半导体的导电特性

半导体二极管和三极管
2. N型半导体 型半导体
当在硅或锗的晶体中掺入微量磷(或其它五价元素) 时，磷原子与周围的四个硅原子形成共价键后，磷 原子的外层电子数将是 9 ，比稳定结构多一个价电 子。
Si Si Si P Si Si Si 多余 电子
+
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掺入磷杂质的硅半导体晶体中，自由电子的数目 磷 ，自由电子的数目 大量增加。自由电子是这种半导体的导电方式， 大量增加。自由电子是这种半导体的导电方式， 称之为电子半导体或N型半导体 型半导体。 称之为电子半导体或 型半导体。 在N型半导体 电子 多数载流子、空穴 少数 型半导体中电子 空穴是少 型半导体 电子是多 子 空穴 载流子。 子 室温情况下，本征硅中n0=p0~1.5×1010/cm3，当磷 掺杂量在10–6量级时，电子载流子数目将增加几 十万倍。
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型半导体和 型半导体 二. N型半导体和P型半导体 型半导体
1. 本征半导体 掺杂半导体 征半导体与掺杂半导体 征半导体 在常温下，本征半导体的两种载流子数量还是极少 的，其导电能力相当低。 如果在半导体晶体中掺入微量杂质元素，将得到掺 掺 杂半导体，而掺杂半导体的导电能力将大大提高 掺杂半导体的导电能力将大大提高。 杂半导体 掺杂半导体的导电能力将大大提高 由于掺入杂质元素的不同，掺杂半导体 掺杂半导体可分为两大 两大 掺杂半导体 类——N型半导体 P型半导体 型半导体和 型半导体。
价电子
硅原子
共价键
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本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现， 同时又不断进行复合。在一定温度下，载流子 的产生与复合会达到动态平衡，即载流子浓度 与温度有关。温度愈高，载流子数目就愈多， 导电性能就愈好——温度对半导体器件的性能 影响很大。 半导体中的价电子还会受到光照而激发形成自 由电子并留下空穴。光强愈大，光子就愈多， 产生的载流子亦愈多，半导体导电能力增强。 故半导体器件对光照很敏感。 杂质原子对导电性能的影响将在下面介绍。
共价键
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价电子受到激发，形成自 激发， 价电子 激发 自 由电子并留下空穴。 空穴。 由电子 空穴 自由电子和空穴同时产生 自由电子和空穴同时产生 同时 半导体中的自由电子 空 自由电子和空 自由电子 穴都能参与导电——半导 体具有两种载流子。 载流子的产生 复合： 产生与复合 产生 复合：
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3. P型半导体 型半导体
当在硅或锗的晶体中掺入微量硼(或其它三价元素) 时，硼原子与周围的四个硅原子形成共价键后，硼 原子的外层电子数将是 7 ，比稳定结构少一个价电 子。
Si Si Si B Si 空穴 Si Si
+
B
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掺硼半导体中，空穴的数目远大于自由电子的数 硼 的数目远大于自由电子 ，空穴的数目远大于自由电子的数 空穴为多数载流子 自由电子是少数载流子， 多数载流子， 目。空穴 多数载流子，自由电子是少数载流子， 这种半导体称为空穴型半导体 空穴型半导体或 型半导体 型半导体。 这种半导体称为空穴型半导体或P型半导体。 一般情况下，掺杂半导体中多数载流子的数量可 达到少数载流子的1010倍或更多，电子载流子数 目将增加几十万倍。 不论是N型半导体还是P型半导体，都只有一种多 数载流子。然而整个半导体晶体仍是电中性的。
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一、本征半导体
完全纯净、 完全纯净、具有晶体结构的半导体
最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。它们的共同 四价元素，每个原子最外层电子数为 4 。 特征是四价元素 四价元素
+
Si
+
Ge
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提纯的硅材料可形成单晶 单晶——单晶硅 单晶 单晶硅 相邻原子由外层电子形成共价键 共价键
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§ 15-1. 半导体的导电特性
半导体：导电能力介于导体和半导体之间的材料。 半导体：导电能力介于导体和半导体之间的材料。 常见的半导体材料有硅 常见的半导体材料有硅、锗、硒及许多金属的氧化 物和硫化物等。半导体材料多以晶体的形式存在。 物和硫化物等。半导体材料多以晶体的形式存在。 半导体材料的特性： 半导体材料的特性： 1. 纯净半导体的导电能力很差； 纯净半导体的导电能力很差； 2. 温度升高 温度升高——导电能力增强； 导电能力增强； 导电能力增强 3. 光照增强 光照增强——导电能力增强； 导电能力增强； 导电能力增强 4. 掺入少量杂质 掺入少量杂质——导电能力增强。 导电能力增强。 导电能力增强