第6章半导体基本知识讲解

第6章半导体基本知识

6.1半导体及其特性

6.2本征半导体和杂质半导体

6.3PN结6.1半导体及其特性自然界中的物质，按照它们的导电能力可分为导体、绝缘体和半导体三类。导电性介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体，如硅(Si)、锗(Ge)、硒(Se)、砷化稼以及大多数金属氧化物和硫化物等半导体的最大特点是其导电能力受温度、光照、掺杂等影响很大。一般说来，半导体材料有三个特点:(1)大部分半导体的导电能力随温度升高而增强。(2)半导体的导电能力随光照强度的变化而变化。(3)如果在纯净的半导体中掺入微量的其他元素(通常称作掺杂)，半导体的导电能力会随着掺杂浓度的变化而发生显著变化。返回6.2本征半导体和杂质半导体6.2.1本征半导体本征半导体就是完全纯净的具有品体结构(即原子排列按一定规律排得非常整齐)的半导体。典型的半导体材料有硅(Si)和锗(Ge)，它们都是四价元素，即每个原子的最外层有四个价电子，其原子结构如图6一1所示。每相邻原子之间都共有一对电子，使相邻两原子紧密地联系在一起，形成共价键结构，如图6-2(a)所示。硅和锗等半导体材料都是晶体结构，因此，用半导体材料制成的二极管和三极管等又叫晶体管。下一页返回6.2本征半导体和杂质半导体在温度接近绝对零度(-273℃)时，共价键中的价电子被束缚得很紧，本征半导体基本上没有自由电子，不能导电，此时就是一个绝缘体。在室温下，共价键中的价电子受热的激励，使少量价电子获得足够多的能量后摆脱共价键的束缚而成为自由电子，这时在原来的位置上留下一个空位，叫做空穴，如图6-2(b)所示。自由电子带负电，空穴因失去电子而带正电。在本征半导体中，有了一个自由电子，就必然产生一个空穴，两者的数量相等。电子和空穴不断地产生，也不断地复合，在一定的温度下，半导体材料中保持一定数量的自由电子和空穴。上一页下一页返回6.2本征半导体和杂质半导体6.2.2杂质半导体本征半导体载流子数目一般是很少的，还不能用它来制造半导器件。若在本征半导体内掺入少量的杂质元素，情况就大不一样了。为了提高半导体的导电能力，可在本征半导体中掺入微量某种元素，被掺入的微量元素叫做半导体的杂质，掺入杂质后的半导体叫杂质半导体,杂质半导体有N型和P型两类1.N型半导体在本征半导体硅(或锗)的晶体中掺入微量的五价元素磷P(或砷As,锑Sb)，使某些位置的硅原子被磷原子代替。由于每个磷原子的最外层有五个电子，其中四个电子分别与邻近的四个硅原子的电子相结合组成四对共有电子形成共价键以外，还多出一个受原子核束缚较弱的电子，而成为自由电子，如图6-4所示上一页下一页返回6.2本征半导体和杂质半导体可见，掺入磷原子的结果，使品体中自由电子大量增加，自由电子成为半导体导电的多数载流子，使半导体的导电能力显著增强，这种主要靠电子导电的半导体称为电子型半导体或N型半导体2.P型半导体在本征半导体硅(或锗)的晶体中掺入微量的三价元素硼B(或铝Al,稼Ga,铟In)，由于硼原子的最外层只有三个电子，当它与邻近的四个硅原子相结合而形成共价键时，就自然提供了一个空穴，如图6-5所示。在这种半导体中，由于掺入了微量杂质元素硼，半导体中空穴的数目大大的增加，空穴数目的增加也同样增加了电子和空穴的复合机会，使自由电子数目减少。因此，在半导体中，空穴数目远远大于电子数目，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。这类半导体主要靠空穴导电，称为空穴半导体或P型半导体。上一页返回6.3PN结6.3.1PN结的形成当把P型半导体和N型半导体用一定的工艺结合在一起时，在它们的交界面处形成一个带电的空间电荷区，称为PN结。下面讲述PN结的形成过程。当P型半导体和N型半导体结合在一起时，由于交界面两侧载流子的浓度差别较大，故在交界面附近产生多数载流子的扩散运动。由于N区中的电子浓度远大于P区中电子浓度，因此电子将从N区向P区扩散;同样，P区的空穴也将向N区扩散，如图6一6(a)所示

下一页返回6.3PN结在扩散之前，P型半导体和N型半导体都是电中性的，在交界面处没有电场。扩散开始后，在靠近交界面处，N区一边由于跑掉了自由电子而剩下不可移动的正离子层;P区一边由于跑掉了空穴而剩下不可移动的负离子层，结果形成一个空间电荷区。同时，正、负离子集中在交界面附近就会形成一个电场，称为内电场，其方向是由N区指向P区，如图6一6(b)所示6.3.2PN结的单向导电特性1.正向导通特性在PN结两端加上不同极性的外加电压时，PN结呈现不同的导电性。如果将PN结的P区接电源正极，N区接电源负极，称为给PN结加上正向电压(或称正向偏置)，如图6一7所示。上一页下一页返回6.3PN结2.反向截止特性如果将PN结的N区接在电源的正极，P区接在电源的负极，称为给PN结加上反向电压或称反向偏置)，如图6一8所示。上一页返回图6一1硅、锗原子结构返回图6一2硅单晶体的结构返回图6一2硅单晶体的结构返回图6一4硅晶体

中掺磷出现自由电子返回图6一5硅

晶体掺硼出现空穴返回图6一6PN结的形成返回图6一6PN结的形成返回图6一7PN结正向导通返回图6一8PN结反向截止返回1、字体安装与设置如果您对PPT模板中的字体风格不满意，可进行批量替换，一次性更改各页面字体。在“开始”选项卡中，点击“替换”按钮右侧箭头，选择“替换字体”。（如下图）在图“替换”下拉列表中选择要更改字体。（如下图）在“替换为”下拉列表中选择替换字体。点击“替换”按钮，完成。192、替换模板中的图片模板中的图片展示页面，您可以根据需要替换这些图片，下面介绍两种替