2022-2023學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：半導(dǎo)體物理的基本知識(shí)

半導(dǎo)體物理的基本知識(shí)

半導(dǎo)體物理的基本知識(shí)在自然界中，根據(jù)物質(zhì)導(dǎo)電能力的差別，可將它們劃分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。如：金屬如：橡膠、陶瓷、塑料和石英等等返回半導(dǎo)體：常見(jiàn)的半導(dǎo)體材料有：鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。其中最典型的半導(dǎo)體是硅Si和鍺Ge，它們都是4價(jià)元素。這種物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間。一.半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺最外層軌道上的四個(gè)電子稱為價(jià)電子。硅原子和鍺原子的結(jié)構(gòu)GeSi+4半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能是由其原子結(jié)構(gòu)決定的。為方便起見(jiàn)，常表示如下：半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)圖+4+4+4+4共價(jià)鍵共用電子對(duì)共價(jià)鍵正離子核二.本征半導(dǎo)體定義：純凈的、不含其他雜質(zhì)的半導(dǎo)體。在絕對(duì)溫度T=0K時(shí)，所有的價(jià)電子都被共價(jià)鍵緊緊束縛其中，不能成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣體。+4+4+4+4T=0K時(shí)本征半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)圖：溫度升高后，本征半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)圖+4+4+4+4動(dòng)畫(huà)演示自由電子空穴溫度升高后，本征半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)圖+4+4+4+4動(dòng)畫(huà)演示這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。所謂本征激發(fā)，就是由于隨機(jī)熱振動(dòng)致使共價(jià)鍵被打破而產(chǎn)生電子—空穴對(duì)的過(guò)程。電子空穴對(duì)溫度升高后，本征半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)圖+4+4+4+4電子空穴對(duì)復(fù)合：與本征激發(fā)現(xiàn)象相反，即自由電子遇到空穴并填補(bǔ)空穴，從而使兩者同時(shí)消失的現(xiàn)象。在一定溫度下，本征激發(fā)與復(fù)合這二者產(chǎn)生的電子－空穴對(duì)數(shù)目相等，達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡。溫度升高后，本征半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)圖+4+4+4+4電子空穴對(duì)注意：在本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)，故在任何時(shí)候，本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴數(shù)總是相等的。E＋－自由電子——帶負(fù)電荷，形成電子流兩種載流子空穴——視為帶正電荷，形成空穴流本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)制+4+4+4+4自由電子空穴電子流空穴流本征半導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的根本原因：共價(jià)鍵中空穴的出現(xiàn)?？昭ㄔ蕉?，載流子數(shù)目就越多，形成的電流就越大。自由電子——帶負(fù)電荷，形成電子流E＋－兩種載流子空穴——視為帶正電荷，形成空穴流本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)制+4+4+4+4自由電子空穴電