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四、杂质半导体
引言:杂质半导体:在本征半导体中人为掺入某种“杂质”元素形成的半导体。分为N型半导体和P型半导体。
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在本征Si和Ge中掺入微量V族元素后形成的杂质半导体称为N型半导体。所掺入V族元素称为施主杂质,简称施主(能供给自由电子)。
图1-7
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在本征Si和Ge中掺入微量Ⅲ族元素后形成的杂质半导体称为N型半导体。所掺入Ⅲ族元素称为受主杂质,简称受主(能供给自由电子)。P型半导体中,空穴为多子,自由电子为少子。
图1-8
:少量掺杂,平衡状态下:ni2=n0−p0其中,ni为本征浓度,n0为自由电子浓度,p0为空穴浓度图1-9杂质半导体的电荷模型,图中少子未画出来。温度T增加,本征激发加剧,但本征激发产生的多子远小杂质电离产生的多子。
★半导体工作机理:杂质是电特性。
Si半导体比Ge半导体有更高的温度。因为同温度时,Si半导体比Ge半导体本征激发弱,更高的温度时Si半导体才会失去杂质导电特性。
图1-9
五、漂移电流和扩散电流
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载流子受外电场力作用做宏观定向运动形成漂移电流。
漂移电流与电场强度、载流子浓度成正比。
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因扩散运动形成的电流,称为扩散电流。扩散运动:因载流子浓度差而产生的载流子宏观定向运动。
物理现象:半导体(N型P型)内的载流子浓度分布不规则,无规则热运动,载流子从高浓度向低浓度方向净迁移。
§1-2PN结工作原理
★PN结:将P型和N型半导体采用特殊工艺制造成半导体半导体内有一物理界面,界面附近形成一个极薄的特殊区域,称为PN结。
一、PN结的形成:
▼内电场:由N区指向P区的电场E。阻止两区多子的扩散。
电场E产生的两区少子越结漂移电流将部分抵消因浓差产生的使两区多子越结的扩散电流。
扩散进一步进行,空间电荷区内的暴露离子数增多,电场E增强,漂移电流增大,当扩散电流=漂移电流时,达到平衡状态,形成PN结。无净电流流过PN结。
▼其强弱与材料有关,一般Si:;。
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P型半导体
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N型半导体
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扩散运动
内电场E
漂移运动
扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽,空间电荷区越宽。
内电场越强,就使漂移运动越强,而漂移使空间电荷区变薄。
空间电荷区,
也称耗尽层。
图1-10
二、PN结的特点:
***区,内建电场和内建电位差
φ0(内建电压)。
。
:内建电场E阻止两区多子越结扩散。
PN结又称势垒区:
。
◆空间电荷区中没有载流子。
◆空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴、N区中的电子(都是多子)向对方运动(扩散运动)。
◆P区中的电子和N区中的空穴(都是少),数量有限,因此由它们形成的电流很小。
注意:
图1-11
三、PN结的单向导电特性:
无外接电压的PN结→开路PN结,平衡状态PN结;PN结外加电压时→外电路产生电流有两种情况:
(简称正偏)PN结:图1-10
PN结外加直流电压V:P区接高电位(正电位),N区接低电位(负电位)→正偏→正向电流
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_
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+
+
+
R
E
内电场
外电场
变薄
内电场被削弱,多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流。
图1-12