半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性(精)

1、自然界的各種物質(zhì)就其導(dǎo)電性能來(lái)說(shuō)， 可以分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo) 體三大類。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間,如硅、錯(cuò)等，它們的 電阻率通常在1。-口氣泊之間。半導(dǎo)體之所以得到廣泛應(yīng)用，是因 為它的導(dǎo)電能力受摻雜、溫度和光照的影響十分顯著。如純凈的半導(dǎo) 體單晶硅在室溫下電阻率約為捫s 由，若按百萬(wàn)分之一的比例 摻入少量雜質(zhì)（如磷）后，其電阻率急劇下降為2m 0s.em ,幾乎降低了 一百萬(wàn)倍。半導(dǎo)體具有這種性能的根本原因在于半導(dǎo)體原子結(jié) 構(gòu)的特殊性。1.1.1本征半導(dǎo)體尸髓立?,峋育化模型圖1.1.1硅原子的簡(jiǎn)化模型常用的半導(dǎo)體材料是單晶硅（si）和單晶錯(cuò)（g 。所謂單晶， 是指整塊晶體中的

2、原子按一定規(guī)則整齊地排列著的晶體。 非常純凈的 單晶半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。1 .本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體錯(cuò)和硅都是四價(jià)元素，其原子結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.1.1所示。它們的最外層都有4個(gè)電子，帶4個(gè)單位負(fù)電荷。通常把原子核 和內(nèi)層電子看作一個(gè)整體，稱為慣性核。慣性核帶有4個(gè)單位正電荷, 最外層有4個(gè)價(jià)電子帶有4個(gè)單位負(fù)電荷，因此，整個(gè)原子為電中性。2 .本征激發(fā)在本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)原子與相鄰的四個(gè)原子結(jié)合。每一個(gè)原子的價(jià)電子與另一個(gè)原子 的一個(gè)價(jià)電子組成一個(gè)電子對(duì)。這對(duì)價(jià)電子是每?jī)蓚€(gè)相鄰原子共有的，它們把相鄰原子結(jié)合在一起，構(gòu)成 所謂共價(jià)鍵的結(jié)構(gòu)，如圖1.1.2所示。廣本征硅拱橋鍵結(jié)構(gòu)

3、二凝卷二一i ii ii i）1q i1 .|口空穴 自電子【：二？扶俳健圖1.1.2本征硅共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)一般來(lái)說(shuō)，共價(jià)鍵中的價(jià)電子不完全象絕緣體中價(jià)電子所受束縛那樣強(qiáng)，如果能從外界獲得一 定的能量（如光照、升溫、電磁場(chǎng)激發(fā)等），一些價(jià)電子就可能掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子，將這 種物理現(xiàn)象稱作為本征激發(fā)。理論和實(shí)驗(yàn)表明：在常溫（t= 300k）下，硅共價(jià)鍵中的價(jià)電子只要獲得大于電離能eg（=1.1ev）的能量便可激發(fā)成為自由電子。本征楮的電離能更小，只有 0.72ev o當(dāng)共價(jià)鍵中的一個(gè)價(jià)電子受激發(fā)掙脫原子核的束縛成為自由電子的同時(shí)，在共價(jià)鍵中便留下了一個(gè)空 位子，稱“三左” o當(dāng)空穴出現(xiàn)時(shí)，

4、相鄰原子的價(jià)電子比較容易離開(kāi)它所在的共價(jià)鍵而填補(bǔ)到這個(gè)空穴中 來(lái)使該價(jià)電子原來(lái)所在共價(jià)鍵中出現(xiàn)一個(gè)新的空穴，這個(gè)空穴又可能被相鄰原子的價(jià)電子填補(bǔ)，再出現(xiàn)新 的空穴。價(jià)電子填補(bǔ)空穴的這種運(yùn)動(dòng)無(wú)論在形式上還是效果上都相當(dāng)于帶正電荷的空穴在運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)方 向與價(jià)電子運(yùn)動(dòng)方向相反。為了區(qū)別于自由電子的運(yùn)動(dòng)，把這種運(yùn)動(dòng)稱為空穴運(yùn)動(dòng)，并把空穴看成是一種帶正電荷的載流子。在本征半導(dǎo)體內(nèi)部自由電子與空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的，因此將它們稱作為 電子-空穴對(duì)。當(dāng)自由電子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遇到空穴時(shí)可能會(huì)填充進(jìn)去從而恢復(fù)一個(gè)共價(jià)鍵，與此同時(shí)消失一個(gè)“電子-空穴”對(duì)，這一相反過(guò)程稱為復(fù)合。在一定溫度條件下，產(chǎn)生的“電子一空穴對(duì)”和復(fù)合的“電子一空穴對(duì)”數(shù)量相等時(shí)，形成相對(duì)平衡，這種相對(duì)平衡屬于 動(dòng)態(tài)平衡，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，“電子-空穴對(duì)”維持一定的數(shù)