63、半导体检测技术：原理、应用与性能分析

半导体检测技术：原理、应用与性能分析

1. 半导体基础原理

当单个原子相互靠近形成固体晶体时，相邻原子最外层轨道或高能级的电子会相互作用，将原子结合在一起。由于这些外层“价电子”之间的强烈相互作用，高能级会发生显著变化，外层电子会在不同原子核之间共享，形成“能带”。

• 能带结构
  • 价带 ：对应电子最内层轨道的最低能带被电子填满，称为“价带”。
  • 导带 ：由晶体中单个原子未被占据的较高能级组合而成，初始为空，称为“导带”。
  • 禁带 ：价带和导带之间的能量区域是“禁带”（$E_G$）。

不同材料的能带结构有所不同：
|材料类型|能带特点|导电性|
| ---- | ---- | ---- |
|金属|价带和导带重叠|价电子可自由移动，能导电和导热|
|绝缘体|结构高度有序，禁带很宽|导带无电子，价带电子无法移动，不导电|
|半导体|在室温下，部分电子可吸收热能越过禁带从价带跃迁到导带|跃迁到导带的电子和价带留下的“空穴”都能参与导电|

热能量的计算公式为$E_{th}(eV) = kT = 0.026(T/300)eV$，其中$k$是玻尔兹曼常数，$T$是绝对温度。室温（$T = 300 K$）下，热能量为$0.026$电子伏特。

大多数半导体晶体的带隙能量约为$1 eV$，范围从几乎$0$到约$3.5 eV$。