沈陽航空航天大學(xué)半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性

沈陽航空航天大學(xué)半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性第一頁，共12頁。§14.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料。常見的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、硒及許多金屬的氧化物和硫化物等。半導(dǎo)體材料多以晶體的形式存在。半導(dǎo)體材料的特性：純凈半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很差；溫度升高——導(dǎo)電能力增強；光照增強——導(dǎo)電能力增強；摻入少量雜質(zhì)——導(dǎo)電能力增強。熱敏特性光敏特性摻雜特性第二頁，共12頁。本征半導(dǎo)體——完全純凈、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體14.1.1本征半導(dǎo)體常用的半導(dǎo)體為硅(Si)和鍺(Ge)。其共同特征是四價元素，每個原子最外層電子數(shù)為4。++SiGe金剛石結(jié)構(gòu)第三頁，共12頁。提純的硅材料可形成單晶——單晶硅相鄰原子由外層電子形成共價鍵價電子受到激發(fā)，形成自由電子并留下空穴。半導(dǎo)體中的自由電子和空穴都能參與導(dǎo)電。半導(dǎo)體具有兩種載流子。而金屬中只有一種載流子。自由電子和空穴同時產(chǎn)生價電子硅原子實空穴自由電子復(fù)合：自由電子與空穴復(fù)合，載流子消失。第四頁，共12頁。(1)本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴是成對出現(xiàn)也是成對消失的。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生與復(fù)合會達(dá)到動態(tài)平衡。載流子濃度與溫度有關(guān)。溫度愈高，導(dǎo)電性能愈好——半導(dǎo)體器件的溫度特性很強。(2)半導(dǎo)體中的價電子還會受到光照而激發(fā)形成自由電子并留下空穴。光強增大，半導(dǎo)體導(dǎo)電能力增強。故半導(dǎo)體器件對光照很敏感。(3)雜質(zhì)原子對導(dǎo)電性能的影響將在下面介紹。第五頁，共12頁。14.1.2N型半導(dǎo)體和P型半體(1)本征半導(dǎo)體與摻雜半導(dǎo)體在常溫下，本征半導(dǎo)體的兩種載流子數(shù)量極少，導(dǎo)電能力相當(dāng)?shù)?。如果在半?dǎo)體晶體中摻入微量雜質(zhì)元素，將得到摻雜半導(dǎo)體。——導(dǎo)電能力大大提高。例如，在硅單晶摻入10-6濃度的硼原子后，摻雜硅的電阻率就從大約2×103Ω·m減小到2×10-3Ω·m。由于雜質(zhì)元素的性質(zhì)不同，摻雜半導(dǎo)體可分為兩大類——N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。第六頁，共12頁。(2)

N型半導(dǎo)體P+在硅或鍺的晶體中摻入微量磷(五價元素)原子。磷原子與相鄰四個硅原子形成共價鍵，最外層將有9個電子，其中一個將形成激發(fā)態(tài)的自由電子。SiSiSiSiSiSiSiPSiSiSiSi多余電子第七頁，共12頁。摻入磷雜質(zhì)的硅半導(dǎo)體晶體中，自由電子將是多數(shù)載流子。這種半導(dǎo)體稱為電子型半導(dǎo)體或N(Negtive)型半導(dǎo)體。室溫情況下，本征硅中n0=p0~1.51010/cm3。且n·p=2.21020/cm3。當(dāng)磷摻雜量在10–6量級時，電子載流子數(shù)目將增加幾十萬倍。第八頁，共12頁。(3)P型半導(dǎo)體當(dāng)在硅或鍺的晶體中摻入微量硼(三價元素)原子，硼原子與周圍的四個硅原子形成共價鍵，其外層電子數(shù)將是7，可形成一個空穴。B+SiSiSiSiSiSiSiBSiSiSiSi空穴第九頁，共12頁。摻硼半導(dǎo)體中，空穴的數(shù)目遠(yuǎn)大于自由電子的數(shù)目?？昭槎鄶?shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子，這種半導(dǎo)體稱為空穴型半導(dǎo)體或

P(Positive)型半導(dǎo)體。一般情況下，摻雜半導(dǎo)體中多數(shù)載流子的數(shù)量可達(dá)到少數(shù)載流子的1010倍或更多，電子載流子數(shù)目將增加幾十萬倍。不論是N型半導(dǎo)體還是