數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)第2講-附-在線瀏覽
2024-08-01 08:53本頁面
【正文】 能參與導(dǎo)電 ——半導(dǎo)體具有兩種載流子。 自由電子和空穴 同時(shí)產(chǎn)生 空穴 自由電子與空穴 ? 在價(jià)電子成為自由電子的同時(shí)，在它原來的位置上就出現(xiàn)一個(gè)空位，稱為空穴。 ? 自由電子又可以回到空穴的位置上，使離子恢復(fù)中性，這個(gè)過程叫復(fù)合。同時(shí)，在失去了一個(gè)價(jià)電子的相鄰原子的共價(jià)鍵中出現(xiàn)另一個(gè)空穴，它也可以由相鄰原子中的價(jià)電子來遞補(bǔ)，而在該原子中又出現(xiàn)一個(gè)空穴。打一個(gè)通俗的比方，好比大家坐在劇院看節(jié)目，若一個(gè)座位的人走了，出現(xiàn)一個(gè)空位，鄰近座位的人去遞補(bǔ)這個(gè)空位并依次遞補(bǔ)下去，看起來就像空位子在運(yùn)動(dòng)一樣。因此，空穴流和電子流是有所不同的。這個(gè)是半導(dǎo)體導(dǎo)電的極重要的一種特性。如果在其中摻入微量的雜質(zhì) (某種元素 )，這將使摻雜后的半導(dǎo)體 (雜質(zhì)半導(dǎo)體 )的導(dǎo)電性能大大增強(qiáng)。每個(gè)磷原子有 5個(gè)價(jià)電子故在構(gòu)成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)時(shí)將因增加一個(gè)電子而形成一個(gè)自由電子，這樣，在半導(dǎo)體中就形成了大量自由電子。 Si Ge + P =N型 P + 多余 電子 Si Si Si Si Si Si P 摻入磷雜質(zhì)的硅半導(dǎo)體晶體中，自由電子的數(shù)目大量增加。 特點(diǎn) 在 N型半導(dǎo)體中電子是多數(shù)載流子、空穴是少數(shù)載流子。每個(gè)硼原子只有三個(gè)價(jià)電子故在構(gòu)成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)時(shí)將因缺少一個(gè)電子而形成一個(gè)空穴，這樣，在半導(dǎo)體中就形成了大量空穴。 Si Ge + B =P型 Si Si Si Si Si Si B + B空穴 摻硼的半導(dǎo)體中，空穴的數(shù)目遠(yuǎn)大于自由電子的數(shù)目。 二、半導(dǎo)體二極管 PN結(jié)是由 P型和 N型半導(dǎo)體組成的，但它們一旦形成 PN結(jié)，就會(huì)產(chǎn)生 P型和 N型半導(dǎo)體單獨(dú)存在所沒有的新特性。 擴(kuò)散 —— 由于濃度的不同而引起的載流子運(yùn)動(dòng)。 漂移 —— 在電場(chǎng)作用下引起的載流子運(yùn)動(dòng) PN 結(jié)的形成 PN 結(jié)的形成 多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 形成 PN 結(jié) 空間電荷區(qū)的一個(gè)重要特征是：在此區(qū)間中，電子和空穴相互復(fù)合，束縛于共價(jià)鍵內(nèi)，造成 主要載流子不足 ，因此，空間電荷區(qū)也稱為耗盡區(qū)（耗損層）。 在耗盡層內(nèi) N型側(cè)帶正電， P型側(cè)帶負(fù)電，因此內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)靜電場(chǎng)，耗盡層的兩端存在電位差。在開始形成空間電荷區(qū)時(shí)，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì)。于是在一定條件下 (例如溫度一定 )，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)逐漸減弱，而少數(shù)裁流子的漂移運(yùn)動(dòng)則逐漸增強(qiáng)。達(dá)到平衡后空間電荷區(qū)的寬度基本上穩(wěn)定下來， PN結(jié)就處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。 ? 可見外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)的方向相反，因此擴(kuò)散與漂移運(yùn)動(dòng)的平衡被破壞。于是，整個(gè)空間電荷區(qū)變窄，電內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流 (正向電流 )。正向電流包括空穴電流和電子電流兩部分。外電源不斷地向半導(dǎo)體提供電荷，使電流得以維持。 ? 外電場(chǎng)驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移走，使得空間電荷增加，空間電荷區(qū)變寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，使多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)難以進(jìn)行。 由于少數(shù)載流子數(shù)量很少，因此反向電流不大，即 PN結(jié)呈現(xiàn)的反向電阻很高。） 值得注意的是：因?yàn)樯贁?shù)載流子是由于價(jià)電子獲得熱能 (熱激發(fā) )掙脫共價(jià)鍵的束縛而產(chǎn)生的，環(huán)境溫度愈高，少數(shù)載流子的數(shù)目愈多。 由以上分析可見： PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴? PN結(jié)的反向擊穿（ 具體請(qǐng)看備注 ）：
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