KUC711AEA01 3BHB004661R0101
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?半導(dǎo)體具有獨(dú)特的導(dǎo)電性能。當(dāng)環(huán)境溫度升髙或有光照時(shí),它們的導(dǎo)電能力 會(huì)顯著增加,所以利用這些特性可以做成各種溫敏元件(如熱敏電阻)和各種光 敏元件(如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。更重要的是,如果在純諍 的半導(dǎo)體中加入適量的微量雜質(zhì)后,可使其導(dǎo)電能力增加至數(shù)十萬(wàn)倍以上。利用 這一特性,已經(jīng)做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件(如二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管 和晶閘管等)。
? ?溫度、光照和適量摻入雜質(zhì)這三種因素對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的強(qiáng)弱影響很大, 所以半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性可以概括如下。
? ?熱敏性:當(dāng)環(huán)境溫度升髙時(shí),導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)。
? ?光敏性:當(dāng)受到光照時(shí),導(dǎo)電能力明顯變化。
? ?摻雜性:當(dāng)純諍的半導(dǎo)體中摻入某些適量雜質(zhì),導(dǎo)電能力明顯改變。
? ?2. 本征半導(dǎo)體
? ?制作半導(dǎo)體器件時(shí)用得最多的半導(dǎo)體材料是硅和鍺,它們?cè)雍说淖钔鈱佣?有4個(gè)價(jià)電子。將硅或鍺材料提純(去掉雜質(zhì))并形成單晶體后,所有原子在空間 便基本上整齊排列。半導(dǎo)體一般都具有這種晶體結(jié)構(gòu),所以半導(dǎo)體也稱為晶體。 本征半導(dǎo)體就是完全純諍的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。
? ?(1)本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)及共價(jià)鍵
? ?在本征半導(dǎo)體中,相鄰的兩個(gè)原子的一對(duì)最外層電子成為共用電子,這樣的 組合稱為共價(jià)鍵結(jié)構(gòu),如圖1-1所示。共價(jià)鍵內(nèi)的兩個(gè)電子是由相鄰的原子各用一個(gè)價(jià)電子組成,稱為束縛電子。這樣每個(gè)原子核最外層等效有8個(gè)價(jià)電子,由于價(jià)電子不易掙脫原子核束縛而成為自由電子,因此本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力較差:
? ? (2)本征激發(fā)現(xiàn)象
? ?在熱力學(xué)溫度oK(-273°C)時(shí),本征半導(dǎo)體中的每個(gè)價(jià)電子都被束縛在共 價(jià)鍵中,不存在自由運(yùn)動(dòng)的電子,本征半導(dǎo)體相當(dāng)于絕緣體。當(dāng)溫度升高或受到 光的照射時(shí),價(jià)電子能量増高,有的價(jià)電子可以掙脫原子核的束縛而參與導(dǎo)電, 成為自由電子。與此同時(shí),在該共價(jià)鍵上留下了一個(gè)空位,這個(gè)空位稱為空穴。 這種現(xiàn)象稱為本征激發(fā)(也稱熱激發(fā))。因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同 時(shí)成對(duì)出現(xiàn)的,稱為電子一空穴對(duì),如圖1-2所示。溫度越高,產(chǎn)生的電子一空 穴對(duì)數(shù)目就越多,這就使得游離的部分自由電子也可能回到空穴中去,稱為復(fù) 合。
? ?在一定溫度下本征激發(fā)和復(fù)合會(huì)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,此時(shí)自由電子和空六的濃度 一定,且自由電子數(shù)和空六數(shù)相等。
? ?(3)半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理
? ?當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外施電壓后,半導(dǎo)體中有兩類作相反運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)電粒子形成 的電流:一類是自由電子作定向運(yùn)動(dòng)形成的電子電流,另一類是被原子核束縛的 價(jià)電子填補(bǔ)空穴而形成的空六電流。因此,在半導(dǎo)體中有自由電子和空六兩種承 載電流的粒子(即載流子),這是半導(dǎo)體導(dǎo)電方式的最大特點(diǎn),也是半導(dǎo)體與金 屬導(dǎo)體在導(dǎo)電機(jī)理上的本質(zhì)差別。
? ?空穴導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)是相鄰原子中的價(jià)電子(共價(jià)鍵中的束縛電子)依次填補(bǔ)空 穴而形成電流。由于電子帶負(fù)電,而電子的運(yùn)動(dòng)與空六的運(yùn)動(dòng)方向相反,因此認(rèn) 為空穴帶正電。
溫度越高,產(chǎn)生的電子一空穴對(duì)數(shù)量就越多,導(dǎo)電能力增強(qiáng),所以溫度對(duì)半 導(dǎo)體器件有很大影響。
? ?3.雜質(zhì)半導(dǎo)體
? ?摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體是半導(dǎo)體器件的基本材 料。根據(jù)摻入雜質(zhì)的性質(zhì)不同,雜質(zhì)半導(dǎo)體分為兩類:電子型(N型)半導(dǎo)體和 空穴型(P型)半導(dǎo)體。
? ?(1) P型半導(dǎo)體
? ?在本征半導(dǎo)體中摻入微量的三價(jià)元素(如硼)就形成P型半導(dǎo)體,結(jié)構(gòu)示意如圖1-3所示。
可見每摻入一個(gè)三價(jià)原子,就能提供一個(gè)空穴,所以在P型半導(dǎo)體中,空穴 濃度遠(yuǎn)大于自由電子濃度,空穴為多數(shù)載流子,自由電子是少數(shù)載流子。此時(shí), 雜質(zhì)半導(dǎo)體仍然呈現(xiàn)電中性。
? ?(2) N型半導(dǎo)體
? ?在本征半導(dǎo)體中摻入微量的五價(jià)元素(如磷)就形成N型半導(dǎo)體,結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-4所示。
? ?可見每摻入一個(gè)五價(jià)原子,就能提供一個(gè)自由電子,所以在N型半導(dǎo)體中,
? ?自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度,自由電子為多數(shù)載流子,空穴是少數(shù)載流子。此 時(shí),雜質(zhì)半導(dǎo)體仍然呈現(xiàn)電中性。
? ?注意:雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子的濃度主要取決于摻雜濃度;而少數(shù)載流子是因本征激發(fā)產(chǎn)生,因而其濃度與摻雜無(wú)關(guān),只與溫度等激發(fā)因素有關(guān)
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