本征半导体中的两种载流子
本征半导体载流子
本征半导体载流子
1. 什么是本征半导体
本征半导体是指没有掺杂杂质的半导体材料，其电子与空穴的浓度完全相等。
由于在本征半导体中，电子与空穴的数量相等，因此其导电性质比较特殊，可以在外加电场或光照作用下发生电子与空穴的复合，产生电流。
2. 本征半导体的载流子
在本征半导体中，载流子主要包括电子和空穴。
电子是带负电的粒子，空穴是带正电的粒子。
在本征半导体中，电子和空穴的数量相等，因此其导电性质特殊。
3. 本征半导体的电导率
本征半导体的电导率是由其载流子浓度决定的。
在本征半导体中，电子浓度与空穴浓度相等，因此其电导率比较低。
但是，在外加电场或光照作用下，会产生电子与空穴的复合，从而增加载流子浓度，提高电导率。
4. 本征半导体的应用
本征半导体在半导体器件中有着重要的应用，如晶体管、太阳能电池等。
在晶体管中，本征半导体被用作基底材料，提供支撑和导电功能。
在太阳能电池中，
本征半导体则被用作光电转换材料，将光能转化为电能。
总之，本征半导体作为一种特殊的半导体材料，其载流子和电导率等性质与掺杂半导体有所不同，但在半导体器件中有着重要的应用。
本征半导体材料有哪些特点
本征半导体材料的特点
本征半导体指的是在室温下的纯净材料，例如硅和锗等，它们具有许多独特的
特点和性质。
本文将探讨本征半导体材料的几个重要特点。
1. 电导率受温度影响
本征半导体的电导率随温度变化而变化。
晶体中的载流子浓度高度依赖于温度。
随着温度升高，原子振动剧烈，导致晶格缺陷生成，影响载流子的迁移能力，从而影响电导率。
2. 载流子类型
本征半导体的载流子类型取决于其能带结构。
在常见的硅和锗中，由于它们的
能带结构，电子是主要的载流子。
这意味着电流是通过电子的移动而产生的。
3. 光电特性
本征半导体材料还具有光电特性，即当受到光照射时，能够吸收光子并生成电
子和空穴对。
这些电子和空穴对可以在半导体材料中移动，从而产生电流。
这是半导体材料在光电器件中被广泛应用的原因之一。
4. 禁带宽度
本征半导体材料具有禁带宽度，即导带和价带之间的能隙。
这个能隙决定了半
导体材料的电导率和光电性能。
对于硅、锗等常见材料，它们的禁带宽度在可见光范围之外，因此它们通常是透明的。
5. 温度稳定性
与金属相比，本征半导体材料具有更好的温度稳定性。
他们通常可以在更宽的
温度范围内工作而不会失去其半导体性质。
这使得半导体器件在各种环境条件下都能可靠工作。
综上所述，本征半导体材料具有许多独特的特点和性质，这些特点使其在电子
学和光电学领域中得到广泛的应用和研究。
通过深入了解这些特点，我们可以更好地利用本征半导体材料的性能，推动半导体技术的发展和应用。
本征半导体中的两种载流子
本征半导体中的两种载流子
本征激发
在室温下，本征半导体共价键中的价电子获得足够的能量，挣脱共价键的束缚进入导带，成为自由电子，在晶体中产生电子-空穴对的现象称为本征激发。
空穴
在本征激发中，价电子成为自由电子后共价键上留下空位，这个空位称为空穴。
空穴是一个带正电的粒子，其电量与电子相等，电极性相反，在外加电场作用下，可以自由地在晶体中运动，它和自由电子一样可以参加导电。
空穴、电子导电机理
由于共价键出现了空穴，在外加电场或其他因素的作用下，邻近价电子就可填补到这个空位上，而在这个电子原来的位置上又留下新的空位，以后其他电子又可转移到这个新的空位。
这样就使共价键中出现一定的电荷迁移。
空穴的移动方向和电子移动的方向是相反的。
02半导体及其本征特征2
3. 半导体的能带 (价带、导带和带隙)
原子能级 能带
量子态和能级
固体的能带结构
共价键固体中价电子的量子态和能级 共价键固体：成键态、反键态
反 成 键 态 原 子 能 级
成 键 态
半导体的能带结构
导 带
Eg
价 带
