1.第二章二极体的物理性质及特性.DOC

二極體的物理性質及特性 Ⅰ.一.1.半導體→二極體→電晶體 2.半導體(Semiconductor) (1)semi半 (2)conductor導體 3.電阻率(ρ，resistivity，Ω-cm)， 導體 半導體 絕緣體 10-6~10-4 10-3~108 108~1018 (Ω-cm) (Ω-cm) (Ω-cm) 4.半導體是一種材料，它的導電能力介於導體(低電阻率)與絕緣體(極高電 阻率)之間 二.半導體材料 1.元素半導體：鍺(Ge)、矽(Si) (1)鍺(Germanium)，1950年代 缺點：①高溫下產生很大漏電流 ②氧化物是水溶性，製造上相當困難 (2)矽(Silicon)，自1960年代初期起，矽大多取代了鍺 ☆主要原因：①含量佔地球表層元素（量豐） ②漏電流較低（低漏） ③價格低（便宜） ④高品質SiO2，可直接由加熱產生，製造容易而經濟（又好做） 2.化合物半導體：許多化合物半導體，具有矽所沒有的光和電特性 如：GaAs(砷化鎵) ①電子遷移率(mobility)特高 ②吸、放光效率高 三. 絕緣體 半導體 導體 能帶 結構 導電 性 不導電 T＜T0類似絕體 T＞T0類似導體 可導電 導電 粒子 無 自由電子、電洞 自由電子 溫室 效應 不導電 負溫電阻係數 (T↑R↓導電性↑) 正溫電阻係數 (T↑R↑導電性↓) 四.半導體特性 1.溫度：負溫電阻係數，T↑R↓ 2.雜質(外加的元素)：微量(1：Ⅱ.原子結構 1.原子 2.電子組態 層次 最大電子數(2N2) K(第1層) 2×12=2 L(第2層) 2×22=8 M(第3層) 2×32=18 N(第4層) 2×42=32 O(第5層) 2×52=50 P(第6層) 2×62=72 (1) 矽(Si)原子序：14?電子數：14 (2) 鍺(Ge)原子序：32?電子數：32 (3) 原子最外層殼(shell)上的電子稱為價電子 價電子＜4?容易失去電子(金屬＋) ＞4?容易得到電子(非金屬－) ＝4?矽、鍺 (4) 矽(Si)、鍺(Ge)的結構 ①價電子都是4個 ②每個矽(鍺)原子，都與其相鄰的4個原子各共用一個價電子使每個 矽(鍺)原子序最外層有8個價電子而達到穩定(八隅體學說：一原子 的價電子數=8時，呈穩定狀態) ③利用共同分享(sharing)價電子，使原子結合在一起的方式，稱為共價結合(convalent bonding) 3. 本(純)質(intrinsic)半導體：四價(未加雜質) 如：矽(Si)、鍺(Ge) 定義 四價(未加雜質) 如：矽(Si)、鍺(Ge) 能帶 傳導帶(conduction Band)自由電子 禁止帶；能(帶間)隙(Energy Gap；EG) 價電帶(valence Band)價電子 以EG判斷導電特性： 絕緣體：EG＞6eV 半導體：EG1~1.5 eV 導 體：EG0V (2)T↑R↓ Si Ge 0°K 1.21eV 0.78eV 室溫(25°C) 1.12eV 0.67eV 電子伏特(Electron Volts；eV) 能量單位 一個電子(帶能量1.6×10-19庫侖)通過1V電位差的電場所需的能量 1eV=1.6×10-19庫侖×1V =1.6×10-19焦耳(Joule) 五.1.矽的結構圖 2.矽的結構 (1)本質(純)半導體在絕對溫度0°K，價電子都被共價鍵束縛 →沒有傳導的自由載子 →猶如絕緣體 載子(carrier)：搬運電荷者（自由電子和電洞，