慕麕挾龋垢嗟墓庾蛹ぐl(fā)電子躍遷，進(jìn)而產(chǎn)生更大的光生電流；另一方面，溫度的上升使太陽(yáng)能電池的暗電流呈指數(shù)增大，而開(kāi)路電壓隨著暗電流的增加而降低，所以開(kāi)路電壓隨著溫度升高而減小，且開(kāi)路電壓減小的程度要大于短路電流增加的程度。

4.2測(cè)量不同溫度下太陽(yáng)能電池的I-V特性：

將太陽(yáng)能電池作為電源與負(fù)載連成一個(gè)回路，在白光光源照射下，測(cè)量太陽(yáng)能電池在不同負(fù)載電阻下，太陽(yáng)能電池的輸出電流I對(duì)輸出電壓U的變化關(guān)系曲線。分別在單個(gè)制冷模塊工作、兩個(gè)制冷模塊工作和三個(gè)制冷模塊工作的情況下，三次測(cè)量太陽(yáng)能電池的I-V特性，測(cè)量結(jié)果如圖7所示。同時(shí)可得到太陽(yáng)能電池的最大輸出功率值及其對(duì)應(yīng)的負(fù)載電阻，如圖8所示。

5、結(jié)束語(yǔ)

溫度是影響太陽(yáng)能電池效率的一個(gè)重要因素。本文設(shè)計(jì)了基于半導(dǎo)體制冷片的太陽(yáng)能電池溫度特性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好的驗(yàn)證了溫度對(duì)太陽(yáng)能電池光照特性的影響：溫度升高使得太陽(yáng)能電池短路電流小幅升高，開(kāi)路電壓明顯降低，光電轉(zhuǎn)換效率明顯下降。該實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生在完成傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池基本特性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，拓展了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，能更好的理解太陽(yáng)能電池的溫度特性。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫鑫，王文靜，李興元.溫度對(duì)太陽(yáng)能電池特性的影響[J]. 實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2013，16（8）：21-23.

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[3]茅傾青，潘立棟，陳駿逸，陸申龍. 太陽(yáng)能電池基本特性測(cè)定實(shí)驗(yàn)[J]. 物理實(shí)驗(yàn)，2004，24（11）：6-8.

[4]李冰. 半導(dǎo)體制冷技術(shù)及其發(fā)展[J]. 山西科技，2009（7）：95-101.

半導(dǎo)體的特性范文第2篇

【關(guān)鍵詞】外腔半導(dǎo)體激光器；單片機(jī)；提高輸出特性；PID控制

中圖分類號(hào)：TN24

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-0278（2015）06-115-01

半導(dǎo)體激光器的穩(wěn)頻控制研究，不僅解除了半導(dǎo)體激光器在實(shí)際應(yīng)用中的限制，而且解決了輸出頻率對(duì)其工作環(huán)境極其敏感而導(dǎo)致的其他不準(zhǔn)確性，使半導(dǎo)體激光器的開(kāi)發(fā)前景更為廣闊；接下來(lái)，筆者就以單片機(jī)的外腔半導(dǎo)體激光器控制系統(tǒng)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)做簡(jiǎn)要分析。

一、半導(dǎo)體激光器的基本原理以及應(yīng)用條件

半導(dǎo)體激光器又叫作激光二極管，工作時(shí)所使用的物質(zhì)一般為半導(dǎo)體材料，采用簡(jiǎn)單的注入電流的方式來(lái)泵浦其工作電壓和電流與集成電路兼容，操作簡(jiǎn)單，使用方便，受到了很多部門(mén)的青睞；半導(dǎo)體激光器除去激光器的共同優(yōu)點(diǎn)之外，還有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，半導(dǎo)體激光器的體積較其他激光器小，重量也輕，操作和使用起來(lái)會(huì)比較便易；此外，雖然半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)功率和電流較低，但是使用效率高，這就節(jié)約了部分能源，而且工作壽命長(zhǎng)，這就避免了因經(jīng)常更換激光器而造成的巨額費(fèi)用，具有很好的經(jīng)濟(jì)性；最后，激光器可與半導(dǎo)體制造技術(shù)兼容，可以擴(kuò)大生產(chǎn)量，而且更易于與各種光電子器件實(shí)現(xiàn)光電子集成；等等，正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，才使得半導(dǎo)體激光器得到了我國(guó)社會(huì)以及世界許多國(guó)家的廣泛關(guān)注，同時(shí)也致使許多國(guó)家致力于該技術(shù)的研究，所以這些年來(lái)，半導(dǎo)體激光器技術(shù)不僅應(yīng)用廣泛，而且發(fā)展迅速，在諸多激光器的發(fā)展中搶占了先機(jī)。半導(dǎo)體激光器除這些優(yōu)點(diǎn)之外，使用原理也較為簡(jiǎn)單；由于外界環(huán)境對(duì)半導(dǎo)體激光器的干擾及影響較大，所以隨時(shí)間的變化，輸出頻率有著較大的變動(dòng)。注入電流、工作溫度、載流子濃度、腔長(zhǎng)、增益等都是影響激光器輸出頻率的因素，而在這諸多的影響因素中，最容易調(diào)控的是注入電流和外界的工作溫度，所以我們往往通過(guò)控制這兩個(gè)因素來(lái)提高運(yùn)行頻率的穩(wěn)定性，可以利用原子或分子躍遷線作為頻率標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)激光頻率鎖定，進(jìn)而使得激光頻率得以穩(wěn)定，使控留模塊得以調(diào)控。