价带：0K条件下被电子填充的能量最高的能带 导带： 0K条件下未被电子填充的能量最低的能带 禁带：导带底与价带顶之间能带 带隙：导带底与价带顶之间的能量差
作业
载流子的输运有哪些模式，对这些输运 模式进行简单的描述 设计一个实验：首先将一块本征半导体 变成N型半导体，然后再设法使它变成P 型半导体。
半导体器件物理基础
半导体器件物理基础
据统计：半导体器件主要有67种，另 外还有110个相关的变种 所有这些器件都由少数基本模块构成： • pn结 •金属－半导体接触 • MOS结构 • 异质结 • 超晶格
+4
+4
+4 自由电子
+4
+5 +4
+4 施主原子
+4
+4
+4
图 1.1.3
N 型半导体
二、 P 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如 硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。
+4 +4 空穴 +4
3 价杂质原子称为 受主原子。 空穴浓度多于电子 浓度，即 p >> n。空穴 为多数载流子，电子为 少数载流子。
+4 共 价 键 +4 +4 价 电 子 +4 +4 +4
当温度 T = 0 K 时，半导 体不导电，如同绝缘体。
习题及答案
习题一一、判断题1．金属都是靠自由电子导电（√ ）。
2．半导体主要靠空穴导电（⨯）。
3．常温下，本征半导体的两种载流子的数量都很少，所以导电性能很差（√ ）。
4．在半导体中掺入其它物质就称杂质半导体（⨯）。
5．在本征半导体中掺入微量的三价元素硼，就成为N型半导体（⨯）。
6．采用不同的掺杂工艺，将N型半导体和P型半导体制作在同一块硅片上，在两者交界面形成PN结（√）。
7．半导体不具有热敏特性（⨯）。
8．从PN结两个杂质半导体分别引出电极，再以合适的形式封装起来，即为二极管（√）。
9．二极管在正向导通时，管压降为0.7V左右（⨯）。
10．二极管一旦正向导通，其正向管压降变化范围较小，但电流变化却很大（√ ）。
11．点接触型二极管，其结电容小，工作频率高，适合于高频电路和小功率整流（√）。
12．从PN结的结面积大，通过的电流也越大（√）。
13．变容二极管是点接触型二极管（√）。
14．稳压二极管一旦击穿就损坏了（⨯）。
15．稳压二极管按材料分有硅管和锗管（⨯）。
16．稳压二极管正向导通时同普通二极管的功能和压降基本一样（√）。
17．用数字万用表检测发光二极管同检测普通二极管的方法相同（⨯）。
18．反向漏电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流（√）。
19．温度对锗管和硅管具有相同影响力，即温升相同反向电流变化一样大（⨯）。
20．所有的晶体管都是双极型晶体管（⨯）。
21．晶体管最主要的功能是电流放大作用（⨯）。
22．晶体管包含两个PN结，NPN型共用P极，PNP型共用N极，所以晶体管也称共阳极和共阴极双二极管（⨯）。
23．晶体管工作时发热主要集中在基区（⨯）。
24．晶体管有两个PN结，它们和二极管的单向导电特性一样，在检测晶体管时可以把晶体管视作两个共基极的二极管（√ ）。
25．要使晶体管具有正常的电流放大作用，必须在其发射结加正向电压，在集电结加反向电压——这是对NPN型管来说的，不适合于对PNP型管（⨯）。
半导体物理学名词解释 2
半导体物理学名词解释1、直接复合：电子在导带与价带间直接跃迁而引起非平衡载流子的复合。
2、间接复合：指的是非平衡载流子通过复合中心的复合。
3、俄歇复合：载流子从高能级向低能级跃迁发生电子-空穴复合时，把多余的能量传给另一个载流子，使这个载流子被激发到能量更高的能级上去，当它重新跃迁回到低能级时，多余的能量常以声子的形式放出，这种复合称为俄歇复合，显然这是一种非辐射复合。
4、施主杂质：V族杂质在硅、锗中电离时，能够施放电子而产生导电电子并形成正电中心，称它们为施主杂质或n型杂质。
