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1、按电阻率不同，物质分为导体、半导体和绝缘体,1、半导体特性,（1）热敏性,（3）掺杂特性,（2）光敏性,2、为什么有三种特性？,特殊的导电结构,常见半导体材料：Si、Ge等元素半导体，应用广 GaAs等化合物半导体,硅单质,硅芯片,3.1.1 半导体材料,导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。,本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。,问题：什么是半导体？什么是本征半导体？ 半导体有哪些“特性” ？为什么？,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
2、可能导电。,半导体硅（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。,3.1.2 半导体共价键结构,简化模型,最外层上的电子，决定了物质的化学特性和导电性；,1、Si、Ge的原子结构,价电子：,惯性核,3.1.2 半导体共价键结构,本征半导体：结构完整，完全纯净的半导体,载流子： 能自由运动的带电粒子,本征半导体,自由电子,加热 或光照,空穴,1、载流子的产生,空穴：共价键中的空位,3.1.3 本征半导体,3.1.3 本征半导体及其导电作用,2、本征半导体特点,（1）T升高 n升 p升,（2）n = p,3、载流子的运动,无电场： 无规则运动,有电
3、场： 载流子定向运动,3.1.3 本征半导体,本征半导体的结构,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,自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。,共价键,一定温度下，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。,3.1.3 本征半导体,外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数目很少，故导电性很差。,为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？,本征半导体中的两种载流子,运载电荷的粒子称为载流子。,温度升高，热运动加剧，载流子浓
4、度增大，导电性增强。 热力学温度0K时不导电。,3.1.3 本征半导体,1. N型半导体,多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。,在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。,提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。,多余电子,硅原子,五价杂质原子只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键,硅(锗) +磷 N型半导体,3.1.4 杂质半导体,1. N型半导体,磷（P）,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。,多数载流子,空穴比未
5、加杂质时的数目多了？少了？为什么？,3.1.4 杂质半导体,2.P型半导体,在P型半导体中空穴是 多数载流子，它主要由掺杂 形成；自由电子是少数载流子， 由热激发形成。,空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂 质 因而也称为受主杂质。,因缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。,空穴,硅原子,三价杂质原子在与 硅原子形成共价键,硅(锗) +硼 P型半导体,3.1.4 杂质半导体,1. 在杂质半导体中多子的数量与 （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。,2. 在杂质半导体中少子的数量与 （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。,3. 当温度升高时，少子的数量 （a. 减少、b. 不变、c. 增多）。,a,b,c,4. 在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流 主要是 ，N 型半导体中的电流主要是 。 （a. 电子电流、b.空穴电流）,b,a,