二、半導(dǎo)體激光器控制系統(tǒng)采用PID溫度控制的必要性

PID控制電路是半導(dǎo)體激光器溫度控制模塊中不可缺少的一部分，工作原理如下：當(dāng)激光器因長(zhǎng)期工作而發(fā)熱時(shí)，具有負(fù)溫特性的熱敏電阻就會(huì)及時(shí)的把溫度變化的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，此時(shí)的熱敏電阻充當(dāng)溫度傳感器的作用，由此，便可測(cè)出電壓的變化，然后再用該變化同起初設(shè)定的高精度基準(zhǔn)溫度的電壓相互比較，再將比較結(jié)果經(jīng)過(guò)高精密的差分信號(hào)處理后的電路放大，進(jìn)一步保證了激光器溫度控制電路中的高精度；為保證系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，及其良好的動(dòng)態(tài)特性，再將放大的信號(hào)轉(zhuǎn)入到比例一積分一微分的控制電路中，并且該電路不僅應(yīng)該具有穩(wěn)定性能指標(biāo)，還應(yīng)該滿足閉環(huán)系統(tǒng)瞬態(tài)的特性，最后，再根據(jù)半導(dǎo)體制冷器所需要的電流，制冷器再按照其要求完成半導(dǎo)體激光器的冷卻或加熱，由此，該系統(tǒng)便可形成閉環(huán)反饋系統(tǒng)，保證了半導(dǎo)體激光器能夠在恒溫下進(jìn)行，從而消除外界環(huán)境多變的溫度的影響。

三、半導(dǎo)體激光器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

輸入系統(tǒng)電流的穩(wěn)定性對(duì)半導(dǎo)體激光器的輸出信號(hào)有非常重要的影響，這是因?yàn)?，半?dǎo)體激光器的正常工作是依靠載流子的直接注入來(lái)完成的，這就要求該系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性，不僅工作電流要有較高的穩(wěn)定性，而且驅(qū)動(dòng)電源也應(yīng)該是一個(gè)恒流源；與注入電流相比，溫度對(duì)輸出光頻率的影響要大，當(dāng)半導(dǎo)體激光器中的內(nèi)部溫度升高時(shí)，輸出功率反而會(huì)變小，而在干涉測(cè)量的試驗(yàn)中，就要求輸出功率有非常高的穩(wěn)定性，從而避免引發(fā)模式跳躍現(xiàn)象；為保證半導(dǎo)體激光器的內(nèi)部穩(wěn)定性，要將溫度變化控制在0.05度以內(nèi)，因?yàn)樵谶@個(gè)范圍內(nèi)溫度的變化可以忽略不計(jì)，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的影響也可以認(rèn)為不存在。

半導(dǎo)體的特性范文第3篇

關(guān)鍵詞半導(dǎo)體；材料；芯片；發(fā)展；應(yīng)用；技術(shù)；

中圖分類號(hào)：O471 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

引言

自然界中的物質(zhì)，根據(jù)其導(dǎo)電性能的差異可劃分為導(dǎo)電性能良好的導(dǎo)體（如銀、銅、鐵等）、幾乎不能導(dǎo)電的絕緣體（如橡膠、陶瓷、塑料等）和半導(dǎo)體（如鍺、硅、砷化鎵等）。半導(dǎo)體是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一種物質(zhì)。它的導(dǎo)電能力會(huì)隨溫度、光照及摻入雜質(zhì)的不同而顯著變化，特別是摻雜可以改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力和導(dǎo)電類型，這是其廣泛應(yīng)用于制造各種電子元器件和集成電路的基本依據(jù)。

