常用半導體器件(2)(已修改)
2025-05-11 13:13 本頁面
【正文】 半導體基礎知識 半導體概念：導電性能介于導體與絕緣體之間的物質。特點是： ① 導電性能受環(huán)境因素影響；② 可通過某種工藝改變其導電性能。 電子器件采用的半導體材料：主要是硅材料和鍺材料。其次還有砷化鎵和磷化鎵材料。 —— 半導體材料在制造電子器件之前首先要經過提純。經過提純的半導體稱為本征半導體。 半導體的導電性取決于其晶體結構。硅材料和鍺材料的晶體結構如下圖所示。 對于電子器件的要求主要有兩個：一個是具有放大能力，一個是具有非線性。 本征半導體 ? 共價鍵結構使得價電子一般不能掙脫共價鍵的束縛，不能自由移動，所以不導電。 ? 在外界因素（溫度、光照）影響下，少數(shù)價電子獲得一定能量，可以掙脫共價鍵的束縛成為自由電子，同時在原處形成一個空穴。 ? 電子和空穴都可以參與導電，半導體的導電能力與電子和空穴濃度有關，電子和空穴濃度與溫度和光照條件有關。 ? 本征半導體的電子和空穴濃度相等。在一定溫度和光照條件下，產生和復合形成動態(tài)平衡。 ? 在絕對零度和沒有光照的情況下，半導體中沒有自由電子和空穴產生，此時半導體不導電，如同絕緣體。 ? 盡管電子空穴對的產生使得半導體具有一定的導電性，但是其導電性能依然很弱。 ? 能夠自由移動的帶電粒子稱為載流子，電子和空穴都是載流子。 ? 本征半導體中電子和空穴成對產生，成對復合，即電子濃度和空穴濃度相等。 ? 由于電子空穴濃度與溫度和光照有關，故本征半導體具有熱敏特性和光敏特性。同時表明，電子器件具有溫度特性。 ? 硅原子外層有 24個電子，鍺原子外層有 32個電子。故硅原子的價電子離原子核近，鍺原子的價電子離原子核遠，鍺原子的價電子更容易掙脫共價鍵的束縛形成電子空穴對。故一定溫度下，鍺材料的電子空穴濃度遠遠大于硅材料，兩者相差三個數(shù)量級。 ? 實際應用中，硅管比鍺管應用更為廣泛，因為其溫度穩(wěn)定性好得多。 ? 要改變本征半導體的導電性，一般采取摻雜的方法。即在本征半導體材料中摻進三價元素或者五價元素。 雜質半導體 ? 在本征半導體中摻入少量其它元素（雜質）可以極大地改變半導體的導電性能，這種摻入了其它元素的半導體稱為雜質半導體。 ? 雜質一般有兩種：即五價元素（例如磷）和三價元素（例如硼）。 ? 所摻入的五價元素的價電子中有一個不能與本征半導體的價電子組成共價鍵，從而形成一個自由電子。這種半導體提供帶負電荷的載流子，故稱為 N型半導體。 ? 一個雜質原子提供一個載流子，故載流子濃度取決于摻雜濃度。摻雜濃度一般很低，但是比本征半導體的載流子濃度高得多，故摻雜使得半導體的導電性能得到很大的改變。 ? 由于五價元素提供了自由電子，所以稱為施主原子。 ? 所摻入的三價元素的價電子中只有三個能與本征半導體的價電子組成共價鍵，從而形成一個空穴。這種半導體提供帶正電荷的載流子，故稱為 P型半導體。 ? 由于三價元素提供了空穴，而空穴可以接受自由電子，所以稱為受主原子。 ? 雜質半導體的導電性能遠遠高于本征半導體。 ? N型半導體中，自由電子的濃度遠遠大于空穴濃度，所以其中自由電子為多數(shù)載流子，簡稱“多子”，而空穴為少數(shù)載流子，簡稱“少子”。 ? P型半導體中，空穴濃度遠遠大于自由電子濃度，所以其中空穴為多數(shù)載流子，即空穴為多子，自由電子為少子。 ? 由于雜質半導體中多子濃度大，則與少子復合的機會增大，故“多子越多，少子越少”。 ? 雜質半導體中導電性能取決于多子濃度，而多子濃度取決于摻雜濃度，故雜質半導體的導電性能與溫度幾乎無關。 ? 故雜質半導體與本征半導體不同，雜質半導體導電性能比本征半導體高得多，而且導電性能與溫度無關；而本征半導體導電性能弱，而且與溫度密切相關。 ? 半導體器件的核心，是將 N型半導體和 P型半導體結合到一起，從而形成所謂的 PN結。 PN結具有非常特殊的導電性能 —— 單向導電性，即非線性導電特性。 ? 當將 N型半導體和 P型半導體做到一起時，則在 N型和 P型半導體的交界面上會產生特殊的載流子的運動，從而形成一種特殊的內建電場，形成 PN結。 ? 由于 PN結兩邊的載流子濃度差，所以 P區(qū)和 N區(qū)的多子向對方擴散，一方面多子擴散到對方后與對方的多子復合，另一方面在 PN結附近的雜質原子因為多子擴散到對方而成為不能移動的帶電原子，即離子。 ? 擴散導致內電場的建立，內電場一方面阻止擴散的進一步進行，另一方面則導致兩邊的少子在電場作用下漂移。在一定的溫度下，擴散和漂移達到動態(tài)平衡。
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