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半导体的特点

发布时间:2013-03-21

半导体


本文主要讲解的内容是半导体的的特点,半导体有五大特性∶掺杂性,热敏性,光敏性,负电阻率温度特性,整流特性。其中包括的内容有晶格、共价键结构、自由电子的形成等,下面我们就重点来分析这些内容


半导体

[1]五大特性∶掺杂性,热敏性,光敏性,负电阻率温度特性,整流特性。

★在形成晶体结构的半导体中,人为地掺入特定的杂质元素,导电性能具有可控性。

★在光照和热辐射条件下,其导电性有明显的变化。

晶格
:晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵,称为晶格。

共价键结构:相邻的两个原子的一对最外层电子(即价电子)不但各自围绕自身所属的原子核运动,而且出现在相邻原子所属的轨道上,成为共用电子,构成共价键。

自由电子的形成
:在常温下,少数的价电子由于热运动获得足够的能量,挣脱共价键的束缚变成为自由电子。

空穴:价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。

电子电流:在外加电场的作用下,自由电子产生定向移动,形成电子电流。

空穴电流:价电子按一定的方向依次填补空穴(即空穴也产生定向移动),形成空穴电流。

本征半导体的电流:电子电流+空穴电流。自由电子和空穴所带电荷极性不同,它们运动方向相反。

载流子
:运载电荷的粒子称为载流子。

导体电的特点:导体导电只有一种载流子,即自由电子导电。

本征半导体电的特点:本征半导体有两种载流子,即自由电子和空穴均参与导电。

本征激发:半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。

复合:自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴,使两者同时消失,这种现象称为复合。

动态平衡:在一定的温度下,本征激发所产生的自由电子与空穴对,与复合的自由电子与空穴对数目相等,达到动态平衡。

载流子的浓度与温度的关系:温度一定,本征半导体中载流子的浓度是一定的,并且自由电子与空穴的浓度相等。当温度升高时,热运动加剧,挣脱共价键束缚的自由电子增多,空穴也随之增多(即载流子的浓度升高),导电性能增强;当温度降低,则载流子的浓度降低,导电性能变差。

结论:本征半导体的导电性能与温度有关。半导体材料性能对温度的敏感性,可制作热敏和光敏器件,又造成半导体器件温度稳定性差的原因。

杂质半导体:通过扩散工艺,在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素,可得到杂质半导体。

P型半导体:在纯净的硅晶体中掺入三价元素(如硼),使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了P型半导体。

多数载流子:P型半导体中,空穴的浓度大于自由电子的浓度,称为多数载流子,简称多子。

少数载流子
:P型半导体中,自由电子为少数载流子,简称少子。

受主原子:杂质原子中的空位吸收电子,称受主原子。

P型半导体的导电特性
:它是靠空穴导电,掺入的杂质越多,多子(空穴)的浓度就越高,导电性能也就越强。

N型半导体:在纯净的硅晶体中掺入五价元素(如磷),使之取代晶格中硅原子的位置形成N型半导体。

多子
:N型半导体中,多子为自由电子。

少子:N型半导体中,少子为空穴。

施子原子:杂质原子可以提供电子,称施子原子。

N型半导体的导电特性:掺入的杂质越多,多子(自由电子)的浓度就越高,导电性能也就越强。

结论

多子的浓度决定于杂质浓度。
少子的浓度决定于温度。
PN结的形成:将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上,  PN结的形成过程
在它们的交界面就形成PN结。
PN结的形成过程:如图所示,在无外电场和其它激发作用下,参与扩散运动的多子数目等于参与漂移运动的少子数目,从而达到动态平衡,形成PN结。
扩散运动:物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动,这种由于浓度差而产生的运动称为扩散运动。

空间电荷区:由于扩散运动使得PN结交界面产生一片复合区域,可以说这里没有多子,因为刚刚扩散过来就会立刻与异性复合,此运动不断发生着(此处请专家斟酌)。从而少子唱主角。P区一侧出现负离子区,N区出现正离子区,它们基本上是固定的,称为空间电荷区。

电场形成:空间电荷区形成内电场。
空间电荷加宽,内电场增强,其方向由N区指向P区,阻止扩散运动的进行。

漂移运动:在电场力作用下,载流子的运动称漂移运动。

电位差:空间电荷区具有一定的宽度,形成电位差Uho,电流为零。

耗尽层:绝大部分空间电荷区内自由电子和空穴的数目都非常少,在分析PN结时常忽略载流子的作用,而只考虑离子区的电荷,称耗尽层。

PN结的特点:具有单向导电性。

本文讲解的主要内容是半导体的的特点,半导体有五大特性∶掺杂性,热敏性,光敏性,负电阻率温度特性,整流特性。其中包括的内容有晶格、共价键结构、自由电子的形成等,希望能为各位读者带来比较大的参考价值。
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