《半导体物理基础学习知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半导体物理基础学习知识（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、半导体物理基础知识、半导体导电特点电子线路中的要点器件如二极管、三极管、场效应管、集成电路等都是由半导体资料制成的，要解析上述器件的工作原理，必定对半导体资料的导电特点应有所认识。1、什么是半导体物质如按导电性能分可分为（1）导体： 电阻率P很小；（2）绝缘体：电阻率P很大；（3 ）半导体：电阻率P不大不小，10-3109 Q ?cm。常有的有：硅（Si）、锗（Ge ）、砷化镓（GaAs ）等。2、半导体独到的导电特点（1）受温度（T ）的影响大；T f-P （，热牢固性差，但也可做热敏元件（2 ）受光照的影响大；（3 ）混淆对导电性能影响大。例：室温，纯净的硅，P = 2*10 3 Q?cm
2、，如掺百万分之一（10-6 ）的磷（P）,纯度还有99.9999% （6 个 9），贝U P = 4*10 -3 Q ?cm。二、本征半导体（9个9以上），晶格整齐无弊端的单晶半导体。1、什么是本征半导体：纯净的2、本征半导体晶格结构（1） 半导体原子结构惯性核价电子（2 ）晶格结构p3 图 1-1-2每个价电子与相邻原子的价电子组成共价键。经过共价键使所有的原子结合成一个晶体。共价键I1T-+4+4+4+4+4+4+4+4+43、本征激发（1）当T=OK （绝对零度）时，所有价电子都拘束在共价键中，不能够成为自由电子，晶体相当绝缘体。（2）当T0K或光照时，部分价电子获得额外能量，摆脱共价键
3、拘束变为自由 电子，并在共价键中留下一个缺少负电荷的空位（空穴）。这过程就叫本征激 发。 +4订 J+4匚r*/r广41fA ff占Jfb1Rr*11 1R11A111:（a ） 本征激发时，自由电子和空穴是成对出现，叫自由电子空穴对; （b ） 空穴是带正电的，由于原子是电中性的；（c ） 空穴能够运动：周边共价键中的价电子填补空穴。（d ） 温度越高，产生的自由电子空穴对就越多。4、载流子：能够运动的带电粒子。半导体中自由电子和空穴都是载流子。5、 复合：自由电子填补空穴。自由电子和空穴成抵消失。自由电子和空穴浓度越大，复合的几率就越大。6、热平衡载流子浓度ni热平衡：在必然温度下，自由电
4、子空穴对的产生与复合达到了动向平衡（单位时间有多少自由电子空穴对产生出来同时也有相同数量的自由电子空穴对复合掉）就叫热平衡。这时自由电子空穴对的浓度（单位体积粒子数）即热平衡热平衡载流子浓度比保持不变。E3 gon二 AT2 e2 KT当温度 Tf 时，n.i22 KI常温下，片是很小的。例：硅在室温T=300K时，叫=15io cm7。而硅的原子密度为5 1022 cmv，即每3万亿个硅原子只有1个价电子被本征激发。三、杂质半导体在本征半导体中掺进必然量的杂质元素1、N型半导体（在单晶硅中掺进5价元素，如磷 P） p4图1-1-4+4+44键外*+4+54+4+44施主 原子电子磷原子取代硅
5、原子，晶格结构不变。磷的第5个价电子没有碰到共价键的拘束，在常温下都 成为自由电子。（共价键中的价电子要受激发成为自由电子需要1.1eV的能量，而磷的第5个 价电子受激发成为自由电子只需要0.04eV的能量）。（1） 混淆只产生自由电子不产生空穴；（2 ） 磷原子变为正离子（杂质离子），但因固定在晶格中所以不参加导电。（3 ）当混淆浓度Nd 热平衡本征载流子浓度 ni时，N型半导体中自由电子的热平衡浓度n 二混淆浓度Nd。（几个数量级：硅原子密度：10 22 cm刁；Nd :1015 : 1018 cm-3 ；常温时片：1O10cm兮）（4）N型半导体中空穴的热平衡浓度P。由半导体的热平衡条件
6、：P n二ni2，则20，一般Nd片，Po宀：ni定性讲解：由于“ ：.：Nd ：i ,所以空穴被复合的几率，P。関（5 ）电中性条件： 現二Nd . p，其中Nd为正离子浓度（6）N型半导体中，自由电子是多数载流子，简称多子；空穴是少许载流子，简称少子。当温度 T 时，多子浓度 n。“ Nd基本不变；而少子浓度由于 叫 ，所以P（7）5价杂质又称施主杂质，也叫 N型杂质。2、P型半导体（在单晶硅中掺进 3价杂质元素如硼 B） p4图1-1-53价杂质只有3个价电子，共价键缺少 1个价电子而出现一个空位，周边共价键的价电子很简单去填补空位，在价电子原来地址就形成空穴，同时杂质原子也变为负离子。
7、（1）混淆只产生空穴不产生自由电子；（2）硼原子变为负离子（杂质离子），但因固定在晶格中所以不参加导电。（3）当混淆浓度Na 热平衡本征载流子浓度 山时，P型半导体中空穴的热平 衡浓度P。混淆浓度Na。（4） P型半导体中自由电子的热平衡浓度no由半导体的热平衡条件:Po no 二 ni2，则n 2 n 2no 二 i:-：，般Na:八 ni，no :： ： niPoNa（5）电中性条件：Po=Na - n。，其中Na为负离子浓度（1）扩散运动：当载流子浓度分布不均匀时，载流子从高浓度区向低浓度区的运动。运动方向与浓度梯度方向相反（2）扩散电流：载流子扩散运动产生的电流。电流密度的大小与浓度梯
8、度的大 小成正比。自由电子扩散电流方向同自由电子浓度梯度方向空穴扩散电流方向逆空穴浓度梯度方向 电子浓度分布空穴浓度分布（3）扩散电流是半导体中特有的，金属中不能能有扩散电流，由于金属中只有 自由电子一种载流子，不能能有不均匀的浓度分布。（6） P型半导体中，空穴是多子；自由电子是少子。当温度T时，空穴浓度Po基本不变；而自由电子浓度 no（7）3价杂质又称受主杂质，也叫 P型杂质。3、杂质补偿例：先掺5价磷，Nd二8101 6 7 cm 3，为N型半导体；再掺3价硼，Na =5 10 17 cm巧，由于凡二Nd，就由n型半导体变为P型半导体。四、两种导电体系-漂移和扩散1、漂移运动与漂移电流（1）漂移运动：在外电场作用下，载流子产生的定向运动。自由电子逆外电场方向运动；空穴顺外电场方向运动。（2）漂移电流：载流子漂移运动产生的电流，电流方向都是顺外电场方向2、扩散运动与扩散电流