一、半導(dǎo)體材料的概念與特性

當(dāng)今，以半導(dǎo)體材料為芯片的各種產(chǎn)品普遍進(jìn)入人們的生活，如電視機(jī)，電子計(jì)算機(jī)，電子表，半導(dǎo)體收音機(jī)等都已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｋ豢扇鄙俚募矣秒娖鳌?半導(dǎo)體材料為什么在今天擁有如此巨大的作用， 這需要我們從了解半導(dǎo)體材料的概念和特性開(kāi)始。

半導(dǎo)體是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一類物質(zhì)，在某些情形下具有導(dǎo)體的性質(zhì)。 半導(dǎo)體材料廣泛的應(yīng)用源于它們獨(dú)特的性質(zhì)。 首先，一般的半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率隨溫度的升高迅速增大，各種熱敏電阻的開(kāi)發(fā)就是利用了這個(gè)特性；其次，雜質(zhì)參入對(duì)半導(dǎo)體的性質(zhì)起著決定性的作用，它們可使半導(dǎo)體的特性多樣化，使得 PN 結(jié)形成，進(jìn)而制作出各種二極管和三極管；再次，半導(dǎo)體的電學(xué)性質(zhì)會(huì)因光照引起變化，光敏電阻隨之誕生；一些半導(dǎo)體具有較強(qiáng)的溫差效應(yīng)，可以利用它制作半導(dǎo)體制冷器等； 半導(dǎo)體基片可以實(shí)現(xiàn)元器件集中制作在一個(gè)芯片上，于是產(chǎn)生了各種規(guī)模的集成電路。 這種種特性使得半導(dǎo)體獲得各種各樣的用途， 在科技的發(fā)展和人們的生活中都起到十分重要的作用。

二、幾種主要半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

（一）硅材料

硅材料是半導(dǎo)體中應(yīng)用廣泛的一類材料，目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC's）技術(shù)正處在由實(shí)驗(yàn)室向工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變中。18英寸重達(dá)414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實(shí)驗(yàn)室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。

從進(jìn)一步提高硅IC'S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會(huì)成為硅材料發(fā)展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smart cut）和SIMOX材料等也發(fā)展很快。目前，直徑8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在開(kāi)發(fā)中。

（二）GaAs和InP單晶材料

GaAs和InP與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點(diǎn)；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

（三）半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料

半導(dǎo)體超薄層微結(jié)構(gòu)材料是基于先進(jìn)生長(zhǎng)技術(shù)（MBE，MOCVD）的新一代人工構(gòu)造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設(shè)計(jì)思想，出現(xiàn)了“電學(xué)和光學(xué)特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態(tài)量子器件的基礎(chǔ)材料。GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發(fā)光器件和有關(guān)納米硅的Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。我國(guó)早在1999年，就研制成功980nm InGaAs帶間量子級(jí)聯(lián)激光器，輸出功率達(dá)5W以上；2000年初，法國(guó)湯姆遜公司又報(bào)道了單個(gè)激光器準(zhǔn)連續(xù)輸出功率超過(guò)10瓦好結(jié)果。最近，我國(guó)的科研工作者又提出并開(kāi)展了多有源區(qū)縱向光耦合垂直腔面發(fā)射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質(zhì)量的新型激光器，在未來(lái)光通信、光互聯(lián)與光電信息處理方面有著良好的應(yīng)用前景。

（四）一維量子線、零維量子點(diǎn)半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料

基于量子尺寸效應(yīng)、量子干涉效應(yīng)，量子隧穿效應(yīng)和庫(kù)侖阻效應(yīng)以及非線性光學(xué)效應(yīng)等的低維半導(dǎo)體材料是一種人工構(gòu)造（通過(guò)能帶工程實(shí)施）的新型半導(dǎo)體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎(chǔ)。它的發(fā)展與應(yīng)用，極有可能觸發(fā)新的技術(shù)革命。

