半导体器件的能分析？半导体主要有哪些特性

一、半导体主要有哪些特性

半导体的特征：

一、半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，如硅、锗、硒等，它们的电阻率通常在之间。

二、半导体之所以得到广泛应用，是因为它的导电能力受掺杂、温度和光照的影响十分显著。

三、如纯净的半导体单晶硅在室温下电阻率约为，若按百万分之一的比例掺入少量杂质(如磷)后，其电阻率急剧下降为，几乎降低了一百万倍。半导体具有这种性能的根本原因在于半导体原子结构的特殊性。

常用的半导体材料是单晶硅（Si）和单晶锗（Ge）。所谓单晶，是指整块晶体中的原子按一定规则整齐地排列着的晶体。非常纯净的单晶半导体称为本征半导体。

扩展资料

一、本征半导体的原子结构

半导体锗和硅都是四价元素，其原子结构示意图如图Z0102所示。它们的最外层都有4个电子，带4个单位负电荷。通常把原子核和内层电子看作一个整体，称为惯性核。

惯性核带有4个单位正电荷，最外层有4个价电子带有4个单位负电荷，因此，整个原子为电中性。

二、应用

1、在无线电收音机及电视机中，作为“讯号放大器/整流器”用。

2、半导体可以用来测量温度，测温范围可以达到生产、生活、医疗卫生、科研教学等应用的70%的领域，有较高的准确度和稳定性，分辨率可达0.1℃，甚至达到0.01℃也不是不可能，线性度0.2%，测温范围-100~+300℃，是性价比极高的一种测温元件。

3、半导体致冷器的发展,它也叫热电致冷器或温差致冷器,它采用了帕尔贴效应.

参考资料来源：百度百科-半导体

二、半导体基本原理

电阻率介于金属和绝缘体之间并有负的电阻温度系数的物质。

半导体室温时电阻率约在10E-5～10E7欧·米之间，温度升高时电阻率指数则减小。

半导体材料很多，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。

锗和硅是最常用的元素半导体；化合物半导体包括Ⅲ-Ⅴ族化合物（砷化镓、磷化镓等）、Ⅱ-Ⅵ族化合物(硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。

半导体（东北方言）：意指半导体收音机，因收音机中的晶体管由半导体材料制成而得名。

本征半导体

不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下，半导体的价带是满带(见能带理论)，受到热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带，价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，称为空穴。导带中的电子和价带中的空穴合称电子-空穴对，均能自由移动，即载流子，它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴，电子-空穴对消失，称为复合。复合时释放出的能量变成电磁辐射（发光）或晶格的热振动能量（发热）。在一定温度下，电子-空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，此时半导体具有一定的载流子密度，从而具有一定的电阻率。温度升高时，将产生更多的电子-空穴对，载流子密度增加，电阻率减小。无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大，实际应用不多。半导体五大特性∶电阻率特性，导电特性，光电特性，负的电阻率温度特性，整流特性。

★在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。

★在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化。

晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，称为晶格。

共价键结构：相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子）不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。

自由电子的形成：在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚变成为自由电子。

空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。

电子电流：在外加电场的作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流。

空穴电流：价电子按一定的方向依次填补空穴（即空穴也产生定向移动），形成空穴电流。

本征半导体的电流：电子电流+空穴电流。自由电子和空穴所带电荷极性不同，它们运动方向相反。

载流子：运载电荷的粒子称为载流子。

导体电的特点：导体导电只有一种载流子，即自由电子导电。

本征半导体电的特点：本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。

本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。

复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。

动态平衡：在一定的温度下，本征激发所产生的自由电子与空穴对，与复合的自由电子与空穴对数目相等，达到动态平衡。

载流子的浓度与温度的关系：温度一定，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。当温度升高时，热运动加剧，挣脱共价键束缚的自由电子增多，空穴也随之增多（即载流子的浓度升高），导电性能增强；当温度降低，则载流子的浓度降低，导电性能变差。

结论：本征半导体的导电性能与温度有关。半导体材料性能对温度的敏感性，可制作热敏和光敏器件，又造成半导体器件温度稳定性差的原因。

杂质半导体：通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素，可得到杂质半导体。

N型半导体：在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。

多数载流子：N型半导体中，自由电子的浓度大于空穴的浓度，称为多数载流子，简称多子。

少数载流子：N型半导体中，空穴为少数载流子，简称少子。

施子原子：杂质原子可以提供电子，称施子原子。

N型半导体的导电特性：它是靠自由电子导电，掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度就越高，导电性能也就越强。

P型半导体：在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，形成P型半导体。

多子：P型半导体中，多子为空穴。

少子：P型半导体中，少子为电子。

受主原子：杂质原子中的空位吸收电子，称受主原子。

P型半导体的导电特性：掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能也就越强。

结论：

多子的浓度决定于杂质浓度。

少子的浓度决定于温度。

PN结的形成：将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，在它们的交界面就形成PN结。

PN结的特点：具有单向导电性。

扩散运动：物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动，这种由于浓度差而产生的运动称为扩散运动。