5、受主杂质：Ⅲ族杂质在硅、锗中能够接受电子而产生导电空穴，并形成负点中心，所以称它们为受主杂质或p型杂质。
6、多数载流子：半导体材料中有电子和空穴两种载流子。
在N 型半导体中,电子是多数载流子, 空穴是少数载流子。
在P型半导体中,空穴是多数载流子,电子是少数载流子。
7、能谷间散射：8、本征半导体：本征半导体就是没有杂质和缺陷的半导体。
9、准费米能级：半导体中的非平衡载流子，可以认为它们都处于准平衡状态（即导带所有的电子和价带所有的空穴分别处于准平衡状态）。
对于处于准平衡状态的非平衡载流子，可以近似地引入与Fermi能级相类似的物理量——准Fermi能级来分析其统计分布；当然，采用准Fermi能级这个概念，是一种近似，但确是一种较好的近似。
基于这种近似，对于导带中的非平衡电子，即可引入电子的准Fermi能级；对于价带中的非平衡空穴，即可引入空穴的准Fermi能级。
10、禁带：能带结构中能态密度为零的能量区间。
11、价带：半导体或绝缘体中，在绝对零度下能被电子沾满的最高能带。
12、导带：导带是自由电子形成的能量空间，即固体结构内自由运动的电子所具有的能量范围。
13、束缚激子：等电子陷阱俘获载流子后成为带电中心，这一中心由于库仑作用又能俘获另一种带电符号相反的载流子从而成为定域激子，称为束缚激子。
14、浅能级杂质：在半导体中、其价电子受到束缚较弱的那些杂质原子，往往就是能够提供载流子（电子或空穴）的施主、受主杂质，它们在半导体中形成的能级都比较靠近价带顶或导带底，因此称其为浅能级杂质。
【高中物理】高二物理竞赛课件：半导体基础知识
两种载流子总是成对出现
成为 电子 - 孔穴对
+4
两种载流子浓度相等
即 ni = pi
带正电的空穴
hole
在一定温度下电子 - 空穴对 的产生和复合达到动态平衡
+4
+4
+4
+4
带负电的自由电子
Free electron
本征载流子的浓度对温度十分敏感
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且在光照和热辐射下，其导电性有明显变化
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Periodic Table
2. 本征半导体(intrinsic semic-)的晶体结构
+4
+4
+4
+4
+4
共价键
Covalent bond
本征半导体结构示意图
在 T = 0K 时，半导体不能导电
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Intrinsic Semiconductor
Increasing Temperature Causes Creation of Free Carriers 1010 cm-3 free carriers at 23C (out of 2x1023 cm-3) Intrinsic Conductivity Si Si Si Si Si Si Si Si Si
自由电子
+4
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3. 本征半导体中的两种载流子
如果温度升高， 少数价电子将挣脱 共Байду номын сангаас键束缚成为 自由电子
+4
带正电的空穴
hole
在原来的共价键位置留下一个空位， 称之为空穴
第2章 半导体中的载流子及PN结
半导体中存在的微量杂质和缺陷，能够对半导体材料的物理性质和化学性质产生决定性影响， 也严重影响半导体器件的质量。例如，在Si晶体中，若以每105个Si原子掺入1个B原子的比例掺入 硼元素，则Si晶体的导电率在室温下会增加103倍。又如，用于生产一般硅平面器件的硅单晶，要 求将位错密度控制在103cm-2以下，位错密度过高不可能生产出性能良好的器件。