目前低維半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)與制備主要集中在幾個(gè)比較成熟的材料體系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP,InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進(jìn)展。俄羅斯約飛技術(shù)物理所MBE小組，柏林的俄德聯(lián)合研制小組和中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點(diǎn)激光器，工作波長(zhǎng)lμ蘭左右，單管室溫連續(xù)輸出功率高達(dá)3．6～4W。1.5 寬帶隙半導(dǎo)體材料寬帶隙半導(dǎo)體材料主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導(dǎo)率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點(diǎn)，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導(dǎo)體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開(kāi)采以及國(guó)防等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍(lán)、綠光發(fā)光二極管（LED)和紫、藍(lán)、綠光激光器（LD）以及紫外探測(cè)器等應(yīng)用方面也顯示了廣泛的應(yīng)用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍(lán)綠光發(fā)光材料的研究熱點(diǎn)。

三、半導(dǎo)體材料發(fā)展的幾點(diǎn)建議

GaAs、InP等單晶材料同國(guó)外的差距主要表現(xiàn)在拉晶和晶片加工設(shè)備落后，沒(méi)有形成生產(chǎn)能力。相信在國(guó)家各部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭(zhēng)取企業(yè)介入，建立我國(guó)自己的研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長(zhǎng)，分工協(xié)作，到2010年趕上世界先進(jìn)水平是可能的。要達(dá)到上述目的，到“十五”末應(yīng)形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開(kāi)盒就用晶片的生產(chǎn)能力，以滿足我國(guó)不斷發(fā)展的微電子和光電子工業(yè)的需求。到2010年，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)4英寸GaAs生產(chǎn)線的國(guó)產(chǎn)化，并具有滿足6英寸線的供片能力。發(fā)展超晶格、量子阱和一維、零維半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料。

（一）超晶格、量子阱材料

從目前我國(guó)國(guó)力和我們已有的基礎(chǔ)出發(fā)，應(yīng)以三基色（超高亮度紅、綠和藍(lán)光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強(qiáng)MBE和MOCVD兩個(gè)基地的建設(shè)，引進(jìn)必要的適合批量生產(chǎn)的工業(yè)型MBE和MOCVD設(shè)備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP,GaN基藍(lán)綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實(shí)用化研究是當(dāng)務(wù)之急，爭(zhēng)取在“十五”末，能滿足國(guó)內(nèi)2、3和4英寸GaAs生產(chǎn)線所需要的異質(zhì)結(jié)材料。到2010年，每年能具備至少100萬(wàn)平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結(jié)構(gòu)材料的生產(chǎn)能力。達(dá)到本世紀(jì)初的國(guó)際水平。

寬帶隙高溫半導(dǎo)體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應(yīng)擇優(yōu)布點(diǎn)，分別做好研究與開(kāi)發(fā)工作。

（二）一維和零維半導(dǎo)體材料的發(fā)展設(shè)想

基于低維半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的固態(tài)納米量子器件，目前雖然仍處在預(yù)研階段，但極其重要，極有可能觸發(fā)微電子、光電子技術(shù)新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結(jié)構(gòu)材料生長(zhǎng)和納米加工技術(shù)的進(jìn)步，而納米結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量又很大程度上取決于生長(zhǎng)和制備技術(shù)的水平。因而，集中人力、物力建設(shè)我國(guó)自己的納米科學(xué)與技術(shù)研究發(fā)展中心就成為了成敗的關(guān)鍵。具體目標(biāo)是，“十五”末，在半導(dǎo)體量子線、量子點(diǎn)材料制備，量子器件研制和系統(tǒng)集成等若干個(gè)重要研究方向接近當(dāng)時(shí)的國(guó)際先進(jìn)水平；2010年在有實(shí)用化前景的量子點(diǎn)激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發(fā)方面，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并在國(guó)際該領(lǐng)域占有一席之地。可以預(yù)料，它的實(shí)施必將極大地增強(qiáng)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和國(guó)防實(shí)力。

結(jié)束語(yǔ)

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展和各種電子器件、 產(chǎn)品等要求不斷的提高， 半導(dǎo)體材料在未來(lái)的發(fā)展中依然起著重要的作用。 在經(jīng)過(guò)以 Si、GaAs 為代表的第一代、第二代半導(dǎo)體材料發(fā)展歷程后，第三代半導(dǎo)體材料的成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。 我們應(yīng)當(dāng)在兼顧第一代和第二代半導(dǎo)體發(fā)展的同時(shí)， 加速發(fā)展第三代半導(dǎo)體材料。 目前的半導(dǎo)體材料整體朝著高完整性、高均勻性、大尺寸、薄膜化、集成化、多功能化方向邁進(jìn)。 隨著微電子時(shí)代向光電子時(shí)代逐漸過(guò)渡， 我們需要進(jìn)一步提高半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的研究，開(kāi)創(chuàng)出半導(dǎo)體材料的新領(lǐng)域。 相信不久的將來(lái)，通過(guò)各種半導(dǎo)體材料的不斷探究和應(yīng)用，我們的科技、產(chǎn)品、生活等方面定能得到巨大的提高和發(fā)展！

參考文獻(xiàn)

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［3］彭杰.淺析幾種半導(dǎo)體材料的應(yīng)用與發(fā)展［J］.硅谷, 2008,(10).

