文档介绍：第一章半导体器件
半导体器件是近代电子学的重要组成部分.
体积小、重量轻、使用寿命长、输入功率小、功率转换效率高等优点而得到广泛的应用。
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§ 半导体的基本知识
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、***化镓和一些硫化物、氧化物等。
半导体的电阻率为10-3~109 cm。
一、半导体及其特性
1、什么是半导体
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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。
Ge
Si
电子器件所用的半导体具有晶体结构,因此把半导体也称为晶体。
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2、半导体的导电特性
1)热敏性
与温度有关。温度升高,导电能力增强。
2)光敏性
与光照强弱有关。光照强,导电能力增强
3)掺杂性
加入适当杂质,导电能力显著增强。
3、常用半导体材料
1)元素半导体如:硅、锗
2)化合物半导体如:***化镓
3)掺杂或制成其他化合物半导体的材料
如;硼、磷、铟、锑
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1、本征半导体
化学成分纯净的半导体晶体。%,常称为“九个9”。
1)内部结构
一、半导体物质的内部结构和导电机理
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本征半导体的共价键结构
束缚电子
如硅晶体中,原子之间靠的很近,分属于每个原子的价电子受到相邻原子的影响,而使价电子为两个原子所共有,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。
在高度纯净的硅晶体中,所有外层电子均用于构成共价键,没有多余的自由电子,只有通过很强的力才能使电子脱离晶体束缚。
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本征半导体的共价键结构
束缚电子
在绝对温度T=0K时,所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中,不会成为自由电子,因此本征半导体的导电能力很弱,接近绝缘体。
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2)本征半导体的导电机理
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。
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。
电子—空穴对的产生
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这一现象称为本征激发,也称热激发。
当温度升高或受到光的照射时,束缚电子能量增高,有的电子可以挣脱原子核的束缚,而参与导电,成为自由电子。
自由电子
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
空穴
自由电子产生的同时,在其原来的共价键中就出现了一个空位,称为空穴。
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可见本征激发同时产生电子空穴对。
外加能量越高(温度越高),产生的电子空穴对越多。
与本征激发相反的现象——复合
在一定温度下,本征激发和复合同时进行,达到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。
常温300K时:
电子空穴对的浓度
硅:
锗:
自由电子
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
空穴
电子空穴对
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