高二物理競(jìng)賽課件半導(dǎo)體基礎(chǔ)

半導(dǎo)體基礎(chǔ)

2023/7/162半導(dǎo)體基礎(chǔ)

介紹半導(dǎo)體的有關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，闡述PN結(jié)的原理及主要特性，

討論以PN結(jié)為基本結(jié)構(gòu)的雙極型晶體三級(jí)管（BJT）和場(chǎng)效應(yīng)管

（FET）的工作原理、特性及主要參數(shù)。2023/7/1631.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的概念：導(dǎo)電能力處于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料；原子之間的共價(jià)鍵很弱。2023/7/164

現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。GeSi鍺原子示意圖硅原子示意圖2023/7/1651.1.1本征半導(dǎo)體概念：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。2023/7/166在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成共價(jià)鍵，共用一對(duì)價(jià)電子。硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)：2023/7/167硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)：共價(jià)鍵共用電子對(duì)+4+4+4+4+4表示除去價(jià)電子后的原子2023/7/168

共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+4圖1.1.12023/7/169本征激發(fā)：本征半導(dǎo)體中的價(jià)電子在受熱或者光照的情況下獲得能量從共價(jià)鍵中脫離出來成為自由電子的過程。

本征激發(fā)過程產(chǎn)生兩種載流子：①自由電子②空穴復(fù)合：自由電子落入空穴，使自由電子和空穴成對(duì)消失

的過程。2023/7/1610+4+4+4+4圖1.1.2自由電子空穴束縛電子本征激發(fā)過程：2023/7/1611本征半導(dǎo)體中載流子的濃度：式中：ni表示自由電子濃度，pi表示空穴的濃度；

A0是與半導(dǎo)體材料有關(guān)的常數(shù)；

k是波爾茲曼常數(shù)，k=8.63×10-5-1)；

Eg0是T=0K時(shí)的禁帶寬度。結(jié)論：本征半導(dǎo)體中的自由電子濃度和空穴濃度相同，

具體濃度值與半導(dǎo)體材料和溫度有很大關(guān)系。2023/7/16121.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體概念：摻入了雜質(zhì)元素的半導(dǎo)體。在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。兩種類型的雜質(zhì)元素：①施主雜質(zhì)（高價(jià)元素，提