模拟电子线路11 半导体物理基础知识

空 穴 — 带正电
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