模拟电子线路11 半导体物理基础知识
(完整word版)半导体物理知识点总结.doc
一、半导体物理知识大纲核心知识单元 A：半导体电子状态与能级（课程基础——掌握物理概念与物理过程、是后面知识的基础）半导体中的电子状态（第 1 章）半导体中的杂质和缺陷能级（第 2 章）核心知识单元 B：半导体载流子统计分布与输运（课程重点——掌握物理概念、掌握物理过程的分析方法、相关参数的计算方法）半导体中载流子的统计分布（第 3 章）半导体的导电性（第 4 章）非平衡载流子（第 5 章）核心知识单元 C：半导体的基本效应（物理效应与应用——掌握各种半导体物理效应、分析其产生的物理机理、掌握具体的应用）半导体光学性质（第10 章）半导体热电性质（第11 章）半导体磁和压阻效应（第12 章）二、半导体物理知识点和考点总结第一章半导体中的电子状态本章各节内容提要：本章主要讨论半导体中电子的运动状态。
主要介绍了半导体的几种常见晶体结构，半导体中能带的形成，半导体中电子的状态和能带特点，在讲解半导体中电子的运动时，引入了有效质量的概念。
阐述本征半导体的导电机构，引入了空穴散射的概念。
最后，介绍了Si、Ge 和 GaAs 的能带结构。
在 1.1 节，半导体的几种常见晶体结构及结合性质。
（重点掌握）在 1.2 节，为了深入理解能带的形成，介绍了电子的共有化运动。
介绍半导体中电子的状态和能带特点，并对导体、半导体和绝缘体的能带进行比较，在此基础上引入本征激发的概念。
（重点掌握）在 1.3 节，引入有效质量的概念。
讨论半导体中电子的平均速度和加速度。
（重点掌握）在1.4 节，阐述本征半导体的导电机构，由此引入了空穴散射的概念，得到空穴的特点。
（重点掌握）在 1.5 节，介绍回旋共振测试有效质量的原理和方法。
（理解即可）在 1.6 节，介绍 Si 、Ge 的能带结构。
（掌握能带结构特征）在 1.7 节，介绍Ⅲ -Ⅴ族化合物的能带结构，主要了解GaAs 的能带结构。
（掌握能带结构特征）本章重难点：重点：1、半导体硅、锗的晶体结构（金刚石型结构）及其特点；三五族化合物半导体的闪锌矿型结构及其特点。
大学物理课件半导体基础
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区， 也称耗尽层。
扩散运动
扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽，空间电 荷区越宽。
(1-19)
漂移运动
P型半导体
内电场E N型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
在常温下，由于热激发，使一些价电子获 得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电 子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。
(1-9)
空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子 束缚电子
(1-10)
2.本征半导体的导电机理
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。
+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下， 空穴吸引附近的电子 来填补，这样的结果 相当于空穴的迁移， 而空穴的迁移相当于 正电荷的移动，因此 可以认为空穴是载流 子。
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。
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，如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。
模电第一章半导体基础知识
杂质能3
对电子的影响
施主杂质能级向导带提供 电子，使半导体呈现n型 导电性。
对空穴的影响
受主杂质能级接受价带的 电子成为空穴，使半导体 呈现p型导电性。