所以在半导体中，导带的电子和价带的空穴均参与导电，这是与金属导体的最大差别。 绝缘体的能带结构与半导体类似，但是绝缘体的禁带宽度很大，将下层满带中的电子激发到上 层的空带，需要很大的能量，在通常温度下，能够激发到导带去的电子很少，所以绝缘体导电性很 差。如图2.6所示。 半导体禁带宽度比较小，数量级在1eV左右，在通常温度下已有不少电子被激发到导带中，所 以半导体具有一定的导电能力，这是半导体与绝缘体的主要区别。例如，室温下，金刚石禁带宽度 为6-7eV，是绝缘体；硅为1.12eV，锗为0.67eV，砷化镓为1.43eV，都是半导体。
电子在周期性势场中运动的基本特点和自由电子的运动十分相似，先分析自由电子的运动：微 观粒子具有波粒二象性，表征波动性的量与表征粒子性的量之间有一定联系。一个质量为m0，速 度v自由运动的电子，其动量与能量分别为：
经过推导可得：
可以看到，对于波矢为k的运动状态，自由电子的能量E，动量p，速度v均有确定的数值。因此， 波矢k可用以描述自由电子的运动状态，不同的k值标志着自由电子的不同状态。图2.4是自由电子 的E与k的关系曲线，呈抛物线形状。由于k的连续变化，自由电子的能量是连续谱，从零到无限大 的所有能量值都是允许的。
以原子结合成晶体的过程定性说明半导体中的电子状态： 原子中的电子在原子核的势场和其他电子的作用下，分列在不同的能级上，形成所谓的电子壳层， 不同支壳层的电子分别用1s；2s，2p；3s，3p，3d；4s∙∙∙等符号表示，每一支壳层对应于确定的能量。 当原子相互接近形成晶体时，不同原子的内外各电子壳层之间就有了一定程度的交叠。大量原子组成 晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再局限在某一个原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上， 因而，电子将可以在整个晶体中运动，这种运动称为电子的共有化运动。 由于各原子中相似壳层上的电子才有相同能量，电子只能在相似壳层间转移。
半导体载流子种类
半导体载流子种类
半导体是一种具有特殊导电性质的材料，它具有介于导体和绝缘体之间的特性。
半导体的导电能力主要依靠载流子来实现，而载流子的种类又决定了半导体的电性能。
在半导体中，主要有两种载流子：电子和空穴。
电子是带负电荷的粒子，它是半导体中的主要载流子。
当半导体受到外界激发时，电子会从价带跃迁到导带，形成自由电子。
自由电子的移动形成了电流，是半导体器件正常工作的基础。
空穴是带正电荷的粒子，它是半导体中的另一种载流子。
当电子从价带跃迁到导带时，留下了一个空缺，称为空穴。
空穴在半导体中运动的方式与电子相反，它们以相反的方向移动。
空穴的运动也能形成电流，为半导体器件的工作提供支持。
电子和空穴的存在使得半导体具有很多特殊的性质。
例如，半导体材料的导电性能可以通过外界控制来改变，这就是半导体器件的基本原理。
通过控制电子和空穴的数量和运动方向，我们可以实现半导体器件的开关、放大、存储等功能。
除了电子和空穴，半导体中还存在其他一些特殊的载流子。
例如，杂质能级上的载流子，如掺杂半导体中的杂质离子。
这些载流子的特性也会对半导体器件的性能产生影响。
半导体中的载流子种类多种多样，其中最主要的是电子和空穴。
它
们的存在和运动使得半导体器件具有了丰富的功能和广泛的应用。
通过深入了解半导体载流子的特性，我们可以更好地理解和应用半导体技术，推动科技的发展。
电子技术课后习题详解
习题解答【1-1】填空：1．本征半导体是，其载流子是和。
两种载流子的浓度。
2．在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于，而少数载流子的浓度则与有很大关系。
3．漂移电流是在作用下形成的。