半導(dǎo)體的特性范文第4篇

【關(guān)鍵詞】半導(dǎo)體發(fā)光二極管 負(fù)電容 特性 影響

由于半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用范圍廣，其作用也十分明顯，使得其電特性研究一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)。在對(duì)半導(dǎo)體二極管的測(cè)量中，傳統(tǒng)的I-V測(cè)量法仍然是現(xiàn)在評(píng)價(jià)二極管測(cè)量器件與電特性的基本方法，但是目前的I-V分析法需要在某些假設(shè)的基礎(chǔ)上才可以成立，存在一定的局限性，加上傳統(tǒng)的C-V方法和各種電容譜方法都需要在反向偏低下的耗盡層模型基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，并且僅僅涉及到了電容譜，還由于不同二極管的負(fù)電容特性在社會(huì)中解釋有較大的出入，所以需要進(jìn)一步的對(duì)半導(dǎo)體二極管負(fù)電容現(xiàn)象進(jìn)行研究。

1 實(shí)驗(yàn)樣品與測(cè)試的設(shè)備

本文測(cè)試中所用到的實(shí)驗(yàn)樣品和測(cè)試設(shè)備如下，其中的1#-5#樣品是GaN藍(lán)光發(fā)光二極管，采用的是金屬有機(jī)氣相外延法，首先在厚約2.4μm，載流子濃度為2.5×1018cm-3的n-GaN上生長(zhǎng)InGaN/GaN量子阱，接著生長(zhǎng)一層p-AlGaN，最后生長(zhǎng)一層p-GaN，隨后將透明電極與p-GaN一起在800℃下進(jìn)行退火激活，至于N電極則采用Ti/Au金屬化的方法，將其在550℃的溫度下進(jìn)行退火激活，時(shí)間大概為10s，P電極采用的是Ni/Au的金屬化方法，并在500℃的氮?dú)猸h(huán)境下退火激活，時(shí)間大概為3min。半導(dǎo)體二極管的結(jié)面積是280μm×280μm，其余的試樣樣品都為采購(gòu)的商業(yè)用的發(fā)光二極管[2]。

對(duì)于1#與2#中發(fā)光二極管的表觀電容和表觀電導(dǎo)的測(cè)量，采用的是HP4284A LCR Meter測(cè)量設(shè)備，其他的樣品采用的是常州同慧電子有限責(zé)任公司提供的TH2819 Precisiom LCR Meter，對(duì)所有的樣品測(cè)量時(shí)都采用并聯(lián)等效測(cè)試電路，測(cè)量時(shí)利用HP4140B參數(shù)分析儀測(cè)量樣品的I-V特性，至于交流電壓調(diào)制發(fā)光測(cè)試和低頻特性的發(fā)光測(cè)試采用的是交流小信號(hào)電壓調(diào)制發(fā)光設(shè)備與低頻交流測(cè)試設(shè)備，核心儀器為7265 DSP Lock-In Amplifier。所以的樣品測(cè)量時(shí)都在同一環(huán)境下同一溫度下進(jìn)行。

2 測(cè)試的結(jié)果分析

2.1 1 #樣品組測(cè)試結(jié)果

1#樣品組在3.5v偏壓下結(jié)電容和表觀電容的關(guān)系圖如圖1顯示。

從上述的結(jié)果可以看出，1#樣品組的正向偏壓越大和頻率越低，出現(xiàn)負(fù)電容現(xiàn)象越突出，只要偏壓足夠的大，在1MHZ以下的測(cè)試頻率下，結(jié)電容與表觀電容最終都會(huì)是負(fù)值。此外，還可以看出，計(jì)算的結(jié)電容的值的絕對(duì)值要比直接并聯(lián)測(cè)量的圖1表觀值的絕對(duì)值要大，并且兩者之間的差距會(huì)隨著正向偏壓的增加而增加，從這里可以得出在較大的偏壓情況下，表觀電容與結(jié)電容有較大的差別，不能將兩者混為一談。

