P-N半导体和单向导电原理.docx

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1、半导体现在市场上的半导体大多是硅元素.但是半导体大多数都在过度元素部分找,详情见元素周期表。不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。本征半导体的导电能力很弱，热稳定性也很差，因此，不宜直接用它制造半导体器件。半导体器件多数是用含有一定数量的某种杂质的半导体制成。根据掺入杂质性质的不同，杂质半导体分为N型半导体和P型半导体两种。什么是N型半导体？P型半导体？在纯净的硅晶体(本征半导体)中掺入五价元素（如磷，锑，砷等），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼、铟等。），使之取代晶格中硅原子的位子，就形成P型半导体

2、。主要的掺杂方法有离子注入和热扩散原理P型半导体硼元素最外层只有三个电子，而硅最外层有四个电子，硼掺进去后，与硅就不能形成稳定的8个电子的结构，形成一个空穴。这个空穴相当于一个正电子。可在导体中运动。在本征半导体硅（或锗）中，若掺入微量的3价元素，如硼，这时硼原子就取代了晶体中的少量硅原子，占据晶格上的某些位置，如图Z0104所示。由图可知，硼原子的3个价电子分别与其邻近的3个硅原子中的3个价电子组成完整的共价键，而与其相邻的另1个硅原子的共价键中则缺少1个电子，出现了1个空穴。这个空穴被附近硅原子中的价电子来填充后，使3价的硼原子获得了1个电子而变成负离

3、子。同时，邻近共价键上出现1个空穴。由于硼原子起着接受电子的作用，故称为受主原子，又称受主杂质。在本征半导体中每掺入1个硼原子就可以提供1个空穴，当掺入一定数量的硼原子时，就可以使半导体中空穴的数目远大于本征激发电子的数目，成为多数载流子（多子），而电子则成为少数载流子（少子）。显然，参与导电的主要是空穴，故这种半导体称为空穴型半导体，简称P型半导体。P型半导体中，空穴浓度远大于自由电子浓度。空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。空穴主要由杂质原子提供，自由电子由热激发形成。掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能就越强。N型半导体在本征半

4、导体硅（或锗）中掺入微量的5价元素，例如磷，则磷原子就取代了硅晶体中少量的硅原子，占据晶格上的某些位置。如图Z0103所示。由图可见，磷原子最外层有5个价电子，其中4个价电子分别与邻近4个硅原子形成共价键结构，多余的1个价电子在共价键之外，只受到磷原子对它微弱的束缚，因此在室温下，即可获得挣脱束缚所需要的能量而成为自由电子，游离于晶格之间。失去电子的磷原子则成为不能移动的正离子。磷原子由于可以释放1个电子而被称为施主原子，又称施主杂质。在本征半导体中每掺入1个磷原子就可产生1个自由电子，而本征激发产生的空穴的数目不变。这样，在掺入磷的半导体中，自由电子的数

5、目就远远超过了空穴数目，成为多数载流子（简称多子），空穴则为少数载流子（简称少子）。显然，参与导电的主要是电子，故这种半导体称为电子型半导体，简称N型半导体。为什么N型半导体一定要用5价元素？P型要用3价？五价元素可提供一个自由电子，但如果用六价的就能提供两个，不是更好吗？六价的它容易与四价的半导体材料形成稳定的化合键如，SIO2。那用七价的呢？一些材料与七价元素形成的化合物不是固体。如SICL4是液体。如果我们用一价元素代替三价元素制造P型半导体可行吗？一价元素基本上都是金属，都不能与四价元素反应形成化合物。什么是P-N结？在半导体材料硅或锗晶体中掺入三

6、价元素杂质可构成缺壳粒的P型半导体，掺入五价元素杂质可构成多余壳粒的N形半导体。两种半导体接触在一起的点或面构成P-N结。P-N结有单向导电的特性，即：正向导通，反向截止。单向导电原理l在P型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离杂质。在电场的作用下，空穴是可以移动的，而电离杂质（离子）是固定不动的。lN型半导体中有许多可动的负电子和固定的正离子。l当P型和N型半导体接触时，在界面附近空穴从P型半导体向N型半导体扩散，电子从N型半导体向P型半导体扩散。l空穴和电子相遇而复合，载流子消失。l因此在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有分布在空间的带

7、电的固定离子，称为空间电荷区（也叫阻挡层、接触电位差）。lP型半导体一边的空间电荷是负离子，N型半导体一边的空间电荷是正离子。正负离子在界面附近产生电场，这电场阻止载流子进一步扩散，达到平衡。正向电压：如果在P型一边接正极，N型一边接负极，电流便从P型一边流向N型一边，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，电流可以顺利通过。即阻挡层变薄接触电位差变小，电阻变小。如果N型一边接外加电压的正极，P型一边接负极，则空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。即阻挡层变厚接触电位差变大，电阻变大。这就是PN结的单向导电性。　　PN结加反向

8、电压时，空间电荷区变宽，区中电场增强。反向电压增大到一定程度时，反