影响程度
杂质浓度越高，对电子和 空穴的影响越显著，半导 体的导电性能也越强。
06
半导体中的光电效应
光电效应的原理和分类
光电器件的特性
光电器件的主要特性包括光谱响应、光电灵敏度、响应速度和噪声等，这些特性决定了光电器件的应用范围和效 果。
光电器件的应用和发展趋势
光电器件的应用
光电器件在多个领域都有应用，如光电探测、光电转换、光通信等。
光电器件的发展趋势
随着科技的不断进步和应用需求的不断提高，光电器件的发展趋势包括高灵敏度、高速响应、高稳定 性、多功能化等。
半导体的热学性质
热导率
半导体的热导率取决于其材料 和结构，热导率越高，导热性
能越好。
热容
半导体的热容取决于其材料和 温度，它决定了半导体的耐热 性能。
热膨胀
半导体的热膨胀系数决定了其 在温度变化时的尺寸变化，对 器件的稳定性有影响。
温差电动势率
半导体的温差电动势率是指在 温度梯度下产生的电动势，它
05
半导体中的掺杂和杂质能级
掺杂的概念和分类
掺杂
在半导体材料中人为地加入某种元素，以改变其导电性能的过程。
分类
施主掺杂、受主掺杂、中性杂质掺杂。
杂质能级的形成和特性
形成
杂质原子在半导体晶体中占据了特定 的位置，这些位置上的电子能级与晶 体中的其他电子能级不同，形成了杂 质能级。
特性
杂质能级位于禁带中，其能量位置取 决于掺杂元素的种类和浓度，对半导 体的导电性能有重要影响。
模拟电子技术重点笔记
模拟电子技术重点笔记一、半导体基础知识在模拟电子技术中，半导体是至关重要的材料。
半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，常见的半导体材料有硅（Si）和锗（Ge）。
半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。
在纯净的半导体中，掺入微量的杂质可以显著改变其导电性能。
比如，掺入五价杂质形成 N 型半导体，其中自由电子是多数载流子；掺入三价杂质形成 P 型半导体，空穴则成为多数载流子。
PN 结是半导体器件的核心结构，它是由 P 型半导体和 N 型半导体接触形成的。
PN 结具有单向导电性，正向偏置时导通，反向偏置时截止。
这一特性为二极管等器件的工作原理奠定了基础。
二、二极管二极管是最简单的半导体器件之一。
它的主要特性就是上述提到的单向导电性。
二极管的伏安特性曲线可以清晰地展示其工作状态。
当正向电压超过开启电压时，电流迅速增大；反向电压在一定范围内，反向电流很小，当反向电压超过击穿电压时，反向电流急剧增大。
二极管在电路中有多种应用，如整流、限幅、钳位等。
在整流电路中，利用其单向导电性将交流转换为直流；在限幅电路中，可以限制信号的幅度；在钳位电路中，能将信号的电位固定在某个值。
三、三极管三极管是一种具有放大作用的半导体器件，分为NPN 型和PNP 型。
三极管的工作状态有截止、放大和饱和三种。
在放大状态下，基极电流的微小变化会引起集电极电流的较大变化，这就是三极管的放大作用。
要使三极管工作在放大状态，需要满足一定的外部条件，即发射结正偏，集电结反偏。
通过合理设置电路参数，可以实现对输入信号的放大。
三极管在模拟电子电路中广泛应用于放大电路、开关电路等。
四、基本放大电路基本放大电路是模拟电子技术中的重要内容。
常见的有共射极放大电路、共集电极放大电路和共基极放大电路。
共射极放大电路具有较大的电压放大倍数和电流放大倍数，但输入输出电阻适中；共集电极放大电路的电压放大倍数接近于 1，但输入电阻大，输出电阻小，常用于输入级和输出级；共基极放大电路具有较大的高频特性和宽频带。
11半导体基础知识
第一章 常用半导体器件
back
25
多余 电子
磷原子
+4 +4 +5 +4
N 型半导体中 的载流子是什 么？
1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2、本征半导体中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）。
变薄
+ P
－+ －+ －+ －+
内电场被削弱，多子 的扩散加强能够形成 较大的扩散电流。
