第6章半導體基本知識講解

第6章半導體基本知識

6.1半導體及其特性

6.2本征半導體和雜質(zhì)半導體

6.3PN結6.1半導體及其特性自然界中的物質(zhì)，按照它們的導電能力可分為導體、絕緣體和半導體三類。導電性介于導體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導體，如硅(Si)、鍺(Ge)、硒(Se)、砷化稼以及大多數(shù)金屬氧化物和硫化物等半導體的最大特點是其導電能力受溫度、光照、摻雜等影響很大。一般說來，半導體材料有三個特點:(1)大部分半導體的導電能力隨溫度升高而增強。(2)半導體的導電能力隨光照強度的變化而變化。(3)如果在純凈的半導體中摻入微量的其他元素(通常稱作摻雜)，半導體的導電能力會隨著摻雜濃度的變化而發(fā)生顯著變化。返回6.2本征半導體和雜質(zhì)半導體6.2.1本征半導體本征半導體就是完全純凈的具有品體結構(即原子排列按一定規(guī)律排得非常整齊)的半導體。典型的半導體材料有硅(Si)和鍺(Ge)，它們都是四價元素，即每個原子的最外層有四個價電子，其原子結構如圖6一1所示。每相鄰原子之間都共有一對電子，使相鄰兩原子緊密地聯(lián)系在一起，形成共價鍵結構，如圖6-2(a)所示。硅和鍺等半導體材料都是晶體結構，因此，用半導體材料制成的二極管和三極管等又叫晶體管。下一頁返回6.2本征半導體和雜質(zhì)半導體在溫度接近絕對零度(-273℃)時，共價鍵中的價電子被束縛得很緊，本征半導體基本上沒有自由電子，不能導電，此時就是一個絕緣體。在室溫下，共價鍵中的價電子受熱的激勵，使少量價電子獲得足夠多的能量后擺脫共價鍵的束縛而成為自由電子，這時在原來的位置上留下一個空位，叫做空穴，如圖6-2(b)所示。自由電子帶負電，空穴因失去電子而帶正電。在本征半導體中，有了一個自由電子，就必然產(chǎn)生一個空穴，兩者的數(shù)量相等。電子和空穴不斷地產(chǎn)生，也不斷地復合，在一定的溫度下，半導體材料中保持一定數(shù)量的自由電子和空穴。上一頁下一頁返回6.2本征半導體和雜質(zhì)半導體6.2.2雜質(zhì)半導體本征半導體載流子數(shù)目一般是很少的，還不能用它來制造半導器件。若在本征半導體內(nèi)摻入少量的雜質(zhì)元素，情況就大不一樣了。為了提高半導體的導電能力，可在本征半導體中摻入微量某種元素，被摻入的微量元素叫做半導體的雜質(zhì)，摻入雜質(zhì)后的半導體叫雜質(zhì)半導體,雜質(zhì)半導體有N型和P型兩類1.N型半導體在本征半導體硅(或鍺)的晶體中摻入微量的五價元素磷P(或砷As,銻Sb)，使某些位置的硅原子被磷原子代替。由于每個磷原子的最外層有五個電子，其中四個電子分別與鄰近的四個硅原子的電子相結合組成四對共有電子形成共價鍵以外，還多出一個受原子核束縛較弱的電子，而成為自由電子，如圖6-4所示上一頁下一頁返回6.2本征半導體和雜質(zhì)半導體可見，摻入磷原子的結果，使品體中自由電子大量增加，自由電子成為半導體導電的多數(shù)載流子，使半導體的導電能力顯著增強，這種主要靠電子導電的半導體稱為電子型半導體或N型半導體2.P型半導體在本征半導體硅(或鍺)的晶體中摻入微量的三價元素硼B(yǎng)(或鋁Al,稼Ga,銦In)，由于硼原子的最外層只有三個電子，當它與鄰近的四個硅原子相結合而形成共價鍵時，就自然提供了一個空穴，如圖6-5所示。在這種半導體中，由于摻入了微量雜質(zhì)元素硼，半導體中空穴的數(shù)目大大的增加，空穴數(shù)目的增加也同樣增加了電子和空穴的復合機會，使自由電子數(shù)目減少。因此，在半導體中，空穴數(shù)目遠遠大于電子數(shù)目，空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子。這類半導體主要靠空穴導電，稱為空穴半導體或P型半導體。上一頁返回6.3PN結6.3.1PN結的形成當把P型半導體和N型半導體用一定的工藝結合在一起時，在它們的交界面處形成一個帶電的空間電荷區(qū)，稱為PN結。下面講述PN結的形成過程。當P型半導體和N型半導體結合在一起時，由于交界面兩側(cè)載流子的濃度差別較大，故在交界面附近產(chǎn)生多數(shù)載流子的擴散運動。由于N區(qū)中的電子濃度遠大于P區(qū)中電子濃度，因此電子將從N區(qū)向P區(qū)擴散;同樣，P區(qū)的空穴也將向N區(qū)擴散，如圖6一6(a)所示

下一頁返回6.3PN結在擴散之前，P型半導體和N型半導體都是電中性的，在交界面處沒有電場。擴散開始后，在靠近交界面處，N區(qū)一邊由于跑掉了自由電子而剩下不可移動的正離子層;P區(qū)一邊由于跑掉了空穴而剩下不可移動的負離子層，結果形成一個空間電荷區(qū)。同時，正、負離子集中在交界面附近就會形成一個電場，稱為內(nèi)電場，其方向是由N區(qū)指向P區(qū)，如圖6一6(b)所示6.3.2PN結的單向?qū)щ娞匦?.正向?qū)ㄌ匦栽赑N結兩端加上不同極性的外加電壓時，PN結呈現(xiàn)不同的導電性。如果將PN結的P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負極，稱為給PN結加上正向電壓(或稱正向偏置)，如圖6一7所示。上一頁下一頁返回6.3PN結2.反向截止特性如果將PN結的N區(qū)接在電源的正極，P區(qū)接在電源的負極，稱為給PN結加上反向電壓或稱反向偏置)，如圖6一8所示。上一頁返回圖6一1硅、鍺原子結構返回圖6一2硅單晶體的結構返回圖6一2硅單晶體的結構返回圖6一4硅晶體

中摻磷出現(xiàn)自由電子返回圖6一5硅

晶體摻硼出現(xiàn)空穴返回圖6一6PN結的形成返回圖6一6PN結的形成返回圖6一7PN結正向?qū)ǚ祷貓D6一8PN結反向截止返回1、字體安裝與設置如果您對PPT模板中的字體風格不滿意，可進行批量替換，一次性更改各頁面字體。在“開始”選項卡中，點擊“替換”按鈕右側(cè)箭頭，選擇“替換字體”。（如下圖）在圖“替換”下拉列表中選擇要更改字體。（如下圖）在“替換為”下拉列表中選擇替換字體。點擊“替換”按鈕，完成。192、替換模板中的圖片模板中的圖片展示頁面，您可以根據(jù)需要替換這些圖片，下面介紹兩種替