数电第4版 课件 8B 本征半导体和杂质半导体

2.2半导体器件基础2.2.1半导体的基本知识2.2.2PN结的形成及单向导电性2.2.3二极管2.2.4双极型三极管2.2.5MOS场效应晶体管导电能力介于导体、绝缘体之间的物质称为半导体。见的半导体有硅（Si）和锗（Ge）以及砷化镓（GaAs)等。2.2.1半导体的基本知识1.物质的分类容易导电的物质称为导体，如金属、石墨、电解质溶液等；不容易导电的称为绝缘体，如橡胶、玻璃、塑料。硅晶体的三维结构:2.本征半导体2.2.1半导体的基本知识本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体。2.2.1半导体的基本知识

T＝0K（-273oC)和没有外界激发(如光照、电磁场等)时，本征半导体的价电子被共价键束缚，无载流子，不导电，相当于绝缘体。

硅原子拥有4个价电子，各原子之间通过共价键结合在一起。共价键对电子是一种束缚。2.本征半导体

T＝300K（室温)或有外界刺激时，本征半导体的价电子获得足够能量挣脱共价键的束缚，成为自由电子——本征激发。2.2.1半导体的基本知识

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。空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。

在外加电场的作用下，邻近价电子就可以填补到空穴上，而在价电子原来的位置上产生新的空穴，从而出现了空穴的移动。（1）本征半导体中，自由电子和空穴是成对出现的。任何时刻浓度相等，ni=pi，浓度只与温度有关。复合就是电子落入空穴，使电子—空穴对消失。复合就是电子落入空穴，使电子—空穴对消失。温度一定时，载流子的复合率等于产生率，达到动态平衡。本征半导体特点：2.2.1半导体的基本知识（2）本征半导体中的载流子有两种运动：激发和复合。（3）本征半导体中自由电子浓度很低。在室温下，3.45×1012个原子中，只有一个价电子打破共价键的束缚而成为自由电子。2.2.1半导体的基本知识

思考：如何理解本征半导体中有两种载流子参与导电？2.2.1半导体的基本知识

思考：本征半导体导电能力受温度、光照影响很大。这个特性对半导体器件有什么影响？

缺点：影响模拟电路工作的稳定性

优点：制成各种传感器3.杂质半导体（1）N

（Negative）型半导体在本征半导体中掺入5价的元素(磷、砷、锑

)。在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。2.2.1半导体的基本知识N型半导体的特点：2.2.1半导体的基本知识※所掺杂质称为施主杂质（或N型杂质）；※空穴数=本征激发的空穴数；※自由电子为多数载流子（多子）；空穴为少数载流子（少子）；※在无外电场时，呈电中性。※自由电子浓度=本征激发的自由电子浓度+施主杂质自由电子浓度；（2）P（Positive)型半导体在本征半导体中掺入3价的元素（硼）。得到电子成为不能移动的负离子硅原子的共价键缺少一个电子形成了空穴2.2.1半导体的基本知识P型半导体的特点：2.2.1半导体的基本知识※所掺杂质称为受主杂质（或P型杂质）；※电子数=本征激发电子数；※空穴浓度=本征激发的空穴浓度+受主杂质的浓度；※空穴为多数载流子（多子），电子为少数载流子（少子）；※在无外电场时，呈电中性。

掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下:（1）室温下,本征硅的电子和空穴浓度:

n=p=1.4×1010/cm3（3）本征硅的原子浓度:4.96×1022/cm3

以上三个浓度基本上依次相差106/cm3

。（2）掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:n=5×1016/cm3杂质对半导体导电性能的影响：2.2.1半导体的基本知识

4.思考题（1）在本征半导体中掺入五价元素，其少数载流子为

。A．自由电子B．空穴C．正离子D．负电子（2）P型半导体就是在本征半导体中掺入

。A．3价元素B．4价元素C．5价元素D．6价元素（3）杂质半导体中的少数载流子浓度取决于的

。

A.掺杂浓度B.工艺C.温度D.晶体缺陷2.2.1半导体的基本知识（4）半导体有哪些特点？答：（1）导电能力介于导体、绝缘体之间；（2）导电能力在外界光和热的刺激时发生很大变化；（3）掺进微量杂质，导电性能显著