數(shù)電第4版 課件 8B 本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體

2.2半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)2.2.1半導(dǎo)體的基本知識2.2.2PN結(jié)的形成及單向?qū)щ娦?.2.3二極管2.2.4雙極型三極管2.2.5MOS場效應(yīng)晶體管導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體、絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。見的半導(dǎo)體有硅（Si）和鍺（Ge）以及砷化鎵（GaAs)等。2.2.1半導(dǎo)體的基本知識1.物質(zhì)的分類容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，如金屬、石墨、電解質(zhì)溶液等；不容易導(dǎo)電的稱為絕緣體，如橡膠、玻璃、塑料。硅晶體的三維結(jié)構(gòu):2.本征半導(dǎo)體2.2.1半導(dǎo)體的基本知識本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體。2.2.1半導(dǎo)體的基本知識

T＝0K（-273oC)和沒有外界激發(fā)(如光照、電磁場等)時(shí)，本征半導(dǎo)體的價(jià)電子被共價(jià)鍵束縛，無載流子，不導(dǎo)電，相當(dāng)于絕緣體。

硅原子擁有4個(gè)價(jià)電子，各原子之間通過共價(jià)鍵結(jié)合在一起。共價(jià)鍵對電子是一種束縛。2.本征半導(dǎo)體

T＝300K（室溫)或有外界刺激時(shí)，本征半導(dǎo)體的價(jià)電子獲得足夠能量掙脫共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子——本征激發(fā)。2.2.1半導(dǎo)體的基本知識

自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)空位，這個(gè)空位為空穴?？昭ǖ某霈F(xiàn)是半導(dǎo)體區(qū)別于導(dǎo)體的一個(gè)重要特點(diǎn)。

在外加電場的作用下，鄰近價(jià)電子就可以填補(bǔ)到空穴上，而在價(jià)電子原來的位置上產(chǎn)生新的空穴，從而出現(xiàn)了空穴的移動(dòng)。（1）本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴是成對出現(xiàn)的。任何時(shí)刻濃度相等，ni=pi，濃度只與溫度有關(guān)。復(fù)合就是電子落入空穴，使電子—空穴對消失。復(fù)合就是電子落入空穴，使電子—空穴對消失。溫度一定時(shí)，載流子的復(fù)合率等于產(chǎn)生率，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。本征半導(dǎo)體特點(diǎn)：2.2.1半導(dǎo)體的基本知識（2）本征半導(dǎo)體中的載流子有兩種運(yùn)動(dòng)：激發(fā)和復(fù)合。（3）本征半導(dǎo)體中自由電子濃度很低。在室溫下，3.45×1012個(gè)原子中，只有一個(gè)價(jià)電子打破共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子。2.2.1半導(dǎo)體的基本知識

思考：如何理解本征半導(dǎo)體中有兩種載流子參與導(dǎo)電？2.2.1半導(dǎo)體的基本知識

思考：本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力受溫度、光照影響很大。這個(gè)特性對半導(dǎo)體器件有什么影響？

缺點(diǎn)：影響模擬電路工作的穩(wěn)定性

優(yōu)點(diǎn)：制成各種傳感器3.雜質(zhì)半導(dǎo)體（1）N

（Negative）型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入5價(jià)的元素(磷、砷、銻

)。在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。2.2.1半導(dǎo)體的基本知識N型半導(dǎo)體的特點(diǎn)：2.2.1半導(dǎo)體的基本知識※所摻雜質(zhì)稱為施主雜質(zhì)（或N型雜質(zhì)）；※空穴數(shù)=本征激發(fā)的空穴數(shù)；※自由電子為多數(shù)載流子（多子）；空穴為少數(shù)載流子（少子）；※在無外電場時(shí)，呈電中性。※自由電子濃度=本征激發(fā)的自由電子濃度+施主雜質(zhì)自由電子濃度；（2）P（Positive)型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入3價(jià)的元素（硼）。得到電子成為不能移動(dòng)的負(fù)離子硅原子的共價(jià)鍵缺少一個(gè)電子形成了空穴2.2.1半導(dǎo)體的基本知識P型半導(dǎo)體的特點(diǎn)：2.2.1半導(dǎo)體的基本知識※所摻雜質(zhì)稱為受主雜質(zhì)（或P型雜質(zhì)）；※電子數(shù)=本征激發(fā)電子數(shù)；※空穴濃度=本征激發(fā)的空穴濃度+受主雜質(zhì)的濃度；※空穴為多數(shù)載流子（多子），電子為少數(shù)載流子（少子）；※在無外電場時(shí)，呈電中性。

摻入雜質(zhì)對本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下:（1）室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.4×1010/cm3（3）本征硅的原子濃度:4.96×1022/cm3

以上三個(gè)濃度基本上依次相差106/cm3

。（2）摻雜后N型半導(dǎo)體中的自由電子濃度:n=5×1016/cm3雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的影響：2.2.1半導(dǎo)體的基本知識

4.思考題（1）在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)元素，其少數(shù)載流子為

。A．自由電子B．空穴C．正離子D．負(fù)電子（2）P型半導(dǎo)體就是在本征半導(dǎo)體中摻入

。A．3價(jià)元素B．4價(jià)元素C．5價(jià)元素D．6價(jià)元素（3）雜質(zhì)半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子濃度取決于的

。

A.摻雜濃度B.工藝C.溫度D.晶體缺陷2.2.1半導(dǎo)體的基本知識（4）半導(dǎo)體有哪些特點(diǎn)？答：（1）導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體、絕緣體之間；（2）導(dǎo)電能力在外界光和熱的刺激時(shí)發(fā)生很大變化；（3）摻進(jìn)微量雜質(zhì)，導(dǎo)電性能顯著