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第一讲 半导体基础知识

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第一讲 半导体基础知识
一、本征半导体 什么是半导体?什么是本征半导体? 导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体--铁、铝、铜等金属元素等低价元素,其最外层电子在外电场作用下很容易产生 定向移动,形成电流。 绝缘体--惰性气体、橡胶等,其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强,只有在外 电场强到一定程度时才可能导电。 半导体--硅(Si) 、锗(Ge) ,均为四价元素,它们原子的最外层电子受原子核的束缚 力介于导体与绝缘体之间。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。 1、本征半导体的结构

自由电子与空穴相碰同时消失,称为复合。 一定温度下,自由电子与空穴对的浓度一定;温度升高,热运动加剧,挣脱共价键的电 子增多,自由电子与空穴对的浓度加大。 2、本征半导体中的两种载流子

运载电荷的粒子称为载流子。 外加电场时,带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电,且运动方向相反。由于载 流子数目很少,故导电性很差。温度升高,热运动加剧,载流子浓度增大,导电性增强。热 力学温度 0K 时不导电。 二、杂质半导体 1. N 型半导体

杂质半导体主要靠多数载流子导电。 掺入杂 质越多,多子浓度越高,导电性越强,实现导电性可控。 2. P 型半导体

P 型半导体主要靠空穴导电, 掺入杂质越多, 空穴浓度越高,导电性越强,在杂质半导体中,温度变化时,载流子的数目变化吗?少子与 多子变化的数目相同吗?少子与多子浓度的变化相同吗? 三、PN 结的形成及其单向导电性 物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、固体均有之。 扩散运动使靠*接触面 P 区的空穴浓度降低、靠*接触面 N 区的自由电子浓度降低, 产生内电场,不利于扩散运动的继续进行。 PN 结的形成:由于扩散运动使 P 区与 N 区的交界面缺少多数载流子,形成内电场,从 而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从 N 区向 P 区、自由电子从 P 区向 N 区运动。参与 扩散运动和漂移运动的载流子数目相同,达到动态*衡,就形成了 PN 结。 PN 结的单向导电性: PN 结加正向电压导通:耗尽层变窄,扩散运动加剧,由于外电源的作用,形成扩散电 流,PN 结处于导通状态。 PN 结加反向电压截止:耗尽层变宽,阻止扩散运动,有利于漂移运动,形成漂移电流。 由于电流很小,故可*似认为其截止。 四、PN 结的电容效应 1. 势垒电容 PN 结外加电压变化时,空间电荷区的宽度将发生变化,有电荷的积累和释放的过程, 与电容的充放电相同,其等效电容称为势垒电容 Cb。 2. 扩散电容 PN 结外加的正向电压变化时,在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化,也有电

荷的积累和释放的过程,其等效电容称为扩散电容 Cd。

结电容:

C j = C b + Cd



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