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[经验] 半导体的导电特性

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高级工程师

发表于 2018-2-11 09:49:21   694 查看 0 回复 显示全部楼层 倒序浏览
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   半导体具有独特的导电性能。当环境温度升髙或有光照时,它们的导电能力 会显著增加,所以利用这些特性可以做成各种温敏元件(如热敏电阻)和各种光 敏元件(如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。更重要的是,如果在纯诤 的半导体中加入适量的微量杂质后,可使其导电能力增加至数十万倍以上。利用 这一特性,已经做成各种不同用途的半导体器件(如二极管、三极管、场效应管 和晶闸管等)。
   温度、光照和适量掺入杂质这三种因素对半导体导电性能的强弱影响很大, 所以半导体的导电特性可以概括如下。
   热敏性:当环境温度升髙时,导电能力显著增强。
   光敏性:当受到光照时,导电能力明显变化。
   掺杂性:当纯诤的半导体中摻入某些适量杂质,导电能力明显改变。
   2. 本征半导体
   制作半导体器件时用得最多的半导体材料是硅和锗,它们原子核的最外层都 有4个价电子。将硅或锗材料提纯(去掉杂质)并形成单晶体后,所有原子在空间 便基本上整齐排列。半导体一般都具有这种晶体结构,所以半导体也称为晶体。 本征半导体就是完全纯诤的、具有晶体结构的半导体。
   (1)本征半导体的原子结构及共价键
   在本征半导体中,相邻的两个原子的一对最外层电子成为共用电子,这样的 组合称为共价键结构,如图1-1所示。共价键内的两个电子是由相邻的原子各用一个价电子组成,称为束缚电子。这样每个原子核最外层等效有8个价电子,由于价电子不易挣脱原子核束缚而成为自由电子,因此本征半导体导电能力较差:
    (2)本征激发现象
   在热力学温度oK(-273°C)时,本征半导体中的每个价电子都被束缚在共 价键中,不存在自由运动的电子,本征半导体相当于绝缘体。当温度升高或受到 光的照射时,价电子能量増高,有的价电子可以挣脱原子核的束缚而参与导电, 成为自由电子。与此同时,在该共价键上留下了一个空位,这个空位称为空穴。 这种现象称为本征激发(也称热激发)。因热激发而出现的自由电子和空穴是同 时成对出现的,称为电子一空穴对,如图1-2所示。温度越高,产生的电子一空 穴对数目就越多,这就使得游离的部分自由电子也可能回到空穴中去,称为复 合。

   在一定温度下本征激发和复合会达到动态平衡,此时自由电子和空六的浓度 一定,且自由电子数和空六数相等。
   (3)半导体的导电原理
   当半导体两端加上外施电压后,半导体中有两类作相反运动的导电粒子形成 的电流:一类是自由电子作定向运动形成的电子电流,另一类是被原子核束缚的 价电子填补空穴而形成的空六电流。因此,在半导体中有自由电子和空六两种承 载电流的粒子(即载流子),这是半导体导电方式的最大特点,也是半导体与金 属导体在导电机理上的本质差别。
   空穴导电的实质是相邻原子中的价电子(共价键中的束缚电子)依次填补空 穴而形成电流。由于电子带负电,而电子的运动与空六的运动方向相反,因此认 为空穴带正电。
温度越高,产生的电子一空穴对数量就越多,导电能力增强,所以溫度对半 导体器件有很大影响。
   3.杂质半导体
   掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。杂质半导体是半导体器件的基本材 料。根据掺入杂质的性质不同,杂质半导体分为两类:电子型(N型)半导体和 空穴型(P型)半导体。
   (1) P型半导体
   在本征半导体中掺入微量的三价元素(如硼)就形成P型半导体,结构示意如图1-3所示。
可见每掺入一个三价原子,就能提供一个空穴,所以在P型半导体中,空穴 浓度远大于自由电子浓度,空穴为多数载流子,自由电子是少数载流子。此时, 杂质半导体仍然呈现电中性。

   (2) N型半导体
   在本征半导体中掺入微量的五价元素(如磷)就形成N型半导体,结构示意图如图1-4所示。
   可见每掺入一个五价原子,就能提供一个自由电子,所以在N型半导体中,
   自由电子浓度远大于空穴浓度,自由电子为多数载流子,空穴是少数载流子。此 时,杂质半导体仍然呈现电中性。

   注意:杂质半导体中的多数载流子的浓度主要取决于掺杂浓度;而少数载流子是因本征激发产生,因而其浓度与掺杂无关,只与温度等激发因素有关。
来自海洋兴业仪器http://www.hyxyyq.com

标签:半导体 导电 特性

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