_ N
外电场
R
内电场
E
第一章 常用半导体器件
back
38
2、PN 结反向偏置
变厚
_ P
－+ －+ －+ －+
内电场被被加强，多子
的扩散受抑制。少子漂
移加强，但少子数量有
限，只能形成较小的反
向电流。
+
N
内电场
外电场
第一章 常用半导体器件
back
26
二、P 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼
（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质
取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的
半导体原子形成共价键时， 空穴
产生一个空穴。这个空穴 可能吸引束缚电子来填补，
+4
+4
使得硼原子成为不能移动
的带负电的离子。由于硼 原子接受电子，所以称为
比掺杂前载流子增加106，即一百万倍。
第一章 常用半导体器件
back
29
半导体物理知识点汇总总结
半导体物理知识点汇总总结一、半导体物理基本概念半导体是介于导体和绝缘体之间的材料，它具有一些导体和绝缘体的特性。
半导体是由单一、多层、回交或互相稀释的混合晶形的二元、三元或多元化合物所组成。
它的特点是它的电导率介于导体和绝缘体之间，是导体的电导率∗101~1015倍，是绝缘体的电导率÷102~103倍。
半导体材料具有晶体结构，对它取决于结晶度的大小，织排效应特别大。
由于它的电导率数值在半导体晶体内并不等同，所以它是隔离的，具有相当大的飞行束度，并且不容易受到外界的干扰。
二、半导体晶体结构半导体是晶体材料中最均匀最典型的材料之一，半导体的基本结构是一个由原子排成的一种规则有序的晶体结构。
半导体原子是立方体的晶体，具有600个原子的立方体晶体结构，又称之为立方的晶体结构。
半导体晶体结构的代表性六面体晶体结构，是一种由两个或两个以上的六面全部说构成的立方晶体。
半导体晶体的界面都是由两个或两个以上的六面全部说构成的晶体包围构成，是由两个或两个以上的六面全部说构成的立方晶体。
半导体晶体的界面都是由两个或两个以上的六面全部说构成的晶点构成，是由两个或两个以上的六面全部说构成的晶点构成。
三、半导体的能带结构半导体的能带“带”是指其电子是在“带”中运动的，是光电子带，又称作价带，当其中的自由电子都填满时另一种平面，又称导电带，当其中的自由电子并不填满时其另一种平面在有一些能够使电子轻易穿越的东西。
半导体的能带是由两个非常临近的能带组成的，其中价带的最上一层电子不足，而导电带的下一层电子却相当到往动能，这一些动能可能直到加到电子摆脱它自己体原子，变成自由电子，并且在整体晶体里自由活动。
四、半导体的导电机理半导体的导电机理是在外加电压加大时一部分自由电子均可以在各自能带中加速骚扰，从而增加在给导电子处所需要的电压增大并最终触碰到另一种平面上产生电流就可以。
五、半导体的掺杂掺杂是指在纯净半导体中加入某些以外杂质元素的行为。
半导体物理基础知识
半导体物理基础知识目录1. 基本概念 (2)1.1 半导体的定义与分类 (2)1.2 반도체材料的结构与性质 (3)1.3 晶体结构与晶格常数 (4)1.4 能带理论与电子跃迁 (5)1.5 费米能级与电子的填充 (6)2. 电子输运机制 (7)2.1 能带结构与导电特性 (8)2.2 漂移电流与散乱 (9)2.3 扩散电流与载流子浓度梯度 (10)2.4 霍尔效应与霍尔系数 (11)3. 半导体器件物理 (12)4. 半导体材料与工艺 (14)4.1 元素掺杂与输运特性 (16)4.2 晶体生长法与缺陷控制 (18)4.3 半导体氧化与金属沉积 (19)5. 电力电子器件 (20)5.1 功率二极管与肖特基二极管 (22)5.2 功率晶体管与MOSFET (23)5.3 整流桥与交流调制 (25)6. 可见光与光电子器件 (26)6.1 半导体光吸收与发射 (27)6.2 光电二极管与光电晶体管 (28)6.3 激光器与光放大器 (29)7. 量子力学与半导体 (31)7.1 量子点与量子阱结构 (33)7.2 量子计算机与量子力学计算 (34)1. 基本概念半导体物理是研究半导体材料和器件的电子性质、能带结构以及其在电磁场中的行为的一门学科。
