45、半导体元素、制造及晶体管性能相关知识解析

半导体元素、制造及晶体管性能相关知识解析

1. 元素及其特性

1.1 元素周期表

元素周期表是化学领域的重要工具，它展示了各种元素的基本信息。在周期表中，II 族和 III 族之间的元素为过渡元素，从镧（La，原子序数 57）到镥（Lu，原子序数 71）的元素是镧系元素或稀土元素，周期表的高端部分包含天然放射性且稳定性逐渐降低的元素。

1.2 电子排布与元素性质

电子的排布及其能量几乎决定了元素的所有机械、化学和电学性质。在 0°K 的最低能量状态下，各元素的电子壳层中有不同数量的原子。每个电子壳层有主量子数 1、2、3 等，还可能有多个轨道量子数 s、p、d 等。例如，N 壳层可能有 4s、4p、4d 和 4f 四个量子数。

1.3 导体、绝缘体和半导体

• 导体 ：像铜（Cu，29）、银（Ag，47）、铂（Pt，78）和金（Au，79）等良好的电导体，其外层（价）轨道有一个松散结合的电子，内层轨道则是满的或几乎满的。
• 绝缘体 ：如惰性气体氖（Ne，10）、氩（Ar，18）等不良导体（绝缘体），其原子结构中没有容易用于导电的电子。像二氧化硅（SiO₂）这样的绝缘化合物，其分子结构中也没有容易用于导电的电子。
• 半导体 ：半导体元素和化合物处于导体和绝缘体这两个极端之间。对于微电子应用而言，具有实用价值的天然半导体元素是硅和锗，它们都能形成晶格结构，且本征导电性介于导体和绝缘体之间。碳的晶体形式（钻石）价带的电子能隙过高，实际上是绝缘体；而锡