必威体育精装版半导体的n型和p型.ppt

4.掺杂工艺简介 中等电流离子注入机的示意图 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 模拟电子技术基础 上页 下页 返回 半导体的n型、p型掺杂 教 师：黄辉 办公室：创新园大厦A1226 本章内容 * 1.半导体概述 2.本征半导体 3.杂质半导体 4.掺杂工艺简介 1.半导体概述 * 根据物体导电能力（电阻率）的不同，物质可分为导体(ρ10-1Ω·cm)、绝缘体(ρ109 Ω·cm)和半导体(10-1Ωρ109Ω·cm)三大类。 半导体应用极为广泛，因为它具有热敏性、光敏性、掺杂性等特殊性能。 1.半导体概述 * 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等，其都是4价元素（外层轨道上的电子通常称为价电子），其原子结构模型和简化模型如图所示。 1.半导体概述 * 每个原子最外层的价电子，不仅受到自身原子核的束缚，同时还受到相邻原子核的吸引。因此，价电子不仅围绕自身的原子核运动，同时也出现在围绕相邻原子核的轨道上。于是，两个相邻的原子共有一对共价电子，这一对价电子组成所谓的　　　。硅、锗原子的共价键结构如图所示。 2.本征半导体 * 纯净的、不含其他杂质的半导体称为本征半导体。 在室温下，本征半导体共价键中的价电子获得足够的能量，挣脱共价键的束缚成为自由电子，在原位留下一个空穴，这种产生电子-空穴对的现象称为本征激发。 在热力学温度零度（即T=０Ｋ，相当于-273℃）时，价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚，因此，晶体中没有自由电子。所以在T=０Ｋ时，半导体不能导电，如同绝缘体一样。 2.本征半导体 * 由于随机热振动致使共价键被打破而产生电子空穴对。 本征半导体中存在两种载流子：带负电的自由电子和带正电的空穴。分别用n和p表示自由电子和空穴的浓度，有n=p。 2.本征半导体 * 空穴、电子导电机理 由于共价键出现了空穴，在外加电场或其它的作用下，邻近价电子就可填补到这个空位上，而在这个电子原来的位置上又留下新的 空位，以后其他电子又可转移 到这个新的空位。这样就使共 价键中出现一定的电荷迁移。 空穴的移动方向和电子移动方 向是相反的。 3.杂质半导体 * 本征半导体中虽有两种载流子，但因本征载子浓度很低，导电能力很差。如在本征半导体中掺入某种特定杂质，成为杂质半导体后，其导电性能将发生质的变化。 N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷、砷）的半导体。 P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼、镓）的半导体。 3.杂质半导体 * 因五价杂质原子中只有四个价电 子能与周围四个半导体原子中的 价电子形成共价键，而多余的一 个价电子因无共价键束缚而很容 易形成自由电子。 n型半导体 在Ｎ型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 掺入少量五价杂质元素磷 P +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 P 多出一个电子 出现了一个正离子 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 P 3.杂质半导体 * 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子,因此五价杂质原子也称为施主杂质. 若用ND表示施主原子的浓度，n表示总自由电子的浓度，p表示少子空穴的浓度，则有如下的浓度关系： n = p + ND 上式表明，离子化的施主原子和空穴的正电荷必为自由电子的负电荷所平衡，以保持材料的电中性。 3.杂质半导体 * 应当注意，通过增加施主原子数可以提高半导体内的自由电子浓度，由此增加了电子与空穴的复合几率，使本征激发产生的少子空穴的浓度降低。由于电子与空穴的复合，在一定温度条件下，使空穴浓度与电子浓度的乘积为一常数，即 pn = pini 式中pini分别为本征材料中的空穴浓度和电子浓度，可以得到如下关系式： pn = ni2 3.杂质半导体 * p型半导体 因三价杂质原子在与硅原子 形成共价键时，缺少一个价 电子而在共价键中留下一个 空穴。 在Ｐ型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形 成 ；自由电子是少数载流子， 由热激发形成。 空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。 在本征半导体中掺入三价杂质元素硼 B +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 B 出现了一个空位 +4 +4 +4 +4 +4 +4 B +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 B +4 +4 负离子 空穴 3.杂质半导体 * 若用NA表示受主原子的浓度，n表示少子电子的浓度，p表示