半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，其电导率介于导体和绝缘体之间。
半导体物理的基本概念包括：本征载流子、费米能级、载流子浓度、迁移率、漂移速度等。
本征载流子是指处于基态的半导体原子或分子所具有的自由电子和空穴。
费米能级是指在半导体中，电子和空穴的能量相等且低于或高于价带顶的能级。
载流子浓度是指单位体积内半导体中存在的电子和空穴的数量。
迁移率是指载流子在半导体中从高能级向低能级跃迁时的速度。
漂移速度是指载流子在半导体中受到电场作用而发生漂移的速度。
半导体物理的研究涉及到许多重要的现象，如结、整流效应、光电效应、热效应等。
这些现象在实际应用中具有广泛的应用，如二极管、晶体管、太阳能电池等。
模拟电子技术基础知识总结
模拟电子技术基础知识总结【导语】下面给大家分享模拟电子技术基础知识总结（共4篇），欢迎阅读!篇1：模拟电子技术基础知识总结一.半导体的基础知识1.半导体#导电能力介于导体和绝缘体之间的物质(如硅Si、锗Ge)。
2.特性#光敏、热敏和掺杂特性。
3.本征半导体#纯净的具有单晶体结构的半导体。
4. 两种载流子 #带有正、负电荷的可移动的空穴和电子统称为载流子。
5.杂质半导体#在本征半导体中掺入微量杂质形成的半导体。
体现的是半导体的掺杂特性。
*P型半导体:在本征半导体中掺入微量的三价元素(多子是空穴，少子是电子)。
*N型半导体:在本征半导体中掺入微量的五价元素(多子是电子，少子是空穴)。
6. 杂质半导体的特性*载流子的浓度#多子浓度决定于杂质浓度，少子浓度与温度有关。
*体电阻#通常把杂质半导体自身的电阻称为体电阻。
7. PN结* PN结的单向导电性#正偏导通，反偏截止。
* PN结的导通电压#硅材料约为~，锗材料约为~。
8. PN结的伏安特性二. 半导体二极管*单向导电性正向导通，反向截止。
*二极管伏安特性#同PN结。
*正向导通压降硅管~，锗管~。
*死区电压硅管，锗管。
3.分析方法将二极管断开，分析二极管两端电位的高低:若 V阳 >V阴( 正偏 )，二极管导通(短路); 若 V阳该式与伏安特性曲线的交点叫静态工作点Q。
2) 等效电路法直流等效电路法*总的解题手段#将二极管断开，分析二极管两端电位的高低: 若 V阳 >V阴( 正偏 )，二极管导通(短路); 若 V阳微变等效电路法三. 稳压二极管及其稳压电路*稳压二极管的特性#正常工作时处在PN结的反向击穿区，所以稳压二极管在电路中要反向连接。
三极管及其基本放大电路一. 三极管的结构、类型及特点 1.类型#分为NPN和PNP两种。
2.特点#基区很薄，且掺杂浓度最低;发射区掺杂浓度很高，与基区接触面积较小;集电区掺杂浓度较高，与基区接触面积较大。
半导体物理知识点
半导体物理知识点半导体是现代电子技术的核心材料，从我们日常使用的手机、电脑到各种高科技设备，都离不开半导体器件的应用。
了解半导体物理的基本知识点对于理解和掌握现代电子技术至关重要。
一、半导体的基本概念半导体是一种导电性能介于导体和绝缘体之间的材料。
常见的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）等。
在纯净的半导体中，导电能力较弱，但通过掺入杂质可以显著改变其导电性能。
半导体中的载流子包括电子和空穴。
电子带负电，空穴带正电。
在半导体中，电子和空穴都能参与导电。
二、晶体结构半导体材料通常具有晶体结构。
以硅为例，其晶体结构是金刚石结构。
在晶体中，原子按照一定的规律排列，形成晶格。
晶格常数是描述晶体结构的重要参数。
对于硅，晶格常数约为 0543 纳米。
三、能带结构在量子力学的框架下，半导体的电子能量状态形成能带。
包括导带和价带。
导带中的电子能够自由移动，从而导电；价带中的电子被束缚，不能自由导电。
导带和价带之间存在禁带宽度，也称为能隙。
能隙的大小决定了半导体的导电性能。
能隙较小的半导体，如锗，在常温下就有一定的导电能力；而能隙较大的半导体，如硅，在常温下导电性能较差。
