载流子数011.ppt

这是硅晶体结构示意图 每个硅原子贡献出4个外层电子 与周围4个硅原子形成共价键 共价键中的两个电子由相邻硅原子共享 自由电子 空穴 由于热运动、光照等原因，电子可能得到足够能量脱离共价键， 在晶格内自由运动，成为自由电子。 相应的共价键上缺少了一个电子，形成一个“空穴” 激发现象 自由电子 空穴 自由电子也可以被缺少电子的共价键（空穴）俘获 复合现象 这样自由电子和空穴会成对消失。 空穴本来表示缺少电子的共价键，并不是一种实际粒子 空穴的移动 当电子依次填充空穴时， 空穴 电场方向 空穴本来表示缺少电子的共价键，并不是一种实际粒子 空穴的移动 当电子依次填充空穴时， 看起来就像空穴在反向移动 因此可以将空穴看成一种带正电荷，质量比电子略重的粒子 电场方向 载流子数 0 1 1 电子和空穴能在电场作用下移动，形成电流，称为载流子； 只要温度高于绝对零度，激发和复合时刻在发生； 激发和复合动态平衡，使半导体中保持一定数目的载流子； 对于本征硅，电子数和空穴数总是相等的； 室温时本征硅内载流子浓度约为2.86x1010cm-3 自由电子 P+离子，带一个正电荷 电子型半导体（N型半导体）的形成 向硅晶体中掺杂5价元素，例如磷 磷原子与周围硅原子形成4个共价键 没有成键的电子，脱离原子的束缚变成自由电子 磷原子失去一个电子，变成带一个正电荷的P+离子 注意：P+离子固定于晶格中，是不能移动形成电流的 空穴型半导体（P型半导体）的形成 向硅晶体中掺杂3价元素，例如硼 硼原子可以夺取附近硅的电子，变成B-离子 B-离子与周围的硅形成4个共价键 晶体内出现了一个可以移动的空穴 注意：B-离子固定于晶格中，是不能移动形成电流的 空穴 掺杂能极大程度地改变半导体内的载流子数 单位体积内硅原子密度：5x1022/cm3 单位cm-3 电子浓度 空穴浓度 载流子浓度 本征硅 1.43x1010 1.43x1010 2.86x1010 掺杂1ppm磷 5x1016 0.41x106 ≈5x1016 掺杂1ppm硼 0.41x106 5x1016 ≈5x1016 百万分之一浓度的掺杂使载流子浓度增加了一百万倍！ PN结的形成 在本征硅中相邻区域 分别掺杂磷和硼元素 本征硅 N区(电子为多子) P区（空穴为多子） 粒子扩散流密度正比于浓度梯度 爱因斯坦 N区 P区 扩散运动中的电子与空穴相遇复合，P/N区界面附近载流子消失（耗尽） 扩散运动 对应的区域称为空间电荷区，或耗尽区、势垒区 载流子耗尽，留下不能移动的杂质离子，又称为空间电荷 空间电荷会形成电场，叫做PN结的内点场，方向由N至P 内电场 N区 P区 内电场 N区 P区 对面电子少，为什么不扩散过去啊？ 因为有电场，不让我们过去 内电场对载流子的作用 内电场阻止多子扩散 内电场促进少子漂移 正负电荷在电场中受力方向相反，电荷在电场力的作用下发生漂移运动 法拉第 空穴一样过不去啊，多子扩散被阻止了 我是N区少子，内电场推我过去 我是P区少子，我要漂移 内电场 N区 P区 正向偏压对PN结的影响 定义：VPVN为正向偏压，VPVN为反向偏压 外加正向偏压会产生由P指向N的外电场 外电场 负极 正极 耗尽区 在外电场作用下，耗尽区变薄，内电场减弱 电场变弱了，我们可以扩散过去了 多子扩散会形成较大的电流 P区和N区的多子相向扩散，产生了PN结正向电流 内电场 N区 P区 反向偏压对PN结的影响 外加反向偏压会产生由N指向P的外电场 外电场 负极 正极 耗尽区 在外电场作用下，耗尽区变厚，内电场增强 P区和N区的少子相向漂移，产生了PN结反向电流 由于少子的数量稀少，反向电流远小于正向电流