半导体的基础知识周彩霞课件

半导体的基础知识周彩霞1、物质的分类导体绝缘体半导体导体：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。半导体的概念2、半导体的三大特性热敏性：

当受外界热作用时，它的导电能力明显变化。杂敏性：

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。热敏器件半导体器件光敏性：

当受外界光作用时，它的导电能力明显变化。光敏器件本征半导体的共价键结构和导电特性半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。本征半导体：完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构。如硅、锗单晶体。载流子：自由运动的带电粒子。共价键：相邻原子共有价电子所形成的束缚。本征激发：在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位(空穴)的过程。1、本征半导体硅或锗材料提纯便形成单晶体，它的原子结构为共价键结构。价电子共价键本征半导体结构示意图当温度T=0K时，半导体不导电，如同绝缘体。

完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体本征半导体中的自由电子和空穴自由电子空穴

若T

，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共价键中留下一个空位——空穴。T

自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力，但很微弱。

空穴可看成带正电的载流子。2、本征半导体的导电特性半导体中两种载流子带负电的自由电子带正电的空穴本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，且数量少，

因此导电能力弱。由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又不断的复合。

在一定的温度下，产生与复合运动会达到平衡，载流子的浓度

就一定了。载流子的浓度与温度、光照等外界条件有关，温度升高，导电

能力增强。小结：

杂质半导体有两种N型半导体P型半导体1、N型半导体(Negative)在硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成N型半导体(或称电子型半导体)。常用的

5价杂质元素:有磷、锑、砷等。杂质半导体在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷：N型磷原子自由电子电子为多数载流子空穴为少数载流子载流子数

电子数+5+4+4+4+4+4正离子多数载流子少数载流子N型半导体的简化图示P型硼原子空穴空穴—多子电子—少子载流子数

空穴数

在硅或锗的晶体中掺入三价元素硼：+4+4+4+4+4+3P型半导体的简化图示多数载流子少数载流子负离子2、P型半导体（Positive）说明：杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的

关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。杂质半导体总体上保持电中性。杂质半导体的简化表示法如下图所示。N型半导体P型半导体

在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P型半导体，另一侧掺杂成为N型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为PN结。PN结的形成及单向导电性1、PN结的形成扩散运动：漂移运动：由浓度差引起的载流子运动。载流子在电场力作用下引起的运动。P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。空间电荷区，也称耗尽层。漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E

扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。空间电荷区中没有载流子。空间电荷区中内建电场阻碍P中的空穴、N区中的电子（都是

多子）向对方运动（扩散运动）。P区中的电子和N区中的空穴（都是少子），数量有限，因此

由它们形成的电流很小。注意:

PN结加上正向电压、正向偏置的意思是：

P区加正、N区加负电压。PN结加上反向电压、反向偏置的意思是：P区加负、N区加正电压。2、PN结的单向导电性（1）PN结正向偏置内电场外电场变薄内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流。（2）PN结反向偏置内电场外电场内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。变厚

当PN结正向偏置时，回路