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2.2原子核外电子的排布 泡利不相容原理 最低能量原理 最多轨道规则（洪特规则） 第30页，共78页，2022年，5月20日，12点24分，星期四 1.3固体的能带理论与导电性 能带的形成 金属的能带结构与导电性 费米能级 半导体和绝缘体的结构与导电性 第31页，共78页，2022年，5月20日，12点24分，星期四 Chp2-1 电性材料－ 半导体材料semiconductor materials 第32页，共78页，2022年，5月20日，12点24分，星期四 金属、绝缘体、半导体的能带特征 Eg Eg 金属 绝缘体 半导体 价带 导带 第33页，共78页，2022年，5月20日，12点24分，星期四 共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。 Si、Ge形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。 共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。 +4 +4 +4 +4 一、本征半导体－不含杂质的半导体 第34页，共78页，2022年，5月20日，12点24分，星期四 本征半导体的导电机理 在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为 0，相当于绝缘体。 在常温下，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。 1.载流子、自由电子和空穴 这一现象称为本征激发，也称热激发。 第35页，共78页，2022年，5月20日，12点24分，星期四 价带 EF (T= 0K) 导带 Eg 跃迁 空穴 传导电子 导带电子和价带空穴浓度相等，称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合。本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。 满足这一关系的能量激发称为本征激发，相应产生的电导成为本征电导，本征半导体(intrinsic semiconductor)。 第36页，共78页，2022年，5月20日，12点24分，星期四 +4 +4 +4 +4 在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。 本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。 第37页，共78页，2022年，5月20日，12点24分，星期四 温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。 本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。 总电导率 第38页，共78页，2022年，5月20日，12点24分，星期四 本征半导体的电导率与温度的关系 本征半导体的电导率基本上随温度的升高呈指数增长。 温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。 利用此关系式，可求其禁带宽度Eg 第39页，共78页，2022年，5月20日，12点24分，星期四 本征半导体的载流子浓度 第40页，共78页，2022年，5月20日，12点24分，星期四 二、 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。 P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。 N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。 第41页，共78页，2022年，5月20日，12点24分，星期四 （一）、N 型半导体 在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素P（或As、Sb），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。 第42页，共78页，2022年，5月20日，12点24分，星期四 +4 +4 +5 +4 多余 电子 磷原子 N 型半导体中的载流子是什么？ 1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。 掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。 第43页，共78页，2022年，5月20日，12点24分，星期四 (二)、P 型半导体 在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如B（或Al、Ga、In），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