半导体的基本知识

1、绪论 半导体的基础知识学习要点1、认识模拟电子技术的特点及内容2、了解半导体的特点3、掌握PN结的形成过程及特点一、概述1、模拟电路的特点模拟电路的特点 收音机，扩音机等 注意模电电子技术与数字电子技术的区 别，数字电路只研究状态，比如红绿灯， 只看亮与灭，不考虑明暗程度。 2、电子技术的发展电子技术的发展基于电子元器件的发展电子管（真空管） 1904年，英国弗莱明发明了真空二极管，1907年，美国德福雷斯发明真空三极管晶体管 1948年，美国，巴丁、肖克利、布拉顿集成电路 20世纪60年代初大规模集成电路 60年代末，1000个以上的晶体管超大规模集成电路 1977年，日本 6.1mm5.8

2、mm，15万 多个3、课程的基本要求 认识常见电子元器件 学会读图 学会常用分析方法 掌握常用仪器的使用二、半导体的基础知识1、半导体的特性半导体的特性导体：自然界中很容易导电的物质称为导体， 金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体 之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一 些硫化物、氧化物等。半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：p当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。p往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。2、本征半导体本征半导体纯净的具有晶

3、体结构的半导体称为本征半导体结构和共价键结构和共价键现代电子学中，用的最多的半导体是硅(14)和锗(32)，它们的最外层电子（价电子）都是四个。GeSi在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子与其相临的原子之间形成每个原子与其相临的原子之间形成共价键共价键，共用一对，共用一对价电子。价电子。硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共价键共用电子对共用电子对+4+4+4+4形成共价键后，每个原子的形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳最外层电子是八个，构成稳定结构。定结构。共价键有很强的结合力，使共价键有很强的结合力，使原子

4、规则排列，形成晶体。原子规则排列，形成晶体。共价键中的两个电子被紧紧共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚在共价键中，称为束缚束缚电子电子，常温下束缚电子很难，常温下束缚电子很难脱离共价键成为脱离共价键成为自由电子自由电子，因此本征半导体中的自由电因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。导电能力很弱。在绝对在绝对0度度（-273.16）和没有外界激发时和没有外界激发时, ,价电子完价电子完全被共价键束缚着，本征半导全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子体中没有可以运动的带电粒子（即（即载流子载流子），它的导电能力），它的导电

5、能力为为 0，相当于绝缘体。相当于绝缘体。在常温（在常温（300K300K）下，由）下，由于热激发于热激发, ,使一些价电子获得使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束足够的能量而脱离共价键的束缚，成为缚，成为自由电子自由电子，同时共价，同时共价键上留下一个空位，称为键上留下一个空位，称为空穴空穴。半导体中的半导体中的载流子载流子+4+4+4+4自由自由电子电子空穴空穴束缚电子束缚电子本征半导体中本征半导体中自由电子自由电子和和空穴空穴总是成对出现的，而且数量相总是成对出现的，而且数量相等，称为等，称为电子空穴对。电子空穴对。+4+4+4+4在电场力的作用下，自由电在电场力的作用下，自由电子

6、作定向移动，空穴也会吸子作定向移动，空穴也会吸引附近的价电子来依次填补引附近的价电子来依次填补,结果相当于空穴也作定向移结果相当于空穴也作定向移动，而空穴的移动相当于正动，而空穴的移动相当于正电荷的移动，因此也可以认电荷的移动，因此也可以认为空穴是为空穴是载流子载流子。自由电子在运动过程中如果与自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就会填补空穴而消失空穴相遇就会填补空穴而消失,称为称为复合复合；在一定的温度下，；在一定的温度下，热激发产生的自由电子与空穴热激发产生的自由电子与空穴对，与复合的自由电子与空穴对，与复合的自由电子与空穴对数目相等，故达到对数目相等，故达到动态平衡动态平衡.本征半导体的导

7、电能力取决于本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度，在一定温度下载流子的浓度，在一定温度下,载流子的浓度是一定的，载流子的浓度是一定的，温度温度越高，载流子的浓度越高，越高，载流子的浓度越高，本本征半导体的导电能力越强征半导体的导电能力越强。本征半导体中电流由两部分本征半导体中电流由两部分组成：组成： 自由电子移动产生的自由电子移动产生的电流，电流， 空穴移动产生的电流空穴移动产生的电流自由电子自由电子和和空穴空穴都参与导电都参与导电杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会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。其原因是掺使半导体的导电性能发生显

8、著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加了。杂半导体的某种载流子浓度大大增加了。P 型半导体：型半导体：在本征半导体中掺入三价元素在本征半导体中掺入三价元素(如硼如硼)构成的杂质半导体。构成的杂质半导体。N 型半导体：型半导体：在本征半导体中掺入五价元素在本征半导体中掺入五价元素( (如磷如磷) )构成的杂质半导体。构成的杂质半导体。N 型半导体型半导体多余电子因不受共价键的束缚成为多余电子因不受共价键的束缚成为自由电子自由电子，同时磷原子就成为同时磷原子就成为不能移动的带正电的离子，称为不能移动的带正电的离子，称为施主原子。施主原子。另外另外N 型半导体中还有少量的空穴，其浓度远小

9、于自由电子的浓型半导体中还有少量的空穴，其浓度远小于自由电子的浓度，所以把自由电子称为度，所以把自由电子称为多数载流子多数载流子，空穴称为空穴称为少数载流子，少数载流子，简简称称多子多子和和少子少子。 negative在本征半导体中掺入在本征半导体中掺入五价元素五价元素多余电子多余电子磷原子磷原子+N型硅表示型硅表示P 型半导体型半导体P 型半导体中空穴是型半导体中空穴是多数载流子多数载流子，电子是电子是少少数载流子数载流子 positivepositive当附近硅原子的外层电子由于热运动填补空穴时，硼原子成当附近硅原子的外层电子由于热运动填补空穴时，硼原子成为不可移动的负离子。硼原子称为为不可移动的负离子。硼原子称为受主原子受主原子。在本征半导体中掺入在本征半导体中掺入三价元素三价元素空穴空穴硼原子硼原子P型硅表示型硅表示杂质半导体的示意表示法杂质半导