4．二极管的最主要特征是，与此有关的两个主要参数是和。
5．稳压管是利用了二极管的特征，而制造的特殊二极管。
它工作在。
描述稳压管的主要参数有四种，它们分别是、、、和。
6．某稳压管具有正的电压温度系数，那么当温度升高时，稳压管的稳压值将。
7．双极型晶体管可以分成和两种类型，它们工作时有和两种载流子参与导电。
8．场效应管从结构上分成和两种类型，它的导电过程仅仅取决于载流子的流动；因而它又称做器件。
9．场效应管属于控制型器件，而双极型晶体管是控制型器件。
10．当温度升高时，双极性晶体管的β将，反向饱和电流I CEO将，正向结压降U BE将。
11．用万用表判断电路中处于放大状态的某个晶体管的类型与三个电极时，测出最为方便。
12．晶体管工作有三个区域，在放大区时，应保证和；在饱和区，应保证和；在截止区，，应保证和。
13．当温度升高时，晶体管的共射输入特性曲线将，输出特性曲线将，而且输出特性曲线之间的间隔将。
解：1.完全纯净的半导体，自由电子，空穴，相等。
2.杂质浓度，温度。
3.少数载流子，(内)电场力。
4.单向导电性，正向导通压降U F和反向饱和电流I S。
5.反向击穿特性曲线陡直，反向击穿区，稳定电压（U Z），工作电流（I Emin），最大管耗（P Zmax）和动态电阻（r Z）6.增大;7.NPN，PNP，自由电子，空穴(多子，少子)。
8.结型，绝缘栅型，多数，单极型。
9.电压，电流。
10.变大，变大，变小。
11.各管脚对地电压;12.发射结正偏，集电结反偏；发射结正偏，集电结正偏；发射结反偏，集电结反偏。
13.左移，上移，增大.。
【1-2】在图1-2的各电路图中，E =5V ，u i =10t ωsin V ，二极管D 视为理想二极管，试分别画出输出电压u o 的波形。
半导体物理名词解释
(1)晶态:固体材料中的原子有规律的周期性排列,或称为长程有序。
(2)非晶态:固体材料中的原子不是长程有序地排列,但在几个原子的范围内保持着有序性,或称为短程有序。
(3)准晶态:介于晶态和非晶态之间的固体材料,其特点是原子有序排列,但不具有平移周期性。
(4)单晶:原子呈周期性排列的晶体。
(5)多晶:由许多取向不同的单晶体颗粒无规则堆积而成的固体材料。
(6)原子价键:主要的原子价键有共价键、离子键、π键和金属键。
(7)共价键与非极性共价键:共价键是相邻原子间通过共用自旋方向相反的电子对电子云重叠)与原子核间的静电作用形成的,成键的条件是成键原子得失电子的能力相或是差别较小,或者是成键原子一方有孤对电子(配位体),另一方有空轨道(中心离如果相邻原子吸引电子的能力是一样的,则共用电子对不会发生偏移,这样的共价就是非极性共价键。
共价键的数目遵从8-N原则(8)空穴:光激发或热激发等激发因素会使原子键断裂而释放出电子,在断键处少掉1个电子,等效于留下一个带(+q)电量的正电荷在键电子原来所在的位置,这就是空穴（9）半导体的载流子:有两种载流子,带负电的电子和带正电的空穴。
（10)基态:在0K下,半导体中的电子空穴对产生之前的固体所处的状态。
（11）激发态:电子空穴对产生之后的固体所处的状态（12）光激发:光照产生电子空穴对的过程。
(1)量子:热辐射的粒子形态。
(2)德布罗意波长:普朗克常量与粒子的动量p的比值。
(3)海森伯堡测不准原理:对于同一粒子,不可能同时确定其坐标和动量。
(4)量子化能级:束缚态粒子的分立的能级。
(5)波粒二象性:微观粒子有时表现为波动形态,而电磁波有时表现为粒子形态。
(6)光生载流子:光照产生的载流子。
(7)热生载流子:热激发产生的载流子(8)半导体能带结构:分为E-k图和E-x图。
(9)导带:价带上能量最低的允带(10)价带:价电子所在的允带。
(11)禁带:导带底与价带顶之间的能量区域(12)禁带宽度:导带底与价带顶之间的能量差。
半导体物理习题答案
