电子技术知识小结：第二章半导体器件.pdf

第二章半导体器件 §2.1 半导体的基本知识 2.1.1 导体、半导体和绝缘体 自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。 有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。 另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间， 称为半导体， 如锗、 硅、 砷化镓和一些硫 化物、氧化物等。 半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。比如： 1、当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。 （制作特殊器件） 2 、往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。 （有可控性） 2.1.2 本征半导体 一、本征半导体的结构特点 现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。 完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。 在硅和锗晶体中， 原子按四角形系统组成晶体点阵， 每个原子都处在正四面体的中心， 而四 个其它原子位于四面体的顶点， 每个原子与其相临的原子之间形成共价键， 共用一对价电子。 硅和锗的共价键平面结构（图） 共价键：相邻原子共有价电子所形成的束缚。 形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。 共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。 共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中， 称为束缚电子， 常温下束缚电子很难脱离共价 键成为自由电子。 二、本征半导体的导电机理 1、载流子、自由电子和空穴 在绝对 0 度（ T = 0K ）和没有外界激发时 ,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有 可以运动的带电粒子 ,它的导电能力为 0 ，相当于绝缘体。 载流子：运动的带电粒子称为 在常温下， 由于热激发， 使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚， 成为自由电子。 同时共价键上留下一个空位，称为空穴。 本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。 ２、本征半导体的导电机理描述 本征半导体中电流由两部分组成：自由电子移动产生的电流。空穴移动产生的电流。 本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。 常温下本征半导体中的自由电子很少， 所以本 征半导体的导电能力很弱。 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。 （温↑导电能力↑） 2.1.3 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质， 就会使半导体的导电性能发生显著变化。 其原因是掺 杂半导体的某种载流子浓度大大增加。 N 型半导体：使自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体） 。 P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体 , 也称为（空穴半导体） 。 （N 电 P 空） 一、 N 型半导体 掺入少量的五价元素磷（或锑） ，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激 - 1 - 发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。 （N ：自由电子 +正离子） N 型半导体中的载流子是：自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多 子），空穴称为少数载流子（少子） 二、 P 型半导体 掺入少量的三价元素， 如硼 （或铟），多产生一个空穴。 这个空穴可能吸引束缚电子来填补， 使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。 （P：空穴 +负离子） 2.2 PN 结及半导体二极管 2.2.1 PN 结 一、 PN 结的形成 在同一片半导体基片上，分别制造 P 型半