2.2 半导体
二、半导体二极管及其基本应用电路
2.1
半导体二极管是最基本的电子器件,是集成电路的最小组成单元。
2.2 半导体
按导电能力的不同,物体可分为导体、半导体和绝缘体
半导体材料有硅、锗、硒以及部分金属氧化物和硫化物
常用的半导体材料硅(Si)和锗(Ge)的原子序数为14和32,最外层有4个价电子,是四价元素,呈电中性,常常用带有4个正电荷的正离子以及它周围的4个价电子来表示
在硅和锗的晶体中,每个原子都与周围的4个原子以共价键的形式紧密地联系在一起,组成整齐的晶格。
热敏性:当环境温度升高时,导电能力显著增强
光敏性:当受到光照是,导电能力增强
掺杂性:往纯净的半导体中掺入某些杂质,导电能力改变
2.2.1本征半导体
本征半导体是完全纯净的、结构完整的半导体,其载流子是*电子和空穴,两种载流子的浓度相等。
电子电流:*电子作定向运动
空穴电流:价电子递补空穴
空穴—电子对
本征激发:
- 温度为0 K时,无*电子;当温度大于0 K时,有些价电子挣脱原子核的束缚称为*电子。这种现象就叫做本征激发
- 本征激发产生*电子和空穴
- *电子在运动过程中如果与空穴相遇就会填补空穴,称为复合
*电子带负电,空穴带正电
- *电子和空穴总是成对出现,数目、浓度相等
- 在一定温度下,本征激发和复合达到动态平衡
- 空穴也能“移动”,空穴和*电子都是载流子
2.2.2杂质半导体
在杂质半导体中,多数载流子的浓度主要决定于掺入的杂质浓度,而少数载流子的浓度则与温度有关
无论是N型或P型半导体,从总体来看,仍然保持电中性。
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N型半导体
本征半导体中掺入适量的五价元素,就形成了N型半导体,也称为电子型半导体。五价杂质原子的最外层有5个价电子,与周围的4价原子组成共价键时多了1个电子,这个电子不受共价键的束缚,只受自身原子核的吸引,只需很少的能量即可脱离原子核的束缚,称为*电子。所以,*电子的浓度远大于空穴的浓度,所以称*电子为多数载流子,空穴是少数载流子。 -
P型半导体
本征半导体中掺入适量的3价元素,就形成了P型半导体,也称为空穴型半导体。3价杂质原子的最外层有3个价电子,与周围的4价原子组成共价键时少了1个电子,产生了一个空穴。所以,空穴的浓度远大于*电子的浓度,所以称空穴为多数载流子,*电子是少数载流子。