文档介绍：半导体的基本知识
半导体材料
半导体的共价键结构
本征半导体、空穴及其导电作用
杂质半导体
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半导体材料
根据物体导电能力(电阻率)的不同,来划分导体、绝缘体和半导体。
半导体分类:
①元素半导体:硅Si和锗Ge
②化合物半导体:***化镓GaAs等
(半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间)
半导体特点:
①受外界光和热的激励时,导电能力发生显著变化;
②在纯净的半导体中加入微量杂质,导电能力显著增加。
原因是?
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半导体的共价键结构
硅和锗的原子
结构简化模型
硅和锗的晶体结构
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本征半导体、空穴及其导电作用
本征半导体——化学成分纯净、结构完整的半导体晶体。它在物理结构上呈单晶体形态。
空穴——共价键中的空位。
自由电子——带负电荷。
空穴的移动——空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次填充空穴来实现的。
空穴-电子对的产生:由于随机热振动致使共价键被打破,产生自由电子-空穴对。
空穴——带正电荷。
载流子——自由电子或空穴的移动,电荷的移动,实现导电,称载流子。电子和空穴是两种不同的载流子。
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本征半导体、空穴及其导电作用
本征半导体中空穴的数目与电子的数目一样多——浓度一样
×1012个原子中只有一个价电子打破共价键的束缚,成为自由电子。
由于随机热振动致使共价键被打破,产生自由电子-空穴对。
自由电子-空穴对的浓度与温度的关系?
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杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质,可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。
N型半导体——掺入五价杂质元素(如磷)的半导体。
P型半导体——掺入三价杂质元素(如硼)的半导体。
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1. N型半导体
杂质半导体
因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键,而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。
在N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由杂质原子提供;空穴是少数载流子,由热激发形成。
提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子,因此五价杂质原子也称为施主杂质。
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2. P型半导体
杂质半导体
因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时,缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。
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, 由热激发形成。
空穴很容易俘获电子,使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。
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3. 杂质对半导体导电性的影响
杂质半导体
掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响,一些典型的数据如下:
T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:
n = p =×1010/cm3
1
本征硅的原子浓度:
3
以上三个浓度基本上依次相差约106/cm3 。
2
掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度:
n=5×1016/cm3
×1022/cm3
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本征半导体、杂质半导体
本节中的有关概念
自由电子、空穴
N型半导体、P型半导体
多数载流子、少数载流子
施主杂质、受主杂质
end
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