半导体分析和总结.docx

半导体 半导体 半导体定义 半导体定义 电阻率介于金属和绝缘体 [1]之间并有负的电阻温度系数的物质。锗和硅是最常用的半导体。 本征半导体 不含杂质的半导体称为本征半导体。受到热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，称为空穴。导带中的电子和价带中的空穴合称电子 - 空穴对，均能自由移动，即载流子。 ★在光照和热辐射条件下，半导体导电性有明显的变化。 共价键结构：相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子）不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。 自由电子的形成： 在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量， 挣脱共价键的束缚变成为 自由电子。 空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空 穴。 电子电流：在外加电场的作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电 流。 空穴电流：价电子按一定的方向依次填补空穴（即空穴也产生定向移 动），形成空穴电流。 本征半导体的电流：电子电流 +空穴电流。自由电子和空穴所带电荷极性不同，它们运动方向相反。 载流子：运载电荷的粒子称为载流子。本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。 载流子的浓度与温度的关系：温度一定，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。当温度升高时，热运动加剧，挣脱共价键束缚的自由电子增多，空穴也随之增多，导电性能增强；当温度降低，则载流子的浓度降低，导电性能变差。 结论：本征半导体的导电性能与温度有关。半导体材料性能对温度的敏感性，可制作热敏和光敏器件。 ★人为地掺入特定的杂质元素，半导体导电性能具有可控性。 杂质半导体 ：通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素， 可得到杂质半导体。 N 型半导体：在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了 N 型半导体。 多数载流子 ：N 型半导体中，自由电子的浓度大于空穴的浓度，称为多数载流子，简称多子。 少数载流子 ：N 型半导体中，空穴为少数载流子，简称少子。 P 型半导体：在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，形成 P 型半导体。 多子：P 型半导体中，多子为空穴。少子：P 型半导体中，少子为电子。 PN 结的形成 将 P 型半导体与 N 型半导体制作在同一块硅片上，在它们的交界面就形成 PN 结。 扩散运动：物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动，这种由于浓度差而产生的运动称为扩散运动。 空间电荷区：扩散到 P 区的自由电子与空穴复合，而扩散到 N 区的空穴与自由电子复合，所以在交界面附近多子的浓度下降， P 区出现负离子区， N 区出现正离子区，称为空间电荷区。 电场形成：空间电荷区形成内电场。空间电荷加宽，内电场增强，阻止 电场形成：空间电荷区形成内电场。空间电荷加宽，内电场增强，阻止 扩散运动的进行。 PN 结的单向导电性 P 端接电源的正极， N 端接电源的负极称之为 PN 结正偏。此时 PN 结如同一个开关合上，呈现很小的电阻，称之为导通状态。 P 端接电源的负极， N 端接电源的正极称之为 PN 结反偏，此时 PN 结处于截止状态。 当反向电压超过一定数值后，反向电流急剧增加，称之反向击穿。