半導(dǎo)體的基本知識(shí)

1、緒論 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)要點(diǎn)1、認(rèn)識(shí)模擬電子技術(shù)的特點(diǎn)及內(nèi)容2、了解半導(dǎo)體的特點(diǎn)3、掌握PN結(jié)的形成過(guò)程及特點(diǎn)一、概述1、模擬電路的特點(diǎn)模擬電路的特點(diǎn) 收音機(jī)，擴(kuò)音機(jī)等 注意模電電子技術(shù)與數(shù)字電子技術(shù)的區(qū) 別，數(shù)字電路只研究狀態(tài)，比如紅綠燈， 只看亮與滅，不考慮明暗程度。 2、電子技術(shù)的發(fā)展電子技術(shù)的發(fā)展基于電子元器件的發(fā)展電子管（真空管） 1904年，英國(guó)弗萊明發(fā)明了真空二極管，1907年，美國(guó)德福雷斯發(fā)明真空三極管晶體管 1948年，美國(guó)，巴丁、肖克利、布拉頓集成電路 20世紀(jì)60年代初大規(guī)模集成電路 60年代末，1000個(gè)以上的晶體管超大規(guī)模集成電路 1977年，日本 6.1mm5.8

2、mm，15萬(wàn) 多個(gè)3、課程的基本要求 認(rèn)識(shí)常見(jiàn)電子元器件 學(xué)會(huì)讀圖 學(xué)會(huì)常用分析方法 掌握常用儀器的使用二、半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1、半導(dǎo)體的特性半導(dǎo)體的特性導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱(chēng)為導(dǎo)體， 金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱(chēng)為絕緣體，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：另有一類(lèi)物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體 之間，稱(chēng)為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一 些硫化物、氧化物等。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：p當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化。p往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使它的導(dǎo)電能力明顯改變。2、本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體純凈的具有晶

3、體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱(chēng)為本征半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅(14)和鍺(32)，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。GeSi在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成共價(jià)鍵共價(jià)鍵，共用一對(duì)，共用一對(duì)價(jià)電子。價(jià)電子。硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共價(jià)鍵共用電子對(duì)共用電子對(duì)+4+4+4+4形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。定結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子

4、規(guī)則排列，形成晶體。原子規(guī)則排列，形成晶體。共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱(chēng)為束縛在共價(jià)鍵中，稱(chēng)為束縛束縛電子電子，常溫下束縛電子很難，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為脫離共價(jià)鍵成為自由電子自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。導(dǎo)電能力很弱。在絕對(duì)在絕對(duì)0度度（-273.16）和沒(méi)有外界激發(fā)時(shí)和沒(méi)有外界激發(fā)時(shí), ,價(jià)電子完價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)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)的帶電粒子體中沒(méi)有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即（即載流子載流子），它的導(dǎo)電能力），它的導(dǎo)電

5、能力為為 0，相當(dāng)于絕緣體。相當(dāng)于絕緣體。在常溫（在常溫（300K300K）下，由）下，由于熱激發(fā)于熱激發(fā), ,使一些價(jià)電子獲得使一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為縛，成為自由電子自由電子，同時(shí)共價(jià)，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱(chēng)為鍵上留下一個(gè)空位，稱(chēng)為空穴空穴。半導(dǎo)體中的半導(dǎo)體中的載流子載流子+4+4+4+4自由自由電子電子空穴空穴束縛電子束縛電子本征半導(dǎo)體中本征半導(dǎo)體中自由電子自由電子和和空穴空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的，而且數(shù)量相總是成對(duì)出現(xiàn)的，而且數(shù)量相等，稱(chēng)為等，稱(chēng)為電子空穴對(duì)。電子空穴對(duì)。+4+4+4+4在電場(chǎng)力的作用下，自由電在電場(chǎng)力的作用下，自由電子

6、作定向移動(dòng)，空穴也會(huì)吸子作定向移動(dòng)，空穴也會(huì)吸引附近的價(jià)電子來(lái)依次填補(bǔ)引附近的價(jià)電子來(lái)依次填補(bǔ),結(jié)果相當(dāng)于空穴也作定向移結(jié)果相當(dāng)于空穴也作定向移動(dòng)，而空穴的移動(dòng)相當(dāng)于正動(dòng)，而空穴的移動(dòng)相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此也可以認(rèn)電荷的移動(dòng)，因此也可以認(rèn)為空穴是為空穴是載流子載流子。自由電子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中如果與自由電子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中如果與空穴相遇就會(huì)填補(bǔ)空穴而消失空穴相遇就會(huì)填補(bǔ)空穴而消失,稱(chēng)為稱(chēng)為復(fù)合復(fù)合；在一定的溫度下，；在一定的溫度下，熱激發(fā)產(chǎn)生的自由電子與空穴熱激發(fā)產(chǎn)生的自由電子與空穴對(duì)，與復(fù)合的自由電子與空穴對(duì)，與復(fù)合的自由電子與空穴對(duì)數(shù)目相等，故達(dá)到對(duì)數(shù)目相等，故達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)

7、電能力取決于本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度，在一定溫度下載流子的濃度，在一定溫度下,載流子的濃度是一定的，載流子的濃度是一定的，溫度溫度越高，載流子的濃度越高，越高，載流子的濃度越高，本本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：組成： 自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流，電流， 空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流自由電子自由電子和和空穴空穴都參與導(dǎo)電都參與導(dǎo)電雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(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)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。其原因是摻使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯

8、著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加了。雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加了。P 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)元素在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)元素(如硼如硼)構(gòu)成的雜質(zhì)半導(dǎo)體。構(gòu)成的雜質(zhì)半導(dǎo)體。N 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)元素在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)元素( (如磷如磷) )構(gòu)成的雜質(zhì)半導(dǎo)體。構(gòu)成的雜質(zhì)半導(dǎo)體。N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多余電子因不受共價(jià)鍵的束縛成為多余電子因不受共價(jià)鍵的束縛成為自由電子自由電子，同時(shí)磷原子就成為同時(shí)磷原子就成為不能移動(dòng)的帶正電的離子，稱(chēng)為不能移動(dòng)的帶正電的離子，稱(chēng)為施主原子。施主原子。另外另外N 型半導(dǎo)體中還有少量的空穴，其濃度遠(yuǎn)小

9、于自由電子的濃型半導(dǎo)體中還有少量的空穴，其濃度遠(yuǎn)小于自由電子的濃度，所以把自由電子稱(chēng)為度，所以把自由電子稱(chēng)為多數(shù)載流子多數(shù)載流子，空穴稱(chēng)為空穴稱(chēng)為少數(shù)載流子，少數(shù)載流子，簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱(chēng)稱(chēng)多子多子和和少子少子。 negative在本征半導(dǎo)體中摻入在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)元素五價(jià)元素多余電子多余電子磷原子磷原子+N型硅表示型硅表示P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體P 型半導(dǎo)體中空穴是型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子多數(shù)載流子，電子是電子是少少數(shù)載流子數(shù)載流子 positivepositive當(dāng)附近硅原子的外層電子由于熱運(yùn)動(dòng)填補(bǔ)空穴時(shí)，硼原子成當(dāng)附近硅原子的外層電子由于熱運(yùn)動(dòng)填補(bǔ)空穴時(shí)，硼原子成為不可移動(dòng)的負(fù)離子。硼原子稱(chēng)為為不可移動(dòng)的負(fù)離子。硼原子稱(chēng)為受主原子受主原子。在本征半導(dǎo)體中摻入在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)元素三價(jià)元素空穴空穴硼原子硼原子P型硅表示型硅表示雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法雜質(zhì)半導(dǎo)