從測(cè)試的結(jié)果來(lái)看，2#樣品組在不同頻率下的并聯(lián)表觀電容與結(jié)電容隨著偏壓的變化和1#測(cè)試組沒(méi)有明顯的差異，基本上負(fù)電容和偏壓變化的規(guī)律和1#樣品組大體相同，但是從圖中也能夠看出一些不同的地方，即2#樣品組在低頻時(shí)，正電容出現(xiàn)的下降過(guò)程呈現(xiàn)出臺(tái)階式，這種情況在1#組并沒(méi)有，這說(shuō)明了2#樣品組在低頻時(shí)正向偏壓增大先慢慢的上升，當(dāng)正向偏壓到2.2v左右時(shí)快速的下降，隨后又波動(dòng)性的上升，當(dāng)正向偏壓增大到2.8v時(shí)，緩慢的降低，最終成為負(fù)值，而1#樣品組的電容從正值開(kāi)始就一直下降，直到變成負(fù)值，中間并沒(méi)有波動(dòng)上升的過(guò)程。

3 發(fā)光特性測(cè)試結(jié)果

通過(guò)對(duì)1#組和2#組樣品的發(fā)光特性進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)1#組的樣品電壓調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)度隨著正向偏壓的增大而發(fā)光強(qiáng)度越強(qiáng)，當(dāng)正向電壓較小，發(fā)光并不明顯，當(dāng)正向電壓到2.6v時(shí)，開(kāi)始明顯的發(fā)光，隨后慢慢增強(qiáng)，但當(dāng)電壓到3.5v左右時(shí)，發(fā)光的強(qiáng)度開(kāi)始下降。分析得出，在2.6v時(shí)，電壓值比開(kāi)始出現(xiàn)的負(fù)電容電壓要小，在低頻相同偏壓下，發(fā)光強(qiáng)，負(fù)電容也強(qiáng)，但是隨著頻率不斷升高，發(fā)光和負(fù)電容明顯下降，使得在較高的頻率下，負(fù)電容效應(yīng)弱，發(fā)光弱。對(duì)于2#組，在1kHz的頻率下，發(fā)光較強(qiáng)的電壓從3.6v開(kāi)始，這要比開(kāi)始出現(xiàn)負(fù)電壓的電壓要低，隨著頻率不斷上升，發(fā)光強(qiáng)度逐漸減弱，在100kHz時(shí)，沒(méi)有明顯的發(fā)光現(xiàn)象。這些現(xiàn)象和1#樣品組的測(cè)試結(jié)果較為一致，不同的是2#樣品組的發(fā)光曲線在低頻小電壓范圍中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)小發(fā)光峰，這點(diǎn)區(qū)別于1#樣品組.。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在一定的測(cè)試頻率范圍中，在小正向偏壓時(shí)，無(wú)論正電容如何變化，對(duì)電容值的影響不大，只有正向偏壓增大才會(huì)出現(xiàn)電容值為負(fù)值的情況，這也說(shuō)明，器件中還存在著其他的原因?qū)е碌呢?fù)電容，這也說(shuō)明了小偏壓下電容為正值，反之為負(fù)值，通過(guò)發(fā)光實(shí)驗(yàn)也能很好的證明這一點(diǎn)。由于本人的水平有限，還需要相關(guān)人士給予補(bǔ)充說(shuō)明，本文僅為參考。

參考文獻(xiàn)

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[2]馮列峰.半導(dǎo)體發(fā)光二極管中負(fù)電容現(xiàn)象的理論研究[D].天津大學(xué)，2012.

[3]王軍.半導(dǎo)體發(fā)光二極管正向電學(xué)和發(fā)光特性的實(shí)驗(yàn)研究[D].天津大學(xué)，2012.

[4]朱傳云.半導(dǎo)體發(fā)光二極管中的負(fù)電容現(xiàn)象[D].天津大學(xué)，2011.