半导体物理习题答案 The document was prepared on January 2, 2021第一章半导体中的电子状态例1.证明:对于能带中的电子，K状态和-K状态的电子速度大小相等,方向相反。
即：v(k)= －v(－k)，并解释为什么无外场时，晶体总电流等于零。
解：K状态电子的速度为：（1）同理，－K状态电子的速度则为：（2）从一维情况容易看出：（3）同理有：（4）（5）将式（3）（4）（5）代入式（2）后得：（6）利用（1）式即得：v(－k)= －v(k)因为电子占据某个状态的几率只同该状态的能量有关，即：E(k)=E(－k)故电子占有k状态和-k状态的几率相同，且v(k)=－v(－k)故这两个状态上的电子电流相互抵消，晶体中总电流为零。
例2.已知一维晶体的电子能带可写成：式中，a为晶格常数。
试求：（1）能带的宽度；（2）能带底部和顶部电子的有效质量。
解：（1）由E(k)关系（1）（2）令得：当时，代入（2）得：对应E(k)的极小值。
当时，代入（2）得：对应E(k)的极大值。
根据上述结果，求得和即可求得能带宽度。
故：能带宽度（3）能带底部和顶部电子的有效质量：习题与思考题：1 什么叫本征激发温度越高，本征激发的载流子越多，为什么试定性说明之。
2 试定性说明Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数的原因。
3 试指出空穴的主要特征。
4 简述Ge、Si和GaAs的能带结构的主要特征。
5 某一维晶体的电子能带为其中E0=3eV，晶格常数a=5×10-11m。
求：（1）能带宽度；（2）能带底和能带顶的有效质量。
6原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同原子中内层电子和外层电子参与共有化运动有何不同7晶体体积的大小对能级和能带有什么影响8描述半导体中电子运动为什么要引入“有效质量”的概念用电子的惯性质量描述能带中电子运动有何局限性9 一般来说，对应于高能级的能带较宽，而禁带较窄，是否如此为什么10有效质量对能带的宽度有什么影响有人说：“有效质量愈大，能量密度也愈大，因而能带愈窄。
模拟ic校招知识点总结
模拟ic校招知识点总结一、电路基础。
1. 基本电路元件。
- 电阻：理解电阻的定义（R = (V)/(I)），不同类型电阻（如碳膜电阻、金属膜电阻等）的特性。
在模拟电路中，电阻用于分压、限流等操作。
例如，在一个简单的分压电路中，根据串联电阻的电压分配原理V_1=(R_1)/(R_1 + R_2)V_in。
- 电容：电容的定义C=(Q)/(V)，其储存电场能量的特性。
电容在模拟电路中有滤波、耦合等作用。
在一阶RC低通滤波器中，截止频率f_c=(1)/(2π RC)，它可以滤除高频信号。
- 电感：电感的定义L=(varPhi)/(I)，它储存磁场能量。
在模拟电路中，电感常用于滤波（如LC滤波器）等，不过在集成电路中，由于电感占用面积大，使用相对较少。
2. 基尔霍夫定律。
- 基尔霍夫电流定律（KCL）：所有进入某节点的电流的总和等于所有离开这节点的电流的总和。
例如，对于一个有三条支路的节点，I_1+I_2 - I_3=0。
- 基尔霍夫电压定律（KVL）：沿着闭合回路所有元件两端的电势差（电压）的代数和等于零。
在一个简单的串联电路中，V_R1+V_R2-V_in=0。
3. 戴维南定理和诺顿定理。
- 戴维南定理：任何一个线性含源一端口网络，对外电路来说，可以用一个电压源和电阻的串联组合来等效置换；该电压源的电压等于这个一端口网络的开路电压，电阻等于这个一端口网络内全部独立电源置零后的输入电阻。
- 诺顿定理：任何一个线性含源一端口网络，对外电路来说，可以用一个电流源和电导的并联组合来等效置换；电流源的电流等于这个一端口网络的短路电流，电导等于把这个一端口网络内全部独立电源置零后的输入电导。
