模擬電路網(wǎng)絡(luò)課件 第三節(jié):半導(dǎo)體的基本知識(shí)

模擬電路網(wǎng)絡(luò)課件 第三節(jié):半導(dǎo)體的基本知識(shí)

2.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)

2.1.1 半導(dǎo)體材料

導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間材料，我們稱(chēng)之為半導(dǎo)體。

在電子器件中，常用的半導(dǎo)體材料有：元素半導(dǎo)體，如硅（Si）、鍺（Ge）等；化合物半導(dǎo)體，如砷化鎵（GaAs）等；以及摻雜或制成其它化合物半導(dǎo)體材料，如硼（B）、磷（P）、錮（In）和銻（Sb）等。其中硅是最常用的一種半導(dǎo)體材料。

半導(dǎo)體有以下特點(diǎn)：

1．半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間

2．半導(dǎo)體受外界光和熱的刺激時(shí)，其導(dǎo)電能力將會(huì)有顯著變化。

3．在純凈半導(dǎo)體中，加入微量的雜質(zhì)，其導(dǎo)電能力會(huì)急劇增強(qiáng)。

2.1.2? 半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)

在電子器件中，用得最多的半導(dǎo)體材料是硅和鍺，它們的簡(jiǎn)化原子模型如下圖a所示。硅和鍺都是四價(jià)元素，在其最外層原子軌道上具有四個(gè)電子，稱(chēng)為價(jià)電子。由于原子呈中性，故在圖中原子核用帶圓圈的+4符號(hào)表示。半導(dǎo)體與金屬和許多絕緣體一樣，均具有晶體結(jié)構(gòu)，它們的原子形成有序的排列，鄰近原子之間由共價(jià)鍵聯(lián)結(jié)，其晶體結(jié)構(gòu)示意圖如圖b所示。圖b中表示的是晶體的二維結(jié)構(gòu)，實(shí)際上半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)是三維的。

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。

三、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子

本征激發(fā)

在室溫下，本征半導(dǎo)體共價(jià)鍵中的價(jià)電子獲得足夠的能量，掙脫共價(jià)鍵的束縛進(jìn)入導(dǎo)帶，成為自由電子，在晶體中產(chǎn)生電子-空穴對(duì)的現(xiàn)象稱(chēng)為本征激發(fā).

空穴

在本征激發(fā)中，價(jià)電子成為自由電子后共價(jià)鍵上留下空位，這個(gè)空位稱(chēng)為空穴?？昭ㄊ且粋€(gè)帶正電的粒子，其電量與電子相等，電極性相反，在外加電場(chǎng)作用下，可以自由地在晶體中運(yùn)動(dòng)，它和自由電子一樣可以參加導(dǎo)電。

空穴、電子導(dǎo)電機(jī)理

由于共價(jià)鍵出現(xiàn)了空穴，在外加電場(chǎng)或其他因素的作用下，鄰近價(jià)電子就可填補(bǔ)到這個(gè)空位上，而在這個(gè)電子原來(lái)的位置上又留下新的空位，以后其他電子又可轉(zhuǎn)移到這個(gè)新的空位。這樣就使共價(jià)鍵中出現(xiàn)一定的電荷遷移?？昭ǖ囊苿?dòng)方向和電子移動(dòng)的方向是相反的。

2.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體

一、P型半導(dǎo)體

在硅（或鍺）的晶體內(nèi)摻入三價(jià)元素雜質(zhì)而形成的雜質(zhì)半導(dǎo)體，稱(chēng)為P型半導(dǎo)體。

在P型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子是空穴（由摻雜產(chǎn)生），電子為少數(shù)載流子（由本征激發(fā)產(chǎn)生）。

在硅（或鍺）的晶體內(nèi)摻入少量三價(jià)元素雜質(zhì)，如硼（或錮）等，因硼原子只有三個(gè)價(jià)電子，它與周?chē)柙咏M成共價(jià)鍵時(shí)，因缺少一個(gè)電子，在晶體中便產(chǎn)生一個(gè)空位，當(dāng)相鄰共價(jià)鍵上的電子受到熱振動(dòng)或在其他激發(fā)條件下獲得能量時(shí)，就有可能填補(bǔ)這個(gè)空位，使硼原子成為不能移動(dòng)的負(fù)離子，而原來(lái)硅原子的共價(jià)鍵則因缺少一個(gè)電子，形成了空穴，硼原子接受電子，稱(chēng)硼為受主，如圖所示。

二、N型半導(dǎo)體

在硅或鍺的晶體中摻入五價(jià)元素雜質(zhì)而形成的雜質(zhì)半導(dǎo)體，稱(chēng)為N型半導(dǎo)體。

在N型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子是電子（由摻雜產(chǎn)生），空穴為少數(shù)載流子（由本征激發(fā)產(chǎn)生）。

在硅或鍺的晶體中摻入五價(jià)元素，它的五個(gè)價(jià)電子中有四個(gè)與周?chē)墓柙咏Y(jié)成共價(jià)鍵后，多出一個(gè)價(jià)電子。在室溫下，原子對(duì)于這個(gè)多余的價(jià)電子束縛力較弱，它很容易被激發(fā)而成為自由電子。這樣，雜質(zhì)原子就變成帶正電荷的離子。由于雜質(zhì)原子可以提供電子，故稱(chēng)為施主原子。這種雜質(zhì)半導(dǎo)體中自由電子的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同一溫度下本征半導(dǎo)體中自由電子的濃度，這就大大增強(qiáng)了半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力。