半導(dǎo)體的特性范文第5篇

關(guān)鍵詞：熱敏電阻、非平衡直流電橋、電阻溫度特性

1、引言

熱敏電阻是根據(jù)半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率與溫度有很強(qiáng)的依賴關(guān)系而制成的一種器件，其電阻溫度系數(shù)一般為（-0.003~+0.6）℃-1。因此，熱敏電阻一般可以分為:

Ⅰ、負(fù)電阻溫度系數(shù)（簡(jiǎn)稱NTC）的熱敏電阻元件

常由一些過(guò)渡金屬氧化物（主要用銅、鎳、鈷、鎘等氧化物）在一定的燒結(jié)條件下形成的半導(dǎo)體金屬氧化物作為基本材料制成的，近年還有單晶半導(dǎo)體等材料制成。國(guó)產(chǎn)的主要是指MF91~MF96型半導(dǎo)體熱敏電阻。由于組成這類熱敏電阻的上述過(guò)渡金屬氧化物在室溫范圍內(nèi)基本已全部電離，即載流子濃度基本上與溫度無(wú)關(guān)，因此這類熱敏電阻的電阻率隨溫度變化主要考慮遷移率與溫度的關(guān)系，隨著溫度的升高，遷移率增加，電阻率下降。大多應(yīng)用于測(cè)溫控溫技術(shù)，還可以制成流量計(jì)、功率計(jì)等。

Ⅱ、正電阻溫度系數(shù)（簡(jiǎn)稱PTC）的熱敏電阻元件

常用鈦酸鋇材料添加微量的鈦、鋇等或稀土元素采用陶瓷工藝，高溫?zé)贫?。這類熱敏電阻的電阻率隨溫度變化主要依賴于載流子濃度，而遷移率隨溫度的變化相對(duì)可以忽略。載流子數(shù)目隨溫度的升高呈指數(shù)增加，載流子數(shù)目越多，電阻率越小。應(yīng)用廣泛，除測(cè)溫、控溫，在電子線路中作溫度補(bǔ)償外，還制成各類加熱器，如電吹風(fēng)等。

2、實(shí)驗(yàn)裝置及原理

【實(shí)驗(yàn)裝置】

FQJ—Ⅱ型教學(xué)用非平衡直流電橋，F(xiàn)QJ非平衡電橋加熱實(shí)驗(yàn)裝置（加熱爐內(nèi)置MF51型半導(dǎo)體熱敏電阻（2.7kΩ）以及控溫用的溫度傳感器），連接線若干。

【實(shí)驗(yàn)原理】

根據(jù)半導(dǎo)體理論，一般半導(dǎo)體材料的電阻率 和絕對(duì)溫度 之間的關(guān)系為

（1—1）

式中a與b對(duì)于同一種半導(dǎo)體材料為常量，其數(shù)值與材料的物理性質(zhì)有關(guān)。因而熱敏電阻的電阻值 可以根據(jù)電阻定律寫(xiě)為

（1—2）

式中 為兩電極間距離， 為熱敏電阻的橫截面， 。

對(duì)某一特定電阻而言， 與b均為常數(shù)，用實(shí)驗(yàn)方法可以測(cè)定。為了便于數(shù)據(jù)處理，將上式兩邊取對(duì)數(shù)，則有

（1—3）

上式表明 與 呈線性關(guān)系，在實(shí)驗(yàn)中只要測(cè)得各個(gè)溫度 以及對(duì)應(yīng)的電阻 的值，

以 為橫坐標(biāo)， 為縱坐標(biāo)作圖，則得到的圖線應(yīng)為直線，可用圖解法、計(jì)算法或最小二乘法求出參數(shù) a、b的值。

熱敏電阻的電阻溫度系數(shù) 下式給出

（1—4）

從上述方法求得的b值和室溫代入式（1—4），就可以算出室溫時(shí)的電阻溫度系數(shù)。

熱敏電阻 在不同溫度時(shí)的電阻值，可由非平衡直流電橋測(cè)得。非平衡直流電橋原理圖如右圖所示，B、D之間為一負(fù)載電阻 ，只要測(cè)出 ，就可以得到 值。

·物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告 ·化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 ·生物實(shí)驗(yàn)報(bào)告 ·實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式 ·實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板

當(dāng)負(fù)載電阻 ，即電橋輸出處于開(kāi)

路狀態(tài)時(shí)， =0，僅有電壓輸出，用 表示，當(dāng) 時(shí)，電橋輸出 =0，即電橋處于平衡狀態(tài)。為了測(cè)量的準(zhǔn)確性，在測(cè)量之前，電橋必須預(yù)調(diào)平衡，這樣可使輸出電壓只與某一臂的電阻變化有關(guān)。

