半導(dǎo)體基本知識

本征半導(dǎo)體

半導(dǎo)體的導(dǎo)電性

根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。

典型的半導(dǎo)體有硅(Si)和鍺(Ge)以及砷化鎵(GaAs)等。

本征半導(dǎo)體是一種完全純凈、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體

在室溫（300K）下，當(dāng)被束縛的價電子獲得足夠的隨機(jī)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(dǎo)體便具備了一定的導(dǎo)電能力。

但與良導(dǎo)體相比，本征硅晶體內(nèi)自由電子數(shù)量較少，因而其導(dǎo)電性能遠(yuǎn)不及導(dǎo)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(fù)電荷的電子，所以認(rèn)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(dǎo)體區(qū)別于導(dǎo)體的一個重要特點(diǎn)。

載流子的產(chǎn)生與復(fù)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(fù)合

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

當(dāng)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(dǎo)電能力也會增強(qiáng)。 即本征半導(dǎo)體的電導(dǎo)率將隨溫度的升高而增加。

雜質(zhì)半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)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(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。

N型半導(dǎo)體——摻入五價雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。

P型半導(dǎo)體——摻入三價雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。

P型半導(dǎo)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(dǎo)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(fù)離子。 三價雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)

N型半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體的導(dǎo)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(dǎo)體基本知識' 小結(jié)：

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

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

特點(diǎn)。 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(kuò)散

漂移運(yùn)動：在電場作用下引起的載流子運(yùn)動

擴(kuò)散運(yùn)動：由載流子濃度差引起的載流子運(yùn)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(dǎo)體兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。 此時將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程:

最后,多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動態(tài)平衡

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/strong>