半导体基础知识及其特征
一、半导体特征
1.什么是半导体
半导体是导电能力介于绝缘体和导体之间的材料
2. 半导体的特性
- 掺杂特性：掺入杂质则导电率增加几百倍，如：半导体元件
- 温度特性：温度升高会使导电率大为增加，如：热敏元件
- 光照特性：光照不仅使导电率大为增加，同时还可以产生电动势，如：光敏元件
二、本征半导体
1. 定义：
完全纯净、结构完整的半导体晶体，其纯度大概在99.9999999%（9个9）
2. 晶体特征：
在晶体中，质点排列具有一定的规律
3. 本征半导体的结构和共价键：
（1）本征半导体通常使用4价元素，如硅、锗，在简化模型中我们认为这些四价原子由四个价电子和正离子组成，原子之间以共价键相连接
（2）载流子：
载流子分为：自由电子和空穴
- 束缚电子：共价键内的电子称为束缚电子
- 自由电子：在大于热力学零度或外界能量激发的条件下，挣脱原子核束缚的电子成称为自由电子
- 空穴：电子挣脱束缚后在价带中留下的空位
因此，自由电子和空穴是成对出现的
（3）在外加电场的作用下：载流子的定向移动产生了电流
- 自由电子形成了电子流，在导带内运动，方向与外加电场相反
- 空穴形成了空穴流，在价带内运动，方向与外加电场相同
注意：空穴流的产生实际上是因为价电子依次递补空穴而导致的空穴相对移动，而并非空穴本身能够移动
（4）本征半导体载流子的浓度：
分为自由电子的浓度和空穴浓度
-
电子浓度ni：单位体积内的自由电子数
-
空穴浓度pi：单位体积内的空穴数
自由电子的浓度公式：（只要求了解，不要求记忆）
结论：
- 本征半导体自由电子浓度只与温度和禁带宽度有关
- 本征半导体内自由电子浓度与空穴浓度是始终相同的，因为二者是成对出现的
- 当温度一定时，载流子浓度主要取决于温度：温度增加使得导电能力激增
（5）载流子的产生与复合
半导体内并不是一个完全静态的过程，而是载流子产生与复合的动态过程
三、杂质半导体
1. N型半导体：
一般指在本征半导体中掺入五价元素，如磷（P），由于五价元素很容易贡献电子，所以将其称之为施主杂质***，而施主杂质原子因提供自由电子而带正电荷变成正离子*。
! 注意：
在N型半导体中，自由电子是多数载流子（多子），空穴是少数载流子（少子）
2. P型半导体
一般指在本征半导体中掺入三价元素，如硼（P），由于三价元素的原子留下的空位很容易俘获电子形成负离子，因此我们称之为受主杂质
！ 注意：
在P型半导体中，空穴是多数载流子（多子），自由电子是少数载流子（少子）
3.杂质半导体的载流子浓度
- 在杂质半导体中，载流子浓度主要取决于多子的浓度，尽管杂质含量很少，但其提供的载流子仍然远比本征半导体本身的载流子多得多（说明杂志提供载流子的能力比热激发提供载流子的能力要强得多）。所以，杂质半导体的导电能力激增。
- 在杂质半导体中，多子浓度比本征半导体的浓度大得多，而少子浓度比本征半导体的浓度小得多，但是多子浓度和少子浓度的乘积保持不变。
上一节：模拟电子技术–绪论
下一节：半导体PN结
