半導(dǎo)體的基本知識

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1、3二極管及其基本電路3.1半導(dǎo)體的基本知識3.3二極管3.4二極管的基本電路及其分析方法3.5特殊二極管3.2PN結(jié)的形成及特性3.1半導(dǎo)體的基本知識3.1.1半導(dǎo)體材料3.1.2半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)3.1.3本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體3.1.1半導(dǎo)體材料根據(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)體完全純凈、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。純度：99.9999999%,它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。常用的本征半導(dǎo)體Si+14284Ge+322818

2、4+43.1.2半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡化模型及晶體結(jié)構(gòu)3.1.3本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)?？昭ā矁r(jià)鍵中的空位。電子空穴對——由熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和空穴對?？昭ǖ囊苿?dòng)——空穴的運(yùn)動(dòng)是靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子依次填充空穴來實(shí)現(xiàn)的。由于隨機(jī)熱振動(dòng)致使共價(jià)鍵被打破而產(chǎn)生空穴－電子對復(fù)合——自由電子在運(yùn)動(dòng)的過程中與空穴相遇就會(huì)填補(bǔ)空穴，使兩者同時(shí)消失。本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵:+4+4+4+4+4+4+4+4+4共價(jià)鍵內(nèi)的電子稱為束縛電子價(jià)帶導(dǎo)帶掙脫原子

3、核束縛的電子稱為自由電子價(jià)帶中留下的空位稱為空穴禁帶EG外電場E自由電子定向移動(dòng)形成電子流束縛電子填補(bǔ)空穴的定向移動(dòng)形成空穴流1.本征半導(dǎo)體中有兩種載流子—自由電子和空穴它們是成對出現(xiàn)的2.在外電場的作用下，產(chǎn)生電流—電子流和空穴流電子流自由電子作定向運(yùn)動(dòng)形成的與外電場方向相反空穴流價(jià)電子遞補(bǔ)空穴形成的與外電場方向相同本征半導(dǎo)體中的載流子：3.1.4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(jià)或五價(jià)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(jià)雜質(zhì)元素（如磷

4、）的半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體——摻入三價(jià)雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。1.N型半導(dǎo)體3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體因五價(jià)雜質(zhì)原子中只有四個(gè)價(jià)電子能與周圍四個(gè)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，而多余的一個(gè)價(jià)電子因無共價(jià)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(jià)雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價(jià)雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。N型半導(dǎo)體:+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5+5在本征半導(dǎo)體中摻入的五價(jià)元素如P。自由電子是多數(shù)載流子空穴是少數(shù)載流子雜質(zhì)原子提供由熱激

5、發(fā)形成由于五價(jià)元素很容易貢獻(xiàn)電子，因此將其稱為施主雜質(zhì)。施主雜質(zhì)因提供自由電子而帶正電荷成為正離子2.P型半導(dǎo)體3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體因三價(jià)雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)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?？昭ê苋菀追@電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。P型半導(dǎo)體:+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3在本征半導(dǎo)體中摻入的三價(jià)元素如B。自由電子是少數(shù)載流子空穴是多數(shù)載流子雜質(zhì)原子提供由本征激發(fā)形成因留下的空穴很容易俘

6、獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。3.雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)對本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下:T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:n=p=1.4×1010/cm31本征硅的原子濃度:3以上三個(gè)濃度基本上依次相差約106/cm3。2摻雜后N型半導(dǎo)體中的自由電子濃度:n=5×1016/cm34.96×1022/cm3本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體本節(jié)中的有關(guān)概念自由電子、空穴N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體多數(shù)載流子、少數(shù)載流子施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)end