半導體基礎知識
物質按照其導電能力可以分為導體、半導體和絕緣體三種型別,導電能力介于導體和絕緣體之間的物質叫做半導體,
本征半導體:
高度提純、結構完整的半導體單晶體叫做本征半導體,常用的半導體材料是硅(Si)和鍺(Ge),//均為四價元素,在組成本征半導體時,硅(鍺)原子按一定規律整齊排列,組成一定形式的空間點陣,每個硅(鍺)原子最外層的4個價電子與相鄰的4個硅(鍺)原子的各一個價電子形成4對共價鍵結構,共價鍵中的電子受兩個原子核引力的束縛,使得每個硅(鍺)的最外層形成擁有8個共有電子的穩定結構,
本征半導體中的載流子——自由電子和空穴
- 在絕對零度和無外界激發時,本征半導體中無載流子,沒有電流不能導電,
- 本征半導體受激發產生載流子——自由電子和空穴
價電子掙脫共價鍵的束縛成為自由電子,在共價鍵中留下一個空位,稱為空穴,自由電子帶負電、從電荷平衡角度來看,可以把空穴看作帶正電荷的粒子,所帶電荷與電子相等,極性相反,他們是成對出現的,稱為電子空穴對,其濃度相等,本征半導體呈電中性, - 本征半導體中載流子濃度受溫度影響較大,
本征激發-----復合-----動態平衡
雜質半導體
本征半導體有自由電子和空穴兩種載流子,但由于濃度較低,導電能力仍然很差,因而不宜在半導體器件制造中直接使用,如果在本征半導體中摻入微量的某種元素(雜質),就會使半導體的導電性能發生顯著變化,稱為雜質半導體,按摻入雜質的不同可以分為:N型半導體(電子半導體)和P型半導體(空穴半導體)兩大類
N型半導體
- 本征半導體中摻入微量的五價元素,構成N型半導體,
每個雜質原子都能提供一個自由電子,使半導體中的自由電子數量大大增加,導電能力也大大加強, - N型半導體中的“多子”(自由電子)和“少子”(空穴),
自由電子數遠大于空穴數,這種半導體主要依靠自由電子導電,所以自由電子稱為多數載流子,簡稱“多子”;空穴稱為“少數載流子”,簡稱“少子”,摻入的雜質越多,多子的濃度就越高,N型半導體的導電性能也就越強,并且空穴數比未加雜質時少,因為大量電子容易和空穴復合, - N型半導體呈電中性,
雜質原子可以提供電子,稱為施主電子,N型半導體中的正電荷量(正離子和本征激發的空穴)和負電荷量(雜質施放的電子和本征激發的電子所帶)相等,所以N型半導體呈現電中性,
****正離子處在晶體結構中不能自由移動,因此不是載流子,
P型半導體
- 本征半導體中摻入微量的三價元素,構成P型半導體,
在常溫下,每個雜質原子都能引起一個空穴,從而使半導體中空穴數量大大增加, - P型半導體中的“多子”(空穴)和“少子”(自由電子),
空穴數遠大于自由電子數,這種半導體主要靠空穴導電,空穴為多數載流子,自由電子為少數載流子,控制摻入雜質的濃度可以控制空穴數, - P型半導體呈電中性,
負離子不能移動,所以不是載流子,P型半導體中的正電荷量(由硅(鍺)原子失去電子形成的空穴和本征激發的空穴)和負電荷量(負離子和本征激發的電子所帶)相等,所以N型半導體呈現電中性,
總結
在雜質半導體中,多子濃度主要取決于摻入雜質的濃度,摻入雜質越多,多子濃度越大,而少子由本征激發產生,其濃度主要取決于溫度,溫度越高,少子濃度越大,
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