四、施主杂质和受主杂质为了改变半导体的导电性能，常常掺入杂质。
施主杂质能够提供电子，使半导体成为n 型半导体。
例如，在硅中掺入磷（P）等五价元素，就形成了 n 型半导体。
受主杂质能够接受电子，形成空穴，使半导体成为 p 型半导体。
例如，在硅中掺入硼（B）等三价元素，就形成了 p 型半导体。
五、pn 结pn 结是半导体器件的基本结构之一。
当 p 型半导体和 n 型半导体接触时，会形成一个特殊的区域，即 pn 结。
在 pn 结处，存在内建电场，阻止多数载流子的扩散，但促进少数载流子的漂移。
pn 结具有单向导电性，这是二极管的工作基础。
六、半导体的导电性半导体的电导率与温度、杂质浓度等因素密切相关。
随着温度的升高，本征半导体的电导率会增加，因为更多的电子会从价带跃迁至导带。
大学物理课件半导体基础 共94页PPT资料
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，如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。
(1-3)
半导体的导电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。
势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时， 就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出 的电容是势垒电容。
-N
扩散电容：为了形成正向电流
+
（扩散电流），注入P 区的少子
P
（电子）在P 区有浓度差，越靠
近PN结浓度越大，即在P 区有电
子的积累。同理，在N区有空穴的
积累。正向电流大，积累的电荷
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力，使原子规 则排列，形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为 束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自 由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以 本征半导体的导电能力很弱。
(1-8)
二、本征半导体的导电机理 1.载流子、自由电子和空穴
在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价 电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有 可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电 能力为 0，相当于绝缘体。
i
iL
稳压管的技术参数:
UzW10V,Izmax20mA, ui
R
DZ
iZRL uo
Izmin5mA
负载电阻 RL 2k。要求当输入电压由正常值发
生20%波动时，负载电压基本不变。
求：电阻R和输入电压 ui 的正常值。
半导体物理学基础知识
1半导体中的电子状态1.2半导体中电子状态和能带1.3半导体中电子的运动有效质量1半导体中E与K的关系2半导体中电子的平均速度3半导体中电子的加速度1.4半导体的导电机构空穴1硅和锗的导带结构对于硅，由公式讨论后可得：I.磁感应沿【1 1 1】方向，当改变B（磁感应强度）时，只能观察到一个吸收峰II.磁感应沿【1 1 0】方向，有两个吸收峰III.磁感应沿【1 0 0】方向，有两个吸收峰IV磁感应沿任意方向时，有三个吸收峰2硅和锗的价带结构重空穴比轻空穴有较强的各向异性。
2半导体中杂质和缺陷能级缺陷分为点缺陷，线缺陷，面缺陷(层错等)1.替位式杂质间隙式杂质2.施主杂质：能级为E(D),被施主杂质束缚的电子的能量状态比导带底E(C)低ΔE(D),施主能级位于离导带底近的禁带中。
3.受主杂质：能级为E(A),被受主杂质束缚的电子的能量状态比价带E(V)高ΔE(A),受主能级位于离价带顶近的禁带中。
