大班文件級電子電路一講稿12(已修改)
2025-01-06 04:28 本頁面
【正文】 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 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； 原子之間的共價鍵鍵能較弱。 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（價電子）都是四個。 Ge Si 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。 在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，每個原子都處在正四面體的中心，而四個其它原子位于四面體的頂點，每個原子與其相臨的原子之間形成 共價鍵 ，共用一對價電子。 硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)： 硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)： 共價鍵共 用電子對 +4 +4 +4 +4 +4表示除去價電子后的原子 共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為 束縛電子 ，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為 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。 形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。 +4 +4 +4 +4 本征激發(fā)： 本征半導(dǎo)體中的價電子在受熱或者光照的情況下 獲得能量從共價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消失 的過程。 +4 +4 +4 +4 自由電子 空穴 束縛電子 本征半導(dǎo)體中載流子的濃度： )2exp( 0230 kTETApn gii ???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＝ 105()； Eg0是 T＝ 0K時的禁帶寬度。 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。 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)（高價元素，提供電子） ② 受主雜質(zhì)（低價元素，提供空位） N型半導(dǎo)體 概念：在本征半導(dǎo)體中摻入高價元素（施主雜質(zhì)）使半 導(dǎo)體中的電子濃度大大高于空穴濃度的半導(dǎo)體。 +4 +4 +5 +4 多余 電子 磷原子 摻雜濃度遠大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子稱為 多數(shù)載流子 （ 多子 ），空穴稱為 少數(shù)載流子 （ 少子 ）。 P型半導(dǎo)體 概念：在本征半導(dǎo)體中摻入低價元素（受主雜質(zhì)）使半 導(dǎo)體中的空穴濃度大大高于自由電子濃度的半導(dǎo)體。 +4 +4 +3 +4 空穴 硼原子 P 型半導(dǎo)體中空穴是多子，自由電子是少子。 雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － P 型半導(dǎo)體 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + N 型半導(dǎo)體 雜質(zhì) 型半導(dǎo)體多子和少子的移動都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近似認為多子與雜質(zhì)濃度相等。 雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子濃度 結(jié)論 ： ① 雜質(zhì)半導(dǎo)體中，自由電子和空穴濃度的乘積等于同溫 度下本征半導(dǎo)體中自由電子或空穴的濃度平方。 ② 雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多子的濃度近似等于摻雜濃度，少子 濃度隨溫度升高而迅速增大。 nnpn=ni2=pi2 nppp=ni2=pi2 nn=ND+pn pp=NA+np N型半導(dǎo)體： P型半導(dǎo)體： 式中： nn表示 N型半導(dǎo)體中自由電子濃度， pn表示 N型半導(dǎo)體中 空穴濃度， np表示 P型半導(dǎo)體中自由電子濃度， pp表示 P 型半導(dǎo)體中空穴濃度， ni，
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