文档介绍：模拟电子技术 Analo g Electroni c Technology 桂林电子科技大学信息与通信学院杜洋 TE L: ********** QQ: 85133759 E-MAIL: 85133759@ 集成电路中的元件杜桂林电子科技大学 1. 什么是半导体: 电阻率ρ介于导体和绝缘体之间固体按导电性能上可分为三类: 第3页洋导体: ρ<10 -4? cm 如:金、银、铜、铝如:云母、陶瓷绝缘体: ρ>10 12? cm 半导体:ρ=10 -3~10 9? cm 如:硅Si(S ilicon)锗Ge(Germanium)***化镓 GaAs ρ=10 5? cm ρ= 3? cm ρ=10 9? cm : 对ρ影响较大的因素:杂质,温度,光照 半导体的基础知识杜桂林电子科技大学 :没有杂质、纯净的单晶体称为本征半导体. ?14?32 ?4 ?4惯性核一、本征半导体的共价键结构 1Si、Ge原子结构模型许多物理现象是由外层价电子数决定, 为了更方便研究价电子的作用常把原子核和内层电子看作一个整体,称为惯性核。价电电 2共价键结构根据原子的理论:原子外层电子有 8个才能处于稳定状态。因此Si(或 Ge )单晶体每个原子都从四周相邻原子得到4个价电子才能组成稳定状态。即每一个价电子为相邻原子核所共有,每相邻两个原子都共用一对价电子。形成共价键结构。当Si(或 Ge )原子组成单晶体后,各原子之间有序、整齐的排列在一起,原子之间靠得很近,价电子不仅受本原子的作用, 还要受相邻原子的作用。桂林电子科技大学杜洋?4?4?4?4?4?4?4?4?4 价电子至少要获得 E GO的能量才能挣脱共价键的束缚成为自由电子, 因此自由电子所占有的最低能级要比价电子可能占有的最高能级高出 E GO。E GO称为禁带宽度。电子能量导带量子力学证明: 原子中电子具有的能量状态是离散的,量子化的,每一个能量状态价带对应于一个能级,一系列能级形成能带。第5页 E g禁带+4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 本征半导体中的自由电子和空穴自由电子+4 空穴若T?,将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子,在原来的共价键中留下一个空位,称为空穴。 T?自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力, 但很微弱。空穴可看成带正电的载流子。二、本征半导体中的两种载流子第6页洋杜桂林电子科技大学三、本征半导体中载流子的浓度在一定温度下本征半导体中载流子的浓度是一定的,并且自由电子与空穴的浓度相等。 T =30 0K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n=p = 3×10 10 /cm 3本征锗的电子和空穴浓度:n=p = 8×10 13 /cm 3 复合本征激发动态平衡第7页洋带负电的自由电子带正电的空穴 ,自由电子和空穴总是成对出现, 称为电子-空穴对。 i和p i 表示, n i=p i。 4. 由于物质的运动,自由电子和空穴不断的产生又不断的复合。在一定的温度下,产生与复合运动会达到平衡,载流子的浓度就稳定了。 5. 载流子的浓度与温度密切相关,它随着温度的升高,基本按指数规律增加。第8页洋小结: 杂质半导体杂质半导体有两种 N型半导体 P型半导体第9页洋一、 N型半导体(Negative) 在硅或锗的晶体中掺入少量的 5价杂质元素, 如N型半导体(或称电子型磷、锑、***等,即构成半导体)。+4第 10 页洋+4 +4 +4 +4 +4 +4 +5 +4 N型半导体本征半导体掺入5价元素后,原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5个价电子,其中 4个与硅构成共价键,多余一个电子只受自身原子核吸引,在室温下即可成为自由电子。 5价杂质原子称为施主原子。自由电子浓度远大于空穴的浓度,因此, 电子称为多数载流子(简称多子),空穴称为少数载流子(简称少子)。