1.1半导体的特性

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章,半导体器件,1.1,半导体的特性,1.2,半导体二极管,1.3,双极型三极管,(,BJT,),1.4,场效应三极管,导体,铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。,绝缘体,惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。,1.1,半导体的特性,半导体,导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。大多数半导体器件所用的主要材料是硅,(Si),和锗,(Ge),。,物质根据其导电能力（电阻率）分：,最常用的半导体材料,锗,硅,半导体导电性能是由其原子结构决定的。,硅（,Si,）、锗（,Ge,），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。,半导体的几个重要特性：,（,1,）热敏特性,（,2,）光敏特性,（,3,）掺杂特性,+14,2,8,4,Si,硅原子结构示意图,+32,2,8,18,Ge,锗原子结构示意图,4,原子结构示意图,+4,硅、锗原子的简化模型,1.1.1,本征半导体,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体。,价电子,共价键,高纯半导体，纯度达,99.999999999,（,11,个,9,）,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,自由电子,空穴,空穴可看成带正电的载流子，,半导体区别于导体的一个重要特点。,2,、本征半导体的结构,共价键,由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子,自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴,本征激发：在室温或光照下价电子获得足够的能量摆脱共价健的束缚成为自由电子，并在共价健中留下一个空位（空穴）的过程。,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,本征半导体受热或光照,本征激发产生电子和空穴,自由电子,空穴,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,电子空穴成对产生,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,电子空穴复合，成对消失,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,一定温度下，电子空穴对的产生与复合达到平衡，使自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大，因此半导体器件的特性对温度较为敏感。,在常温,(T=300K),下,Ge:,本征激发,电子和空穴成对的出现,复合,电子和空穴成对的消失,Si:,在外电场作用下,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,U,电子运动形成电子电流,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,U,在外电场作用下,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,U,在外电场作用下,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,U,在外电场作用下,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,U,在外电场作用下,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,U,在外电场作用下,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,U,价电子填补空穴而使空穴移动，形成空穴电流,在外电场作用下,(1),在半导体中有两种,载流子,这就是半导体和金属导电原理的 本质区别,a.,电阻率大,(2),本征半导体的特点,b.,导电性能随温度变化大,可见：,带正电的,空穴,带负电的,自由电子,本征半导体不能在半导体器件中直接使用,1.1.2,杂质半导体,杂质半导体有两种,N,型半导体,P,型半导体,在,本征半导体,硅或锗中,掺入微量,的其它,适当,元素,后所形成的半导体,一、,N,型半导体,掺入五价杂质元素（如磷、砷）的杂质半导体,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,掺入少量五价杂质元素磷,P,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,P,多出一个电子,出现了一个正离子,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,P,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,半导体中产生了大量的自由电子和正离子,N,型半导体,磷（,P,）：施主原子,杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。,自由电子：,多,数载流,子,空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？,空穴：,少,数载流,子,掺杂浓度,电子数,c.,电子是多数载流子，简称多子,;,空穴,是少数载流,子，简称少子。,e.,因,电子,带负电，称这种半导体为,N,(negative),型或,电子,型半导体。,f.,因掺入的杂质给出电子，又称之为施主杂质。,b.N,型半导体中,产生了大量的,(,自由）电子和正离子,。,可见：,d.,n,p,n,n,=,K,(,T,),a.N,型半导体是在本征半导体中,掺入少量五价杂质,元素形成的。,在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼等。,B,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,二、,P,型半导体,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,B,出现了一个空位,+4,+4,+4,+4,+4,+4,B,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,B,+4,+4,负离子,空穴,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,半导体中产生了大量的空穴和负离子,P,型半导体,硼（,B,）：受主原子,空穴：多数载流子,P,型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强，,在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少子与多子变化的数目相同吗？少子与多子浓度的变化相同吗？,自由电子：少数载流子,掺杂浓度,空穴数,c.,空穴,是多数载流子,电子是少数载流子。,e.,因,空穴,带正电，称这种半导体为,P,(positive),型或,空穴,型半导体。,f.,因掺入的杂质接受电子，故称之为受主杂质。,a.P,型半导体是在本征半导体中,掺入少量的三价,杂质元素形成的。,b.,P,型半导体,产生大量的空穴和负离子,。,可见：,d.,n,p,n,n,=,K,(,T,),杂质半导体的转型：,当掺入三价元素的密度大于五价元素的密度时，可将,N,型转为,P,型；,当掺入五价元素的密度大于三价元素的密度时，可将,P,型转为,N,型；,P,型、,N,型半导体的简化图示,负离子,多数载流子,少数载流子,正离子,多数载流子,少数载流子,P,型,N,型,半导体中正负电荷数相等，保持电中性。,