二、半导体物理基础（人教版教材相关内容）1. 半导体材料。
- 本征半导体：纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体，如硅（Si）和锗（Ge）。
本征半导体中存在着电子和空穴两种载流子，它们是成对产生的，在热激发下，价带中的电子跃迁到导带，从而在价带中留下空穴。
1.1 半导体基础知识
2. 本征半导体中的两种载流子 本征半导体中的两种载流子
运载电荷的粒子称为载流子。 运载电荷的粒子称为载流子。 无外加电场,电子和空穴运动是 无外加电场 电子和空穴运动是 随机、无规则的,不形成电流 不形成电流。 随机、无规则的 不形成电流。 有外加电场， 有外加电场，自由电子做定向 运动形成电子电流； 运动形成电子电流；价电子按 一定方向填补空穴,等效成空穴 一定方向填补空穴 等效成空穴 运动形成空穴电流。 运动形成空穴电流。 载流子 本征半导体中有两种载 本征半导体中有两种载 流子：自由电子和空穴。 流子：自由电子和空穴。
P区空穴 区空穴 浓度远高 于N区 区
N区自由动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面 扩散运动使靠近接触面 区的空穴浓度降低、靠近接触面N 区的空穴浓度降低 区的自由电子浓度降低， 区出现负离子区， 区的自由电子浓度降低，P 区出现负离子区，N 区出现正离子 形成空间电荷区， 不利于扩散运动的继续进行。 区,形成空间电荷区，产生内电场 不利于扩散运动的继续进行。 形成空间电荷区 产生内电场,不利于扩散运动的继续进行
PN 结的形成
模拟电子技术基础
第四版 童诗白 华成英 主编
高等教育出版社
第一章 常用半导体器件
1.1 1.2 1.3 1.4 半导体基础知识 半导体二极管 晶体三极管 场效应管
1.1 半导体基础知识
1.1.1本征半导体 1.1.1本征半导体
一、半导体 自然界物质按其导电能力分为导体、半导体、绝缘体。 自然界物质按其导电能力分为导体、半导体、绝缘体。 1.导体 自然界中很容易导电的物质称为导体， 1.导体 自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般 都是导体。 都是导体。 2.绝缘体 有的物质几乎不导电，称为绝缘体， 2.绝缘体 有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如惰性气 橡皮、陶瓷、塑料和石英。 体、橡皮、陶瓷、塑料和石英。 3.半导体 有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间， 3.半导体 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，如锗、 砷化镓和一些硫化物、氧化物等。 称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。 常用的半导体材料是硅（Si)和锗(Ge)。 和锗(Ge) 常用的半导体材料是硅（Si)和锗(Ge)。
固体电子学 第四章 半导体中的载流子
n 型半导体
Si Si Si Si Si
Si Si P
空带
ED：施主电离能
施主能级 Eg
满带
掺入施主杂质后，半导体中电子浓度增加，n>p，半导体的导电性 以电子导电为主，故称为N型半导体。施主杂质又被称为N型杂质。
第四章 半导体中的载流子
计算机、数码相机、手机等 公交卡、银行卡、电话卡等
热敏器件、太阳能电池、激光器、各 种照明器件、显示器件、图像器件等
二极管、三极管等基本电子器件
半导体材料（Si、Ge）
§4.1 本征半导体与杂质半导体
• 极低温下，半导体能带为全 满或全空。 • 室温下，少量电子跃迁，导 电。
