半导体基础知识入门学习.PPT

图1.1.4 自由电子进入空穴产生复合运动 复合： 自由电子和空穴相遇 温度T一定, ni（自由电子浓度） T↑→ =pi(空穴浓度） ni↑ =pi↑ 半导体由于热激发而不断产生电子空穴对，那么，电子空穴对是否会越来越多，电子和空穴浓度是否会越来越大呢？ +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。 可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。在外电场作用下，空穴可以自由在晶体中运动，从而和自由电子一样可以参加导电，载流子为自由电子和空穴，载流子越多，导电能力越强，但不如导体。 1.1.2 杂质半导体 在本征半导体中人为掺入微量的杂质，称为杂质半导体。 掺杂是为了显著改变半导体中的自由电子浓度或空穴浓度，以明显提高半导体的导电性能。 半导体的掺杂 在硅（锗）单晶中掺入少量三价元素（硼），则三价元素原子在晶格中缺少一个价电子，从而产生一个空穴。 空穴原因：掺杂（90％以上）＋本征激发（空穴、自由电子） 2. 三价元素掺杂——P(空穴) 型半导体 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － P 型半导体 这一现象称为受主电离。 空位很容易俘获邻近四价原子的价电子，即在 邻近产生一个空穴，空穴可以参与导电。 空位俘获电子后，使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂质。 负离子束缚于晶格中，不参与导电。 掺杂后 P 型半导体中的空穴浓度等于掺杂浓度。 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，它仍由热激发形成。 3. 五价元素掺杂——N(电子) 型半导体 在硅（锗）单晶中掺入少量五价元素(磷)，则五价元素原子在晶格中多余一个价电子。 1000个自由电子＝掺杂900个＋本征激发100个（100个空穴） + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + N 型半导体 多余价电子容易成为自由电子，可以参与导电。 提供自由电子后的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子称为施主杂质。 正离子束缚于晶格中，不参与导电。 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度等于掺杂浓度。 在 N 型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由掺杂形成；空穴是少数载流子，它仍由热激发形成。 P 型半导体和N 型半导体掺入微量杂质元素后,导电能力大大提高,但并不用来导电。呈电中性? 这一现象称为施主电离 在N型半导体中自由电子数等于正离子数和空穴数之和，自由电子带负电，空穴和正离子带正电，整块半导体中正负电荷量相等，保持电中性。 杂质半导体的示意表示法： － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － P(空穴) 型半导体 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + N (电子)型半导体 杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。 N型半导体 P型半导体 自由电子（掺杂形成）→ 多子 ←空穴（掺杂形成） 空穴（热激发形成）→ ←自由电子（热激发形成） 少子 呈电中性 综上所述： 4.载流子的产生与复合 产生：价电子获得额外的能量（激发能），从价带跃迁到导带，而产生载流子的过程。 产生的形式：本征激发（电子空穴对）、施主电离、受主电离。 复合：自由电子与空穴相遇，重新填入共价键中空穴的过程，复合使自由电子和空穴成对地消失。复合与产生是半导体的一对矛盾，在一定温度下，二者处于一定的动态平衡中。 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － P型半导体 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + N型半导体 在一块完整的本征硅（或锗）片上，用不同的掺杂工艺一边形成N型半导体，一边形成P型半导体。在这两种半导体交界面附近形成的一个特殊性质的薄层，称为PN结。 1.1.3 PN结 1. PN结的形成 漂移运动：在电场作用下，载流子的运动。→漂移电流 扩散运动：同类载流子由于浓度差引起的运动。→扩散电流 内电场 少子的漂移运动 P 型半导体 N 型半导体 内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。 扩散的结果使空间电荷区变宽。 － － － － － － －