半导体物理基楚信息功能材料ppt课件.ppt

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1、半导体物理基础——p-n结1目录一、能带的基本概念二、半导体的分类三、P-N结2一、能带的基本概念能带（energyband）包括允带和禁带。允带（allowedband）：允许电子能量存在的能量范围。禁带（forbiddenband）：不允许电子存在的能量范围。允带又分为空带、满带、导带、价带。空带（emptyband）：不被电子占据的允带。满带（filledband）：允带中的能量状态（能级）均被电子占据。图1-2金刚石结构价电子能带图（绝对零度）3导带（conductionband）：有电子能够参与导

2、电的能带，但半导体材料价电子形成的高能级能带通常称为导带。价带（valenceband）:由价电子形成的能带，但半导体材料价电子形成的低能级能带通常称为价带。导带底Ec:导带电子的最低能量价带顶Ev:价带电子的最高能量禁带宽度Eg:Eg=Ec-Ev图1-3一定温度下半导体的能带示意图4图1-4导体、绝缘体、半导体的能带示意图能带被电子部分占满，在电场作用下这些电子可以导电禁带很宽，价带电子常温下不能被激发到空的导带禁带比较窄，常温下，部分价带电子被激发到空的导带，形成有少数电子填充的导带和留有少数空穴的价带

3、，都能带电3~6eV硅1.12eV锗0.67eV砷化镓1.42eV5二、半导体的分类（一）.本征半导体本征半导体是指纯净的半导体,导电性能在导体与绝缘体之间。1.本征半导体的能带结构例如半导体CdS(硫化镉)：满带上的一个电子跃迁到空带后，满带中出现一个带正电的空位，称为“空穴”。电子和空穴总是成对出现的。电子和空穴叫本征载流子，它们形成半导体的本征导电性。当光照h>ΔEg时，可发生本征吸收，形成本征光电导。62、电子和空穴被统称为载流子的原因如果共价键中的电子获得足够的能量，它就可以摆脱共价键的束缚，成

4、为可以自由运动的电子。这时在原来的共价键上就留下了一个缺位，因为邻键上的电子随时可以跳过来填补这个缺位，从而使缺位转移到邻键上去，所以，缺位也是可以移动的．这种可以自由移动的缺位被称为空穴．半导体就是靠着电子和空穴的移动来导电的．因此，电子和空穴被统称为载流子．（二）.杂质半导体杂质来源一）制备半导体的原材料纯度不够高；二）半导体单晶制备过程中及器件制造过程中的污染；三）为了半导体的性质而人为地掺入某种化学元素的原子。71、N型半导体四价的本征半导体Si、Ge等，掺入少量五价的杂质元素（如P、As等）形成电

5、子型半导体,称n型半导体。量子力学表明，这种掺杂后多余的电子的能级在禁带中紧靠空带处,杂质电离能∆ED～10-2eV，极易形成电子导电。该能级称为施主能级。在n型半导体中,电子是多数载流子而空穴是少数载流子82、P型半导体四价的本征半导体Si、Ge等，掺入少量三价的杂质元素（如B、Ga、In等）形成空穴型半导体，称p型半导体。量子力学表明，这种掺杂后多余的空穴的能级在禁带中紧靠满带处，杂质电离能∆EA～10-2eV，极易产生空穴导电。该能级称受主能级。在p型半导体中,空穴是多数载流子而电子是少数载流子。9

6、3、杂质的补偿作用实际的半导体中既有施主杂质（浓度nd），又有受主杂质（浓度na），两种杂质有补偿作用：若ndna——为n型（施主）若ndna——为p型（受主）利用杂质的补偿作用，可以制成p-n结。10综上所述Ⅲ族元素Ⅴ族元素掺入半导体，分别成为受主杂质施主杂质在禁带中引入了新的能级，分别为施主能级：比导带底低ΔED受主能级：比价带顶高ΔEA常温下，杂质都处于离化态施主杂质向导带提供电子而成为正电中心受主杂质向价带提供空穴而成为负电中心分别成为N型半导体P型半导体11三、P-N结1、p-n结定义：p型半

7、导体和n型半导体结合的交界面。2、p-n结的形成在一块纯净的半导体晶片上，采用特殊的掺杂工艺，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型半导体，在结合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p-n结。图1-5基本结构示意图图1-6p-n结的形成12单纯的p型或n型半导体，仅仅是导电能力增强而已，还不具备半导体器件所要求的各种特性。但如果形成一个p-n结。当p型半导体和n型半导体“结合”在一起时，由于p型半导体的空穴浓的高，自由电子的浓度低；而

8、n型半导体的自由电子浓度高，空穴浓度低，所以交界面两侧的载流子在浓度上形成了很大的差别。于是就在交界面附近产生了多数载流子的扩散运动。所谓扩散运动，就是载流子由浓度高的地方向浓度低的地方运动，即p区的多数载流子（空穴）向n区扩散，同时n区的多数载流子（电子）向p区扩散。平衡时，空间电荷区的宽度也达到稳定，电流为零。13内建电场：内建场阻止电子和空穴进一步扩散，空间电荷区中的正、负电荷间产生的电场，其方向由n区指向