第一节半导体的基础知识演示文稿

第一节半导体的基础知识演示文稿当前第1页\共有21页\编于星期六\14点优选第一节半导体的基础知识当前第2页\共有21页\编于星期六\14点（1）导体

导体的最外层电子数通常是1~3个，且距原子核较远，因此受原子核的束缚力较小。由于温度升高、振动等外界的影响，导体的最外层电子就会获得一定能量，从而挣脱原子核的束缚而游离到空间成为自由电子。因此，导体在常温下存在大量的自由电子，具有良好的导电能力。常用的导电材料有金、银、铜、铝等。

导体的特点：内部含有大量的自由电子当前第3页\共有21页\编于星期六\14点（2）绝缘体

绝缘体的最外层电子数一般为6-8个，且距原子核较近，因此受原子核的束缚力较强而不易挣脱其束缚。常温下绝缘体内部几乎不存在自由电子，因此导电能力极差或不导电。常用的绝缘体材料有橡胶、陶瓷、惰性气体等。绝缘体的特点：

内部几乎没有自由电子，因此不导电。当前第4页\共有21页\编于星期六\14点（3）半导体

半导体的最外层电子数一般为4个，在常温下存在的自由电子数介于导体和绝缘体之间，因而在常温下半导体的导电能力也是介于导体和绝缘体之间。常用的半导体材料有硅、锗等。半导体的特点：

导电性能介于导体和绝缘体之间。当前第5页\共有21页\编于星期六\14点光敏性——当光照增强时，导电能力增强。热敏性——当环境温度升高时，其导电能力增强。掺杂性——纯净的半导体中掺入某些微量杂质，导电能力明显改变。半导体材料的独特性能是由其内部的导电机理所决定的。2、半导体的导电特性当前第6页\共有21页\编于星期六\14点3、本征半导体价电子共价键共用电子对+4表示除去价电子后的原子本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。在本征半导体的晶格结构中，每一个原子均与相邻的四个原子结合，即与相邻四个原子的价电子两两组成电子对，形成共价键结构。共价键中的两个电子，称为价电子。当前第7页\共有21页\编于星期六\14点+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子

在热力学零度时，半导体不导电。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，成为自由电子——本征激发。

自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，这个空位为空穴。因本征激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。当前第8页\共有21页\编于星期六\14点电子和空穴产生过程动画演示当前第9页\共有21页\编于星期六\14点若在半导体两端外加电压，带负电的自由电子和带正电的空穴如何运动？当前第10页\共有21页\编于星期六\14点

在外加电场作用下，自由电子定向运动产生电流——漂移电流。

空穴吸引相邻原子中的价电子来填补，在价电子原来的位置上出现了新的空穴，不断地重复运动，相当于空穴运动——空穴电流。

自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失——复合。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。当前第11页\共有21页\编于星期六\14点带负电的自由电子向正极做定向运动，被原子核束缚着的价电子递补空穴使空穴向负极运动。两种载流子形成电荷极性不同，但电流方向相同的电子流。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。自由电子带负电荷电子流＋总电流载流子空穴带正电荷空穴流当前第12页\共有21页\编于星期六\14点半导体导电机理动画演示当前第13页\共有21页\编于星期六\14点本征半导体中由于热激发存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴载流子。在半导体两端外加电压，带负电的自由电子向正极做定向运动，被原子核束缚着的价电子递补空穴使空穴向负极运动。两种载流子形成电荷极性不同，但电流方向相同的电子流。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。温度越高，载流子的浓度越高，本征半导体的导电能力越强。温度是影响半导体导电性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。4、半导体的导电机理总结当前第14页\共有21页\编于星期六\14点

在温度一定时，这两种相互矛盾的运动达到相对平衡，单位时间内电子-空穴对产生和复合的数目相等，实际存在着的电子-空穴对维持在一定的数目上。

晶体内原子的热运动加剧，热激发增多，产生超过复合，使原来的平衡被破坏，自由电子和空穴的数目增多，复合的机会也增大，最后达到一个新的动态平衡。

说明：热激发产生的电子-空穴对的数目，是由温度决定的，在一般室温下，其数量甚少；当温度升高时，其数量随之增加，即半导体导电能力随之增强。当前第15页\共有21页\编于星期六\14点5.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。N型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体。当前第16页\共有21页\编于星期六\14点(1)N型半导体+五价元素磷(P)＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4P掺入磷杂质的半导体晶格中，自由电子的数量大大增加。在N型半导体中，自由电子数目大增，自由电子数目远远大于空穴数量，自由电子被称为“多数载流子”（简称“多子”）；空穴则称为“少数载流子”（简称“少子”）。当前第17页\共有21页\编于星期六\14点正离子电子多出一个电子出现了一个正离子+4+4+4+4+4+4+4+4P半导体中产生了大量的自由电子和正离子当前第18页\共有21页\编于星期六\14点N型半导体形成过程动画演示当前第19页\共有21页\编于星期六\14点(2)P型半导体＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4三价元素硼(B)B+掺入硼杂质的半导体晶格中，空穴载流子的数量大大增加。

掺入三价元素的杂质半导体，空穴载流子的数量大大于自由电子载流子的数量，