4.杂质的补偿作用5.深能级杂质：⑴非3，5族杂质在硅，锗的禁带中产生的施主能级距离导带底较远，离价带顶也较远，称为深能级。
⑵这些深能级杂质能产生多次电离。
6.点缺陷：弗仑克耳缺陷：间隙原子和空位成对出现。
肖特基缺陷：只在晶体内部形成空位而无间隙原子。
空位表现出受主作用，间隙原子表现出施主作用。
3半导体中载流子的分布统计电子从价带跃迁到导带，称为本征激发。
一、状态密度状态密度g(E)是在能带中能量E附近每单位间隔内的量子态数。
首先要知道量子态，每个量子态智能容纳一个电子。
导带底附近单位能量间隔内的量子态数目，随电子的能量按抛物线关系增大，即电子能量越高，状态密度越大。
二、费米能级和载流子的统计分布在T=0K时，费米能级E(f)可看作是量子态是否被电子占据的一个界限。
附图：随着温度的升高，电子占据能量小于费米能级的量子态的概率下降，占据高于费米能级的量子态的概率上升。
2波尔兹曼分布函数在E-E(f)>>K(0)T时，服从波尔兹曼分布（是费米能级的一种简化形式）。
半导体物理知识点梳理
半导体物理知识点梳理1.半导体材料的能带结构：半导体材料的能带结构是理解其物性的基础。
在二维的能带图中，包含导带和价带之间的能隙。
导带中的电子可以自由移动，而价带中的电子需要外加能量才能进入导带。
2.纯半导体和杂质半导体：纯半导体指的是没有杂质掺杂的半导体材料，其导电能力较弱。
而杂质半导体是通过引入适量的杂质原子来改变半导体材料的导电性质，其中掺入的杂质原子被称为施主或受主。
3.载流子输运：半导体中的电导主要是由自由载流子贡献的，包括n型半导体中的电子和p型半导体中的空穴。
当施主杂质掺杂进入p型半导体时，会产生附加的自由电子；相反，当受主杂质掺杂进入n型半导体时，会产生附加的空穴。
这些自由载流子通过材料中的散射、漂移和扩散等方式进行输运。
4. pn结和二极管：pn结是由p型半导体和n型半导体结合而成的电子器件。
在pn结中，发生了空穴从p区向n区的扩散和电子从n区向p区的扩散，导致p区和n区的空间电荷区形成。
当正向偏置时，电流可以通过pn结，而反向偏置时，电流很小。
这种特性使得二极管可以用作整流器件。
5.晶体管：晶体管是一种三层结构的半导体器件，由一个n型区和两个p型区或一个p型区和两个n型区构成。
晶体管可以用作放大器和开关，其工作原理是通过控制基极电流来调节集电极电流。
6.MOSFET：金属-绝缘体-半导体场效应晶体管，即MOSFET，是一种三层结构的半导体器件。
MOSFET具有较高的输入阻抗和较低的功耗，广泛应用于集成电路中。
MOSFET的工作原理是通过调节栅极电压来调节通道中的电荷密度。
7.光电二极管和光电导：光电二极管和光电导是基于光电效应的半导体器件。
光电二极管是将光信号转换为电压信号的器件，而光电导则是将光信号转换为电流信号。
这两种器件在通信和光电探测等领域有广泛的应用。
8.半导体激光器：半导体激光器是一种利用半导体材料的发光原理来产生激光束的器件。
半导体激光器具有体积小、效率高和工作电流低等优势，广泛应用于光通信和光存储等领域。
物理学中的半导体物理知识点
物理学中的半导体物理知识点半导体物理学是物理学领域中的一个重要分支，研究半导体材料及其性质与行为。
本文将介绍几个半导体物理学中的知识点，包括半导体的基本概念、载流子行为、PN结及其应用。
一、半导体的基本概念半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料。
它的导电能力介于导体和绝缘体之间，可以通过控制外加电场或温度来改变其电导率。
根据能带理论，半导体材料中存在一个禁带，将价带和导带分开，如果半导体材料的价带被填满，而导带是空的，那么半导体就没有导电能力；当半导体材料的温度升高或者施加电场时，一些电子会跃迁到导带中，形成可以导电的载流子。
二、载流子行为在半导体中，载流子是指能够输送电流的带电粒子，可以分为自由电子和空穴两种类型。
1. 自由电子：自由电子是指在半导体晶格中脱离原子束缚的电子，它具有负电荷。
在纯净的半导体中，自由电子的数量较少。
2. 空穴：空穴是指由于半导体中某个原子缺少一个电子而形成的一个正电荷，可以看作是受激发的价带上的空位。
