半導體基本知識

本征半導體

半導體的導電性

根據(jù)物體導電能力(電阻率)的不同，來劃分導體、絕緣體和半導體。

典型的半導體有硅(Si)和鍺(Ge)以及砷化鎵(GaAs)等。

本征半導體是一種完全純凈、結(jié)構(gòu)完整的半導體晶體

在室溫（300K）下，當被束縛的價電子獲得足夠的隨機熱振動能量而掙脫共價鍵束縛成為自由電子時（本征激發(fā)），半導體便具備了一定的導電能力。

但與良導體相比，本征硅晶體內(nèi)自由電子數(shù)量較少，因而其導電性能遠不及導體。

空穴

空穴就是價電子掙脫束縛成為自由電子后，共價鍵中留下的空位.

因為空穴表示共價鍵中失去了一個帶負電荷的電子，所以認為其帶有與電子電荷等量的正電荷。

空穴也可以移動，它實際上反映了受束縛的價電子的移動，只是移動方向與價電子移動方向相反。

可以用空穴移動產(chǎn)生的電流來代表價電子移動產(chǎn)生的電流。

空穴的出現(xiàn)是半導體區(qū)別于導體的一個重要特點。

載流子的產(chǎn)生與復合

載流子——可以自由移動的帶電粒子。

自由電子和空穴都是載流子

本征激發(fā)產(chǎn)生的自由電子和空穴總是成對出現(xiàn)的。

自由電子與空穴相遇時，兩者同時消失，稱為自由電子與空穴的復合

外部環(huán)境不變的情況下，載流子的產(chǎn)生與復合達到動態(tài)平衡。

當溫度升高時，將產(chǎn)生更多的自由電子和空穴，意味著載流子的濃度升高，晶體的導電能力也會增強。 即本征半導體的電導率將隨溫度的升高而增加。

雜質(zhì)半導體

在本征半導體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導體的導電性發(fā)生顯著變化。 摻入的雜質(zhì)主要是三價或五價元素。 摻入雜質(zhì)的本征半導體稱為雜質(zhì)半導體。

N型半導體——摻入五價雜質(zhì)元素（如磷）的半導體。

P型半導體——摻入三價雜質(zhì)元素（如硼）的半導體。

P型半導體

因三價雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴

在P型半導體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成； 自由電子是少數(shù)載流子， 由熱激發(fā)形成

空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負離子。 三價雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)

N型半導體

因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與周圍四個半導體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子

在N型半導體中自由電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原子提供； 空穴是少數(shù)載流子, 由熱激發(fā)形成。

提供自由電子的五價雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)

摻入雜質(zhì)對本征半導體的導電性有很大的影響，以下是一組典型數(shù)據(jù):

以上三個濃度基本上依次相差10^6/cm3

'半導體基本知識' 小結(jié)：

● 在本征（純凈）半導體中摻入雜質(zhì)，一方面可以顯著提高半導體的導電能，另一方面可以減小溫度對半導體導電性能的影響。 此時，半導體的導電能力主要取決于摻雜濃度。 在純凈的半導體中摻入受主雜質(zhì)，可制成 P 型半導體； 而

摻入施主雜質(zhì)，可制成 N 型半導體。 空穴導電是半導體不同于金屬導體的重要

特點。 注意，這里是用空穴移動產(chǎn)生的電流來代表價電子移動產(chǎn)生的電流。

PN結(jié)的形成及特性

PN結(jié)的形成

載流子的漂移與擴散

漂移運動：在電場作用下引起的載流子運動

擴散運動：由載流子濃度差引起的載流子運動

PN結(jié)的形成

空間電荷區(qū)也稱為耗盡層、勢壘區(qū)

在一塊本征半導體兩側(cè)通過擴散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導體和P型半導體。 此時將在N型半導體和P型半導體的結(jié)合面上形成如下物理過程:

最后,多子的擴散和少子的漂移達到動態(tài)平衡

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/strong>