1半导体的基础知识

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1、一、复习引入半导体的概念导电性能介于导体与绝缘体之间的物质称半导体。半导体的电阻率为10-3-1O^Q.cmo常用的半导体材料有硅（Si错（Ge,硒（Se）和碑化稼（GaAs）及其他金属氧化物和硫化物等，半导体一般呈晶体结构。二、新授（-）半导体的特性半导体之所以引起人们注意并得到广泛应用，其主要原因并不在于它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而在于它有如下几个特点：1.掺杂性在半导体中掺入微量杂质，可改变其电阻率和导电类型。2.温度敏感性半导体的电阻率随温度变化很敏感，并随掺杂浓度不同，具有正或负的电阻温度系

2、数。3.光敏感性光照能改变半导体的电阻率。根据半导体的以上特点，可将半导体做成各种热敏元件、光敏元件、二极管、三极管及场效应管等半导体器件。（二）本征半导体纯净的不含任何杂质、晶体结构排列整齐的半导体称为本征半导体。本征半导体的最外层电子（称为价电子）除受到原子核吸引外还受到共价键束缚，因而它的导电能力差。半导体的导电能力随外界条件改变而改变。它具有热敏特性和光敏特性，即温度升高或受到光照后半导体材料的导电能力会增强。这是由于价电子从外界获得能量，挣脱共价键的束缚而成为自由电子。这时，在共价键结构中留下相同数量

3、的空位，每次原子失去价电子后，变成正电荷的离子，从等效观点看，每个空位相当于带一个基本电荷量的正电荷，成为空穴。在半导体中，空穴也参与导电,其导电实质是在电场作用下，相邻共价键中的价电子填补了空穴而产生新的空穴，而新的空穴又被其相邻的价电子填补，这个过程持续下去，就相当于带正电荷的空穴在移动。共价键结构与空穴产生示意图如图1所示。7V_一V07,00/5/S/A图1共价健结构与空穴产生示意图(三)N型和P型半导休本征半导体的导电能力差，但是在本征半导体中掺入某种微量元素(杂质)后，它的导电能力可增加几十万甚

4、至几百万倍。1.N型半导体用特殊工艺在本征半导体掺入微量五价元素，如磷或碑。这种元素在和半导体原子组成共价键时，就多出一个电子。这个多出来的电子不受共价键的束缚，很容易成为自由电子而导电。这种掺入五价元素，电子为多数载流子,空穴为少数载流子的半导体叫电子型半导体，简称N型半导体。如图1-2(a)所示。2.P型半导体在半导体硅或错中掺入少量最外层只有3个电子的硼元素，和外层电子数是4个的硅或错原子组成共价键时,就自然形成一个空穴，这就使半导体中的空穴载流子增多，导电能力增强，这种掺入三价元素，空穴为多数载流子，而

5、自由电子为少数载流子的半导体叫空穴型半导体,简称P型半导体。如图2(b)所示b)P型半导体(a)N型半导体图2掺杂半导体共价键结构示意图(三)PN结P型或N型半导体的导电能力虽然大大增强，但并不能直接用来制造半导体器件。通常是在一块纯净的半导体晶片上，采取一定的工艺措施，在两边掺入不同的杂质，分别形成P型半导体和N型半导体，它们的交界面就形成了PN结。PN结是构成各种半导体器件的基础。1.PN结的形成在一块纯净的半导体晶体上，采用特殊掺杂工艺，在两侧分别掺入三价元素和五价元素。一侧形成P型半导体,另一侧形成N型

6、半导体如图3所示。P区的空穴浓度大，会向N区扩散，N区的电子浓度大则向P区扩散。这种在浓度差作用下多数载流子的运动称为扩散运动。空穴带正电，电子带负电，这两种载流子在扩散到对方区域后复合而消失，但在P型半导体和N型半导体交界面的两侧分别留下了不能移动的正负离子，呈现出一个空间电荷区，这个空间电荷区就称为PN结。PN结的形成会产生一个由N区指向P区的内电场，内电场的产生对P区和N区间多数载流子的相互扩散运动起阻碍作用。同时，在内电场的作用下，P区中的少数载流子电子、N区中的少数载流子空穴会越过交界面向对方区域运动

7、。这种在内电场作用下少数载流子的运动称漂移运动。漂移运动和扩散运动最终会达到动态平衡，PN结的宽度保持—定。P区区oOOe令•…空穴一-ooO申••—-电子oOOe令•••内电场图3PN结的形成2.PN结的单向导电性当PN结的两端加上正向电压，即P区接电源的正极,N区接电源的负极，称为PN结正偏，如图4(a)所示。(a)PN结正偏(b)PN结反偏图4PN结的单向导电性外加电压在PN上所形成的外电场与PN结内电场的方向相反，削弱了内电场的作用，破坏了原有的动态平衡,使PN结变窄，加强了多数载流子的扩散运动，形成较

8、大的正向电流。这时称PN结为正向导通状态。如果给PN外加反向电压，即P区接电源的负极，N区接电源的正极，称为PN结反偏，如图4(b)所示。外加电压在PN结上所形成的外电场与PN结内电场的方向相同，增强了内电场的作用，破坏了原有的动态平衡，使PN结变厚，加强了少数载流子的漂移运动，由于少数载流子的数量很少，所以只有很小的反向电流，一般情况下可以忽略不计。这时称PN结为反向截止状态。综上所