半导体的基础知识刘贞贤课件

主讲人：刘贞贤半导体的基础知识半导体的基础知识半导体的基础知识半导体导电能力介乎导体和绝缘体之间硅（Si）锗（Ge）单晶硅铸锭半导体的基础知识半导体的导电特性光敏性当受到光照时导电能力明显增强可做成各种光敏元件如光敏电阻、光敏二极管等掺杂性往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显增强可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管三极管和晶闸管等热敏性当环境温度升高时导电能力显著增强可做成温度敏感元件如热敏电阻半导体原子结构示意图（a）硅原子（b）锗原子最常用的半导体材料是硅和锗硅和锗的原子核最外层都有四个价电子它们都是四价元素本征半导体完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体单晶硅中共价键的结构晶体中原子的排列方式本征半导体的导电机理共价键中的价电子在获得一定能量后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电）原子最外层有八个电子处于较稳定的状态，价电子受共价键的束缚不容易移动而成为自由电子，所以本征半导体不容易导电自由电子和空穴的形成本征半导体的导电机理共价键中的价电子在获得一定能量后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电）原子最外层有八个电子处于较稳定的状态，价电子受共价键的束缚不容易移动而成为自由电子，所以本征半导体不容易导电自由电子和空穴的形成共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）本征半导体的导电机理自由电子和空穴导电当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流自由电子作定向运动→电子电流价电子填补空穴→空穴电流本征半导体的导电机理自由电子和空穴导电—自由电子（带负电）+空穴（带正电）载流子杂质半导体N型半导体在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体掺入五价杂质元素（如磷、砷）的半导体P型半导体掺入三价杂质元素（如硼、镓）的半导体杂质半导体

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Sip+多余电子磷原子在硅或锗的晶体中掺入磷或其他的五价元素。由于磷或其他五价元素的原子最外层有五个价电子，其中四个价电子与其他电子形成共价键结构，多余的第五个电子就会很容易挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子1N型半导体杂质半导体

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Sip+多余电子磷原子掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式称为电子半导体或N型半导体1N型半导体在N型半导体中自由电子是多数载流子空穴是少数载流子杂质半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的硼或其他三价元素。在硅或锗的晶体中每个硼原子的原子核外只有三个价电子，在形成共价键结构时，将缺少一个电子而产生一个空位2P型半导体

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Si空穴硼原子B–杂质半导体掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或P型半导体2P型半导体

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Si空穴硼原子B–在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子半导体的基础知识半导体的基础知识小结杂质半导体的类型掺入杂质类型多数载流子少数载流子

N型半导体（电子半导体）五价元素（磷P）自由电子空穴

P型半导体（空穴半导体）三价元素（硼B）空穴自由电子注意无论N型或P型半导体，其参与导电的载流子都是两种：自由电子、空穴无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性未来职业应用上游支撑产业材料设备硅晶圆光刻胶光刻机检测设备中游支撑产业分立器件二极管晶体管下游支撑产业通信