载流子的行为受到材料的类型和掺杂等因素的影响。
三、PN结及其应用PN结是半导体中最基本的器件之一，由P型半导体和N型半导体的结合构成。
P型半导体中的空穴浓度较高，N型半导体中的自由电子浓度较高，当这两种类型的半导体材料接触时，自由电子和空穴会发生复合，形成一个耗尽区域。
PN结的特性使得它在半导体器件中有着广泛的应用，例如：1. 整流器：利用PN结的单向导电性质，将交流电信号转换为直流电信号。
2. 发光二极管（LED）：在PN结中注入电流可以激发电子跃迁，从而产生光线，实现发光效果。
3. 晶体管：晶体管是一种基于PN结的三端口器件，通过调控PN结的导电状态，实现信号放大和开关控制。
PN结的应用广泛且多样化，是现代电子技术中不可或缺的一个元件。
总结：半导体物理学作为物理学中的重要分支，研究的是半导体材料及其性质与行为。
本文介绍了半导体的基本概念，包括能带理论和禁带，以及载流子行为，其中自由电子和空穴是半导体中的两种重要载流子。
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本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，称 为 电子 - 空穴对。
本征半导体中自由电子和空穴的浓度用 ni 和 pi 表 示，显然 ni = pi 。
由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又不 断的复合。在一定的温度下，产生与复合运动会达到平 衡，载流子的浓度就一定了。
热平衡载流子浓度
简化模型：
说明：
1. 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决 定少数载流子的浓度。
2. 杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导 体，因而其导电能力大大改善。
3. 杂质半导体总体上保持电中性。
4. 杂质半导体的表示方法如下图所示。
(a)N 型半导体
(b) P 型半导体
杂质半导体的的简化表示法
杂质半导体中载流浓度计算
载流子在电场作用下的运动运动称漂移运动， 所形成的电流称漂移电流。
漂移电流密度
J pt qpP E J nt -(-q) pn E
迁移率
总漂移电流密度： J t J pt J nt Eq( pP nn )
半导体的电导率 电压： V = E l 电流： I = S Jt
少子——空穴
简化模型：
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、铝等，即构成 P 型半导体。
+4
+4
+4
3 价杂质原子称为
空穴
受主杂质。
+4
+43 受主 +4
杂质
+4
+4
+4
P型半导体
本征半导体中掺入少量三价元素构成。
空穴
+4
+4
+3
Hale Waihona Puke +4+4
多子——空穴 P型半导体 少子——自由电子
贬谪的除了范仲淹和滕子京之外，还有范仲淹改革的另一位支持者——北宋大文学家、史学家欧阳修。他于庆历五年被贬谪到滁州，也就是今天的安徽省滁州市。也是在此期间，欧阳修在滁州留下了不逊于
《岳阳楼记》的千古名篇——《醉翁亭记》。接下来就让我们一起来学习这篇课文吧！【教学提示】结合前文教学，有利于学生把握本文写作背景，进而加深学生对作品含义的理解。二、教学新课目标导学
+4
+4
+4
体。
本征激发
若 T 或受到光线照
T
射时，将有少数价电子克
服共价键的束缚成为自由
电子，在原来的共价键中 +4
+4
留下一个空位——空穴。
空穴
自由电子和空穴使本 +4
+4
征半导体具有导电能力，
但很微弱。
+4
+4
+4 自由电子
+4
+4
空穴可看成带正电的载流
当T升高或光线照射时 产生自由电子空穴对。
室温（T=300K）时，硅的ni≈1.5×1010cm-3，锗的 ni≈2.4×1010cm-3，硅的原子密度为4.96×1022cm-3，故 ni仅为它的三万亿分之一，故本征半导体的导电能力 是很低的。
T 或光照 ni
导电能力
热敏特性 光敏特性
1.1.2 杂质半导体
