《半导体的基本知识》PPT课件

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1、第二讲半导体基础知识一、本征半导体二、杂质半导体三、PN结根据导电能力把物质分类：导体：自然界中很容易导电的物质称为导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体。半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体。1.1半导体基础知识导体－－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。1.1半导体基础知识半导

2、体的导电能力介于导体和绝缘体之间。其机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。1.1半导体基础知识#！惯性核的正电荷量与电子的负电荷量相等，原子呈中性。通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。1.1.1本征半导体Si+14284Ge+3228184+4原子结构简化图：惯性核：原子核和内层电子外层价电子：最外层电子1.1半导体基础知识本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。无杂质稳定的

3、结构在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。硅和锗的晶体结构：1.1.1本征半导体1、本征半导体的结构由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。共价键一定温度下，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。1.1.1本征半导体本征激发：半导体中共价键分裂产生电子、空穴对的过程。原因：加热、光或

4、其它射线照射。载流子的复合：自由电子在运动过程中能量减少，有可能填补空穴恢复共价键，该过程称为~。激发复合动态平衡一定外界环境条件下1.1.1本征半导体载流子外加电场时，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。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。1.1.1本征半导体本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。载流子的浓度随温度升高按指数关系增加，导电能力增强。温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特

5、点。3.本征半导体的性质：1.T=0K时,载流子的浓度为0。2.本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。3.导电能力差,并对温度很敏感.1.1.1本征半导体为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？在本征半导体中通过扩散工艺，掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。1.1.2杂质半导体杂质半导体掺入杂质的本征半导体。掺杂后半导体的导电能力大为提高掺入三价元素如B、Al等，形成P型半导体，也称空穴型半导体掺入五价元素如P、As(砷)等，形成N型半导体，也称电子型半导体1.1半导体基础知识磷（P）杂质半导体主要靠多

6、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。多数载流子N型半导体中的载流子是什么？1.1.2杂质半导体1.N型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素，晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样杂质原子就成了不能移动的带正电的离子。每个杂质原子给出一个电子，称为施主原子。N型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为电子半导体。掺入元素：五价元素（磷、砷、锑ti）1.1.2杂质半导体N型半导体中的载流子是什么？

7、1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。2.本征激发成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。#正离子不能自由运动，不能自由运动参加导电，不是载流子。1.1.2杂质半导体2.P型半导体硼（B）多数载流子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？1.1.2杂质半导体在硅或锗晶体中掺入少量