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半导体基础知识
自然界的物体根据其导电能力(电阻率)的不同,可划分为导体、绝缘体和半导体。
u半导体(Semiconductor)
导电性能介于导体与绝缘体之间
典型的半导体有硅Si、锗Ge以及砷化镓(GaAs)等。
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晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构
共价键中的两个电子,称为价电子。
完全纯净的半导体,称为本征半导体。
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Si
Si
Si
价电子在获得一定能量(温度升高或受光照)后,即可挣脱共价键的束缚,成为自由电子(带负电),同时留下一个空位,称为空穴(带正电)。
这一现象称为本征激发。
温度愈高,晶体中产生的自由电子和空穴便愈多。
Si
在外电场的作用下,空穴吸引相邻原子的价电子来填补,而在该原子中出现一个空穴,其结果相当于空穴的运动(相当
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Si
Si
当半导体两端加上外电压时,在半导体中将出现两部分电流
(1)自由电子作定向运动→电子电流
(2)价电子递补空穴→空穴电流可以自由移动的带电粒子
自由电子和空穴都称为载流子。
注意:
(1)本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差;
(2)温度愈高,载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。
所以,温度对半导体器件性能影响很大。
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N型半导体
掺入五价元素
掺杂后自由电子数目大量增加,自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式,称为N型半导体。
2杂质半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质(某种元素),形成杂质半导体。
SiSi
p+
Si
在N型半导体中自由电子是多数载流子,空穴是少数载流子。
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多余电子
掺入三价元素
掺杂后空穴数目大量增加,空穴导电成为这种半导体的主要导电方式,称为P型半导体。
在P型半导体中空穴是多
子,自由电子是少子。
SiSi
.
Si
硼原子
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空穴
B
1、N型半导体中电子是多子,主要是由掺杂引起,
空穴是少子,由本征激发产生.
2、P型半导体中空穴是多子,电子是少子。
3、不管掺杂的是P型半导体还是N型半导体,其中载
流子的数量远远多于本征半导体,因而杂质半导体的
导电能力比本征半导体强。
小结
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O
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++
杂质半导体的示意表示法
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N型半导体
P型半导体
+
+++
+
+++
+
+
++
+
+
+
+
3.当温度升高时,少子的数量c
(a.减少、b.不变、c.增多)。
4.在外加电压的作用下,P型半导体中的电流
主要是b,N型半导体中的电流主要是a。
(a.电子电流、b.空穴电流)
1.在杂质半导体中多子的数量主要取决于a
(a.掺杂浓度、b.温度)有关。
2.在杂质半导体中少子的数量主要取决于b
(a.掺杂浓度、b.温度)有关。
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PN结
少子的漂移运动
内电场N型半导体
-
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-
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-
++++
+
+
+
+
++++++++++++++++
扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡,空间电荷区的厚度固定不变。
空间电荷区就是
PN结
-
-
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浓度差
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1.PN结的形成
形成空间电荷区
多子的扩散运动
P型半导体
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因浓度差
↓
多子的扩散运动→由杂质离子形成空间电荷区
↓
空间电荷区形成内电场
↓↓
内电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散
PN结的形成
在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:
最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡
空间电荷区的厚度固定不变形成PN结
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(1)PN结加正向电压(正向偏置)VPVN
PN
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