半導(dǎo)體基本知識(shí).ppt

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1、§1.1半導(dǎo)體基本知識(shí)11.1.1導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體一、導(dǎo)體自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。二、絕緣體有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。三、半導(dǎo)體另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。2半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如：當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化?！獰崦粜院凸饷粜酝儍舻陌雽?dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使它的導(dǎo)電能力明顯改變?！s敏性31.1.2本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)GeSi通過(guò)一定的工藝過(guò)程，可以將半導(dǎo)體制成晶

2、體?，F(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅(原子序數(shù)14)和鍺(32)，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。簡(jiǎn)化模型+4表示除去價(jià)電子后的原子4硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)：共價(jià)鍵共用電子對(duì)+4+4+4+4每個(gè)原子與其相鄰的原子之間形成共價(jià)鍵——即相鄰原子共用一對(duì)價(jià)電子。本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。5因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+4共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自

3、由電子。6二、本征激發(fā)在絕對(duì)0度（T=0K）(-273C0）和沒(méi)有外界激發(fā)時(shí),價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒(méi)有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即載流子-自由運(yùn)動(dòng)的帶電粒子），它的導(dǎo)電能力為0，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下（T=300K）(27C0）或光照下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴，這種現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。1.載流子、自由電子和空穴7+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子82.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來(lái)填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于

4、正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。9溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素，這也是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。本征半導(dǎo)體有兩種載流子參與導(dǎo)電，這是半導(dǎo)體區(qū)別金屬導(dǎo)體的一個(gè)重要特性。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：1.自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。2.空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流。問(wèn)題：金屬中的載流子是什么？（熱敏性）光照越強(qiáng)，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，（光敏性）101.1.3雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其

5、原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。P型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（空穴半導(dǎo)體）positive。N型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（電子半導(dǎo)體）negative。（雜敏性）11一、N型半導(dǎo)體晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，必定多出一個(gè)電子，這個(gè)電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動(dòng)的帶正電的離子。每個(gè)磷原子給出一個(gè)電子，稱為施主原子。在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素,例如磷、砷、12+4+4+5+4多余電子磷原子N型半導(dǎo)體中

6、的載流子是什么？1.由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。2.本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。13二、P型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼、鎵晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴可能吸引束縛電子來(lái)填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為受主原子。+4+4+3+4空穴硼原子P型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。1

7、415雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法：－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。16小結(jié)1、半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。2、在一定溫度下，本征半導(dǎo)體因本征激發(fā)而產(chǎn)生自由電子和空穴對(duì)，故其有一定的導(dǎo)電能力。3、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力主要由溫度決定；雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力主要由所摻雜質(zhì)的濃度決定。4、P型半導(dǎo)體中空穴是多子，自由電子是少子。N型半導(dǎo)體中自由電子是