在绝对零度时： E<EF时，f(E)=1； E>EF时，f(E)=0； E=EF时，f(E)发生突变。 在温度很低时：
表示在费米能级，被电子填充的几 率和不被电子填充的几率是相等的。
波尔兹曼（Boltzmann）分布函数
当E-EF》kBT时,
EEF
e kB0T 1
所以 fF (E)
1 e EEF
提供给电子大于禁带宽度能量的任何物理作用都会引起电 子跃迁。
n代表导带电子浓度；p代表价带空穴浓度。
对于本征激发满足： n=p
价带顶附近的电子热激发到导带底所需的能量最低，因此 这是最易发生的本征激发过程。
认为导带中的电子处在导带底附近，价带中的空穴处在价 带顶附近。
4.1.2 杂质半导体
•向导带提供电子的杂质称为施主； •能接受电子并向价带提供空穴的杂质称为受主； •含有杂质原子的半导体称为杂质半导体； •由于掺杂引起禁带中出现的能级，称为杂质能级；
半导体物理_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
半导体物理_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.对应于n型半导体，电子为（）参考答案:多子2.硅肖特基二极管的特点（）参考答案:开关速度快_不存在少子存储效应_反向泄漏电流较PN结二极管大3.施主杂质能级的作用包括以下（）参考答案:提供导带电子_散射中心4.考虑镜像力后，金属半导体接触的势垒高度将()参考答案:降低5.密勒指数是描写布喇菲点阵中晶面方位的一组互质的整数。
参考答案:正确6.半导体中载流子的电输运包括（）。
参考答案:漂移_扩散7.某Si半导体掺有2×10^17cm^-3的硼原子以及 3×10^16cm^-3的磷原子，那么此Si半导体主要是（）导电。
参考答案:空穴8.在纯Ge中掺入下列（）元素，Ge将变为p型半导体。
参考答案:In9.电子的漂移电流的方向，与()相同。
参考答案:电场方向10.室温下，n-Si中的电子浓度为空穴浓度的10000倍，则其费米能级位于（）。
参考答案:禁带中线之上11.决定半导体的载流子迁移率的因素有（）。
参考答案:电导有效质量_温度12.对于工作在强电场下（达到速度饱和）的本征半导体，决定其迁移率的主要的散射机制是（）。
参考答案:光学波声子散射13.下列关于硅的电子电导率的描述正确的是（）。
参考答案:室温下，同一块本征硅的电子电导率比空穴电导率大14.对于某均匀掺杂的半导体，若当体内某处电场与浓度梯度的方向相同时，多子漂移电流密度与多子扩散电流密度方向相反，则该半导体的掺杂类型为（）。
参考答案:P型15.下列情形中，室温下扩散系数最小的为( )。
参考答案:含硼、磷的硅16.在某温度范围内，一定掺杂的硅的电阻率随温度升高而增大，涉及的物理机理有（）。
参考答案:晶格散射为主_杂质完全电离17.电子迁移率通常高于空穴迁移率，这是由于电子电导有效质量（）空穴电导有效质量。
参考答案:小于18.假设其它条件不变，可以通过（）降低半导体材料的电阻率。
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本征半导体中的两种载流子
本征激发
在室温下，本征半导体共价键中的价电子获得足够的能量，挣脱共价键的束缚进入导带，成为自由电子，在晶体中产生电子-空穴对的现象称为本征激发。
空穴
在本征激发中，价电子成为自由电子后共价键上留下空位，这个空位称为空穴。
空穴是一个带正电的粒子，其电量与电子相等，电极性相反，在外加电场作用下，可以自由地在晶体中运动，它和自由电子一样可以参加导电。
空穴、电子导电机理
由于共价键出现了空穴，在外加电场或其他因素的作用下，邻近价电子就可填补到这个空位上，而在这个电子原来的位置上又留下新的空位，以后其他电子又可转移到这个新的空位。
这样就使共价键中出现一定的电荷迁移。
空穴的移动方向和电子移动的方向是相反的。