杂质半导体有两种
N 型半导体 P 型半导体
截面积S
I
电阻：
R V El l
I JtS S
电场E 长度l
+V
电导率：
1
Jt E
q( pP nn )
扩散与扩散电流
载流子在浓度差作用下的运动称扩散运动， 所形成的电流称扩散电流。
光照
N型硅
载流子浓度
n(x) no
p(x) po
扩散电流密度:
J pd
-qDp
一、 N 型半导体(Negative)
在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，如 磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体(或称电子型半导 体)。
常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。
N型半导体：本征半导体中掺入少量五价元素构成。
自由电子
+4
+4
+5
施主 杂质
+4
+4
多子——自由电子 N型半导体
dp( x) dx
J nd
-(-q)Dn
dn( x) dx
x
11 醉翁亭记
1．反复朗读并背诵课文，培养文言语感。
2．结合注释疏通文义，了解文本内容，掌握文本写作思路。
3．把握文章的艺术特色，理解虚词在文中的作用。
4．体会作者的思想感情，理解作者的政治理想。一、导入新课范仲淹因参与改革被贬，于庆历六年写下《岳阳楼记》，寄托自己“先天下之忧而忧，后天下之乐而乐”的政治理想。实际上，这次改革，受到
本征激发——产生自由电子空穴对。 本征半导体中
电子和空穴相遇释放能量——复合。
温度一定时： 激发与复合在某一热平衡值上达到动态平衡。
热平衡载流子浓度：
ni
3 - Eg0
AT 2e 2kT
pi
A是常数（硅：3.88×1016cm-3K-3/2，锗： 1.76×1016cm-3K-3/2 ） K是玻尔兹曼常数（8.63×10-5eV/K =1.38×10-23J/K） Eg0是T=0K时的禁带宽度（硅：1.21eV，锗：0.785eV）
+4
价电子
完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构
1.1.1 本征半导体
的半导体
硅和锗的单晶称为本征半导体。它们是制造
半导体器件的基本材料。
硅和锗共价键结构示意图：
共价键具有很强
+4
+4
+4
的结合力。 当T=0K
共
（无外界影响）时， 价
键
+4
+4
价 电 子
+4
共价键中无自由移
动的电子，半导体 不导电，如同绝缘
一：认识作者，了解作品背景作者简介：欧阳修(1007—1072)，字永叔，自号醉翁，晚年又号“六一居士”。吉州永丰(今属江西)人，因吉州原属庐陵郡，因此他又以“庐陵欧阳修”自居。谥号文忠，世称欧 阳文忠公。北宋政治家、文学家、史学家，与韩愈、柳宗元、王安石、苏洵、苏轼、苏辙、曾巩合称“唐宋八大家”。后人又将其与韩愈、柳宗元和苏轼合称“千古文章四大家”。
N型半导体
nno pno ni2 （质量作用定理）
nno Nd pno Nd （电中性方程）
P型半导体
pponpo ni2
ppo N a npo N a
多子浓度取决于掺杂浓度。 杂质半导体呈电中性
少子浓度取决于温度。
1.1.3 两种导电机理——漂移和扩散 漂移与漂移电流
1.1 半导体物理基础知识
1. 导体：电阻率 < 10-4 ·cm 的物质。如铜、
银、铝等金属材料。
2. 绝缘体：电阻率 > 109 ·cm 物质。如橡胶、
塑料等。
半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。
硅 ( Si ) 、锗 ( Ge ) 原子结构及简化模型： 惯性核
+14 2 8 4 +32 2 8 18 4
这种现象称
本征激发。
注意：空穴的出现是半导体区别于导体的重要特征。
空穴的运动
当原子中的价电子激发为自由电子时，原子中留 下空位，同时原子因失去价电子而带正电。
当邻近原子中的价电子不断填补这些空位时形成 一种运动，该运动可等效地看作是空穴的运动。
注意：空穴运动方向与价电子填补方向相反。
自由电子 — 带负电 半导体中有两种导电的载流子