空间电荷区：扩散到P区的自由电子与空穴复合，而扩散到N区的空穴与自由电子复合，所以在交界面附近多子的浓度下降，P区出现负离子区，N区出现正离子区，它们是不能移动，称为空间电荷区。

电场形成：空间电荷区形成内电场。

空间电荷加宽，内电场增强，其方向由N区指向P区，阻止扩散运动的进行。

漂移运动：在电场力作用下，载流子的运动称漂移运动。

PN结的形成过程：如图所示，将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，在无外电场和其它激发作用下，参与扩散运动的多子数目等于参与漂移运动的少子数目，从而达到动态平衡，形成PN结。

电位差：空间电荷区具有一定的宽度，形成电位差Uho，电流为零。

耗尽层：绝大部分空间电荷区内自由电子和空穴的数目都非常少，在分析PN结时常忽略载流子的作用，而只考虑离子区的电荷，称耗尽层。

PN结的单向导电性

三、半导体行业大数据分析有哪些

——预见2022：《2022年中国半导体产业全景图谱》(附市场规模、竞争格局、发展前景等)

半导体产业主要上市公司：华润微(688396)、三安光电(600703)、士兰微(600460)、闻泰科技(600745)、新洁能(605111)、露笑科技(002617)、斯达半导(603290)等。

本文核心数据：中国半导体市场规模、产业链企业区域分布、行业市场集中度等

产业概况

1、定义：半导体是电子产品不可或缺的材料

半导体(semiconductor)，指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。如二极管就是采用半导体制作的器件。半导体是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。今日大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关联。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。

2、产业链剖析

半导体产业链具体包括上游半导体原材料与设备供应、中游半导体产品制造和下游应用。其中，半导体材料处于上游供应环节，材料品类繁多，按制造流程可细分为前端制造材料和后端封装材料。半导体设备，即在芯片制造和封测流程中应用到的设备，广义上也包括生产半导体原材料所需的机器设备。在整个芯片制造和封测过程中，会经过上千道加工工序，涉及到的设备种类大体有九大类，细分又可以划出百种不同的机台，占比较大市场份额的主要有：光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备、离子注入机、测试机、分选机、探针台等。半导体产业下游应用领域包括网络通信、计算机、消费电子、工业控制、汽车电子等。

半导体上游原材料中硅片代表企业有中环股份、SK海力士、环球晶圆等，光刻胶企业有晶瑞股份、陶氏化学、科华微电子、旭成化等;封装材料有陶氏杜邦、宏昌电子等。工艺制造设备企业有应用材料、日立高新、上海微电子等;检测设备企业有长川科技、泰瑞达、上海中艺、东电电子、东京精密等。中游半导体制造中半导体设计代表企业有中兴微电子、紫光国微、华为海思等;半导体制造代表企业有台积电、中芯国际、华润微电子、联华电子等。下游半导体可应用在网络通信、消费电子、汽车电子和工业控制等领域。

产业发展历程：第三代半导体材料正抓紧布局中

中国半导体行业发展可分为1953-1978(初期)、1978-1990(探索期)、1990-2014(成长期)、2014-2018(快速成长期)和2018年至今(进一步加强重视期)。

上游供给情况：半导体材料国产化进程持续推进

半导体材料和设备是半导体产业链的基石，是推动集成电路技术创新的引擎。在国家鼓励半导体材料国产化的政策导向下，本土半导体材料厂商不断提升半导体产品技术水平和研发能力，逐渐打破了国外半导体厂商的垄断格局，推进中国半导体材料国产化进程。根据SEMI统计数据，2012-2021年期间我国半导体材料市场规模总体呈波动增长态势。2021年中国台湾为全球最大的半导体材料市场，市场规模达到147.1亿美元，同比增长15.7%;中国大陆为第二大市场，规模为119.3亿美元，同比增长21.9%。

目前国内生产半导体材料的上市公司主要有沪硅产业、中环股份、南大光电、华特气体等，涵盖半导体制造的前端晶圆制造材料和后端封装材料。根据2020年的营业收入规模进行分类发现，营业收入大于100亿元的企业仅有中环股份和有研新材，而在10-100亿之间和10以下的企业较多。整体来看，半导体行业的上市公司整体规模依然较小。

下游发展情况：消费电子领域半导体市场需求空间大

半导体作为电子行业发展的核心，被广泛应用在社会各行各业，涉及领域包括电脑、手机、可穿戴设备、汽车、机器人、光伏、发电等场景。半导体技术的进步将创造出更好的产品，使新的应用成为可能，例如人工智能、物联网、云计算和数据中心等。其中，应用规模较大的有电脑等消费电子以及通信、汽车等。

