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，本征半導(dǎo)體的價電子被共價鍵束縛，無載流子，不導(dǎo)電，相當(dāng)于絕緣體。

硅原子擁有4個價電子，各原子之間通過共價鍵結(jié)合在一起。共價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，本征半導(dǎo)體的價電子獲得足夠能量掙脫共價鍵的束縛，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，在其原來的共價鍵中就出現(xiàn)了一個空位，這個空位為空穴?？昭ǖ某霈F(xiàn)是半導(dǎo)體區(qū)別于導(dǎo)體的一個重要特點。

在外加電場的作用下，鄰近價電子就可以填補到空穴上，而在價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。（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，載流子的復(fù)合率等于產(chǎn)生率，達到動態(tài)平衡。本征半導(dǎo)體特點：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動：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個原子中，只有一個價電子打破共價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。這個特性對半導(dǎo)體器件有什么影響？

缺點：影響模擬電路工作的穩(wěn)定性

優(yōu)點：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：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，呈電中性?！杂呻娮訚舛?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價的元素（硼）。得到電子成為不能移動的負離子硅原子的共價鍵缺少一個電子形成了空穴2.2.1半導(dǎo)體的基本知識P型半導(dǎo)體的特點：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，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)體中摻入五價元素，其少數(shù)載流子為

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

。A．3價元素B．4價元素C．5價元素D．6價元素（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？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發(fā)生很大變化；（3）摻進微量雜質(zhì)，導(dǎo)電性能顯著