若R1、R2、R3固定，R4為待測(cè)電阻，R4 = RX，則當(dāng)R4R4+R時(shí)，因電橋不平衡而產(chǎn)生的電壓輸出為：

（1—5）

在測(cè)量MF51型熱敏電阻時(shí)，非平衡直流電橋所采用的是立式電橋 ， ，且 ，則

（1—6）

式中R和 均為預(yù)調(diào)平衡后的電阻值，測(cè)得電壓輸出后，通過(guò)式（1—6）運(yùn)算可得R，從而求的 =R4+R。

3、熱敏電阻的電阻溫度特性研究

根據(jù)表一中MF51型半導(dǎo)體熱敏電阻（2.7kΩ）之電阻~溫度特性研究橋式電路，并設(shè)計(jì)各臂電阻R和 的值，以確保電壓輸出不會(huì)溢出（本實(shí)驗(yàn) =1000.0Ω， =4323.0Ω）。

根據(jù)橋式，預(yù)調(diào)平衡，將“功能轉(zhuǎn)換”開(kāi)關(guān)旋至“電壓“位置，按下G、B開(kāi)關(guān)，打開(kāi)實(shí)驗(yàn)加熱裝置升溫，每隔2℃測(cè)1個(gè)值，并將測(cè)量數(shù)據(jù)列表（表二）。

表一 MF51型半導(dǎo)體熱敏電阻（2.7kΩ）之電阻～溫度特性

溫度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65

電阻Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748

表二 非平衡電橋電壓輸出形式（立式）測(cè)量MF51型熱敏電阻的數(shù)據(jù)

i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

溫度t℃ 10.4 12.4 14.4 16.4 18.4 20.4 22.4 24.4 26.4 28.4

熱力學(xué)T K 283.4 285.4 287.4 289.4 291.4 293.4 295.4 297.4 299.4 301.4

0.0 -12.5 -27.0 -42.5 -58.4 -74.8 -91.6 -107.8 -126.4 -144.4

0.0 -259.2 -529.9 -789 -1027.2 -124.8 -1451.9 -1630.1 -1815.4 -1977.9

4323.0 4063.8 3793.1 3534.0 3295.8 3074.9 2871.1 2692.9 2507.6 2345.1

根據(jù)表二所得的數(shù)據(jù)作出 ～ 圖，如右圖所示。運(yùn)用最小二乘法計(jì)算所得的線性方程為 ，即MF51型半導(dǎo)體熱敏電阻（2.7kΩ）的電阻～溫度特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 。

4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差

通過(guò)實(shí)驗(yàn)所得的MF51型半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻—溫度特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 。根據(jù)所得表達(dá)式計(jì)算出熱敏電阻的電阻～溫度特性的測(cè)量值，與表一所給出的參考值有較好的一致性，如下表所示：

表三 實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較

溫度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65

參考值RT Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748

測(cè)量值RT Ω 2720 2238 1900 1587 1408 1232 1074 939 823

相對(duì)誤差 % 0.74 0.58 1.60 0.89 4.99 6.20 7.40 8.18 10.00

從上述結(jié)果來(lái)看，基本在實(shí)驗(yàn)誤差范圍之內(nèi)。但我們可以清楚的發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，電阻值變小，但是相對(duì)誤差卻在變大，這主要是由內(nèi)熱效應(yīng)而引起的。

5、內(nèi)熱效應(yīng)的影響

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于利用非平衡電橋測(cè)量熱敏電阻時(shí)總有一定的工作電流通過(guò)，熱敏電阻的電阻值大，體積小，熱容量小，因此焦耳熱將迅速使熱敏電阻產(chǎn)生穩(wěn)定的高于外界溫度的附加內(nèi)熱溫升，這就是所謂的內(nèi)熱效應(yīng)。在準(zhǔn)確測(cè)量熱敏電阻的溫度特性時(shí)，必須考慮內(nèi)熱效應(yīng)的影響。本實(shí)驗(yàn)不作進(jìn)一步的研究和探討。

6、實(shí)驗(yàn)小結(jié)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們很明顯的可以發(fā)現(xiàn)熱敏電阻的阻值對(duì)溫度的變化是非常敏感的，而且隨著溫度上升，其電阻值呈指數(shù)關(guān)系下降。因而可以利用電阻—溫度特性制成各類傳感器，可使微小的溫度變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮璧淖兓纬纱蟮男盘?hào)輸出，特別適于高精度測(cè)量。又由于元件的體積小，形狀和封裝材料選擇性廣，特別適于高溫、高濕、振動(dòng)及熱沖擊等環(huán)境下作溫濕度傳感器，可應(yīng)用與各種生產(chǎn)作業(yè)，開(kāi)發(fā)潛力非常大。

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