第3节 半导体基础知识课件.pptVIP

导体：电阻率10-6~10-3Ω˙cm 绝缘体：电阻率1012Ω˙cm 半导体：绝缘体电阻率导体 允带：允许被电子占据的能带称为允带。 禁带：界于导带和价带之间的区域称为禁带。 满带：被电子占满的允带。 价带：原子最外层电子为价电子，这一层分裂所形成的能带 为价带。 导带：价带以上的空带中，能量最低的能带称为导带。 空带：没有电子进入的能带称为空带 价带导电：价带中的一些电子在外界作用下跃迁到导带，留下”空位“，在外电场作用下，这些”空位“会被其它电子补充。新产生的”空位“又会被重新补充，从而形成电流。 第 一 章 光电检测应用基础 第一章 光电检测应用基础 辐射度学和光度学基本概念 郎伯余弦定律 黑体辐射定律 光电效应 光电探测器的噪声和特性 下 页 半导体基础知识√ 返 回 本征半导体 热平衡下载流子浓度 第 3 节 半导体基础知识 非平衡下载流子浓度 载流子的扩散与漂移 N型半导体 掺杂半导体 P型半导体 载流子 能带结构 能带的形成 能带理论 晶体 1、能带的形成 原子能级：在孤立原子中，原子核外的电子按照一定的壳层排列，每一壳层容纳一定数量的电子。每个壳层上的电子具有分立的能量值，也就是电子按能级分布。为简明起见，在表示能量高低的图上，用一条条高低不同的水平线表示电子的能级，此图称为电子能级图。 晶体能带（Enegy Band）：晶体中大量的原子集合在一起，而且原子之间距离很近，致使离原子核较远的壳层发生交叠，壳层交叠使电子不再局限于某个原子上，有可能转移到相邻原子的相似壳层上去，也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去，这种现象称为电子的共有化。从而使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差异，与此相对应的能级扩展为能带。 电子共有化，能级扩展为能带示意图 a) 单个原子? b) N个原子 不同材料的能带表示 a) 绝缘体 b) 半导体 c) 金属 2、能带结构 晶体是由大量的原子有序组合而成，各个原子间的能量相近能级必须对应于整个晶体的多个能量稍有差别的能级，这些能级相互靠的很近，分布在一定的能量区域，称之为能带。 导带导电时，导带电子越多，导电能力越强；价带导电时，价带的电子”空位“越多，电子越少，导电能力越强。 电子和空穴统称为”载流子“。 3、晶体 ??? 1、现代固体电子与光电子器件大多由半导体 材料制备，半导体材料大多为晶体。 2、晶体中原子有序排列，非晶体中原子无序 排列。 3、晶体分为单晶与多晶： ??? 单晶——在一块材料中，原子全部作有规则的周期排列。 多晶——只在很小范围内原子作有规则的排列，形成小晶粒，而晶粒之间有无规则排列的晶粒界隔开。 (a) 金刚石结构（Ge、Si晶体）? (b) 闪锌矿结构（GaAs晶体） （1）本征半导体 1、结构完整、纯净的半导体称为本征半导体。例如纯净的硅称为本征硅。 2、本征硅中，自由电子和空穴都是由于共价键破裂而产生的，所以电子浓度n等于空穴浓度p，并称之为本征载流子浓度ni。 3、ni随温度升高而增加，随禁带宽度的增加而减小。 4、室温下硅的ni约为1010/cm3。 半导体导电特性分析： 硅原子外层4个电子与相邻原子形成共价键 形成原子外层有8个电子的稳定结构 共价键上电子束缚力较小 受激 跃过禁带且占据价带上的能带（电子跃迁） 电子由价带跃迁到导带形成自由电子 电场作用 形成电流 价带中产生自由空穴 外场作用 电子填补空缺 若空穴发生定向移动 形成电流 （2）掺杂半导体（非本征半导体） 半导体中人为地掺入少量杂质形成掺杂半导体。 掺杂半导体分为施主能级和受主能级 施主能级：释放电子，能级靠近导带低部，电子浓度高。 受主能级：接受电子，能级靠近价带顶部，空穴浓度高。 据此又分为N型半导体和P型半导体 杂质成分与含量对半导体导电性能影响很大。在技术上通常用控制杂质含量（即掺杂）来控制半导体导电特性。 1)N型半导体 1、在四价原子硅（Si）晶体中掺入五价原子，例如磷（P） 或砷（As），形成N型半导体。 2、在晶格中某个硅原子被磷原子所替代，五价原子用四个 价电子与周围的四价原子形成共价键，而多余一个电 子，此多余电子受原子束缚力要比共价键上电子所受束 缚力小得多，容易被五价原子释放，游离跃迁到导带上 形成自由电子。 3、易释放电子的原子称为施主，施主束缚电子的能量状态 称为施主能级ED。ED位于禁带中，较靠近材料的导带