常用半导体器件2.pptVIP

本征半导体中的自由电子和空穴 * 1.1 半导体的基础知识 1.3 双极型晶体管 1.4 场效应管 1.5 单结晶体管和晶闸管 1.2 半导体二极管 1.1 半导体基础知识 1.1.1 本征半导体 1.1.2 杂质半导体 1.1.3 PN结 1.1.1 本征半导体 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。 一、半导体定义： 特点:导电能力可控（受控于光、热、杂质等） 半导体的电阻率为10e-3～10e9 ??cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。 本征(intrinsic)半导体及其导电性： （1）本征半导体的共价键结构 （2）电子空穴对 （3）空穴的移动 本征半导体——化学成分纯净的半导体。 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。 它在物理结构上呈单晶体形态。 二、本征半导体的晶体结构 晶格 ：由原子构成空间排列有序的空间点阵。 硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子。这种结构的立体示意图见图。 它们分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。 半导体的共价键结构 硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构 三、本征半导体中的两种载流子 —— 电子空穴对 当半导体处于热力学温度0K时，半导体中没有自由电子。 常温下，极少数价电子成为自由电子。 当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。 自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。 本征激发：在热激发下产生电子空穴对。 这一现象称为本征激发，也称热激发。 空穴的移动： 自由电子的定向运动（外电场）形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，它们的方向相反。 空穴在晶格中的移动 空穴的运动 = 相邻共价键中的价电子反向（外电场）依次填补空穴来实现的。 本征半导体中，自由电子数目＝空穴数目。 本征半导体中： 电流＝电子电流＋空穴电流。 载流子：自由电子（－）与空穴（＋）。 可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为本征激发。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，成对消失，称为复合。 本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。 本征半导体中载流子浓度一定。 自由电子浓度＝空穴浓度。 本征激发和复合的过程： 四、本征半导体中载流子的浓度： 温度升高，自由电子、空穴增多，导电能力强。 温度降低，自由电子、空穴减少，导电能力弱。 1.1.2 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。 本征半导体缺点： 1、电子浓度=空穴浓度； 2、载流子少，导电性差，温度稳定性差！