第 1.1 节 半导体基础知识
1.1.1导体、绝缘和半导体
物质按其导电能力的强弱,可分为导体、绝缘体和半导体。
一. 导体
导电能力很强的物质,叫导体。如低价元素铜、铁、铝等。
二. 绝缘体
导电能力很弱,基本上不导电的物质,叫绝缘体.如高价惰性气体和橡胶、陶瓷、塑料等高分子材料等.
三. 半导体
导电能力介于导体和绝缘体之间的物质,叫半导体。如硅、锗等四价元素,其简化原子结构模型如图1.1所示。
为什么物质的导电能力有如此大的差别呢?这与它们的原子结构有关,即与它们的原子最外层的电子受其原子核束缚力的强弱有关。
1.1.2本征半导体
纯净且呈现晶体结构的半导体,叫本征半导体。
一. 本征半导体结构
通过特殊工艺加工,可以使硅或锗元素的原子之间靠共有电子对—共价键,形成非常规则的晶体点阵结构。结果每个原子外层相对排满8个电子,形成相对稳定的状态。这种结构整齐且单一的纯净半导体,叫本征半导体。如图1-2所示
二. 本征激发
在常温下,由于热能的激发,使本征半导体共价键中的价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚,成为自由电子。同时,在共价键中留下一个空位,叫空穴。这种产生自由电子和空穴对的现象,叫本征激发。温度一定,自由电子和空穴对的浓度也一定。
由于本征激发而在本征半导体中存在一定浓度的自由电子(带负电荷)和空穴(带正电荷)对,故其具有导电能力,但其导电能力有限。
1.1.3杂质半导体
在本征半导体中掺入适量且适当的其他元素(叫杂质元素),就形成杂质半导体,其导电能力将大大增强。
一. N型半导体
在硅或锗本征半导体中掺入适量的五价元素(如磷),则磷原子与其周围相邻的四个硅或锗原子之间形成共价键后,还多出一个电子,这个多出的电子极易成为自由电子参与导电。同时,因本征激发还产生自由电子和空穴对。结果,自由电子成为多数载流子(称多子),空穴成为少数载流子(称少子)。这种主要依靠多数载流子自由电子导电的杂质半导体,叫N型半导体 ,如图1-4所示。
二. P型半导体
在硅或锗本征半导体中,摻入适量的三价元素(如硼),则硼原子与周围的四个硅或锗原子形成共价键后,还留有一个空穴。同时,因本征激发 还产生自由电子和空穴对。结果,空穴成为多子,自由电子成为少子。这种主要依靠多子空穴导电的杂质半导体,叫P型半导体。如图1-5所示。
无外电场作用时,本征半导体和杂质半导体对外均呈现电中性,其内部无电流。
小 结
1. 半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。
2. 在一定温度下,本征半导体因本征激发而产生自由电子和空穴对,故其有一定的导电能力。
3. 本征半导体的导电能力主要由温度决定;杂质半导体的导电能力主要由所掺杂质的浓度决定。
4. P型半导体中空穴是多子,自由电子是少子。N型半导体中自由电子是多子,空穴是少子。 半导体的导电能力与温度、光强、杂质浓度和材料性质有关。 |