消费电子是半导体最大的应用领域。从电脑来看，据世界半导体贸易统计组织数据，电脑用半导体市场占全部半导体市场的32%左右，2021年全球电脑用半导体市场达到1779亿美元。2021年，中国电脑出货量占全球的比重约为16.7%，初步测算中国电脑用半导体市场规模约为298亿美元。

根据中国手机出货量及单个手机所用半导体价值量对手机领域所用半导体市场规模进行测算，得出2021年中国手机用半导体市场规模达到723亿美元。其中，5G手机市场的快速增长给半导体行业带来了极大的推动，2021年5G手机用半导体市场规模达到622亿美元。

产业发展现状

1、产业细分市场结构

集成电路和分立器件是半导体产业中的两大分支。分立器件的“分立”一词是相对集成电路而言的，分立器件是独立功能的独立零件，具有单一的基本功能，而集成电路是复合功能的多管脚芯片，需要很多元部件组成来提供放大、开关、延时等功能。与集成电路相比，半导体分立器件的缺点是体积大，器件参数的随机性高，电路规模大频率高时，分布参数影响很大，设计和调试比较困难。但是由于集成电路本身的限制，半导体分立器件依然发挥着重要的作用。与全球产品结构一致，在中国半导体行业中，集成电路也是主导市场，市场份额超过80%。

注：分立器件的市场规模包含光电子器件和传感器。

2、集成电路市场发展现状

国家统计局统计数据显示，2015-2021年，我国集成电路产量逐年增加，2021年产量创下新高，达到3594.3亿块，同比增长37.5%。

3、分立器件市场发展现状

半导体分立器件行业供给主要受到行业下游需求和产业转移等因素的影响。近年来，我国高度重视半导体行业的发展，不断出台鼓励政策大力扶持包括分立器件在内的半导体行业，半导体分立器件行业已经获得长足发展，通过自主创新逐渐摆脱受制于国际半导体公司技术封锁的局面，并在中低端领域逐步形成对国外产品的替代。2015-2021年，中国半导体分立器件呈波动增长态势，2020年产量出现负增长，为7317.7亿只，较2019年同比下降4.3%。初步估算2021年产量为8079亿只。

受益于国家产业政策对新兴产业的大力支持和对传统行业的升级改造，我国半导体分立器件行业的市场规模稳步增长。2019-2020年，我国半导体分立器件(包含光电子器件、传感器)市场容量呈波动态势，2021年约为304亿美元。物联网、可穿戴设备、云计算、大数据、新能源、医疗电子、VR/AR、安防电子等新兴应用领域将成为国内半导体分立器件产业的持续增长点。

产业竞争格局

1、区域竞争：广东最为集中

从企业数量的所属地分布来看，广东省是半导体产业企业数量最集中的省份，江苏省排名第二，其次还有浙江、山东等省份。

2、企业竞争：市场集中度低但有所增长

前瞻根据SLA发布中国半导体市场规模数据，根据目前业内头部梯队企业2021年半导体业务营收情况进行市场规模测算，得出紫光集团市场份额占比最大，约为5.24%，中芯国际、长电科技分列第二三位，总体来看，头部梯队市场份额占比均较小。

目前，国内半导体行业市场主要市场仍然被外国企业占据，国内企业的市场集中度不高，2021年国内企业CR3为10.9%，CR10仅有18.0%。但随着国内半导体技术的进步、国产化进程的加快以及半导体企业的不断整合，我国半导体行业的市场集中度将逐步提升。

产业发展前景及趋势预测

1、产业将进一步规范，关键技术不断突破

根据2020年8月，国务院公布的《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》，未来我国半导体行业将在以下技术领域进行创新，而这也将成为行业发展的趋势：

2、受下游应用需求拉动，市场保持稳定增长

各下游新兴应用领域的快速发展，将带动国内半导体行业持续发展。由于国家产业基金的注入，半导体企业将更容易扩张规模、提高技术水平，完成做大做强。从国际上来看，半导体行业是少有几个能经受国际经济不景气考验的行业，因而未来国际经济即使依然疲软，半导体行业也依然可以取得较大发展。

未来，随着全球经济形势的好转，靠出口拉动的中国电子整机产品需求有望增加，各OEM厂商将加快采购并回补集成电路产品库存。以便携式移动智能设备、智能手机为代表的移动互联设备仍将保持快速增长。PC领域的市场规模将逐步缩减，这将直接影响到存储器市场和CPU市场的发展。汽车电子则随着人均拥有汽车数量的增加，市场增速有望逐步上升。工业控制和网络通信仍将是未来市场的增长点。此外，随着医疗电子、安防电子以及各个行业的信息化建设的持续深入，应用于这些行业的半导体产品所占的市场比重将会越来越多。

根据近年来我国半导体行业市场增速以及下游需求市场增长趋势，前瞻初步估计，2022-2027年我国半导体行业市场规模将以15%左右的增速增长，到2027年我国半导体行业市场规模有望4453亿美元。

以上数据来源于前瞻产业研究院《中国半导体行业深度调研与投资战略规划分析报告》。