半导体基本知识讲解

6. 3. 2 PN结的单向导电特性
1.正向导通特性 在PN结两端加上不同极性的外加电压时，PN结呈现不同的导
电性。 如果将PN结的P区接电源正极，N区接电源负极，称为给PN
结加上正向电压(或称正向偏置)，如图6一7所示。
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6ห้องสมุดไป่ตู้ 3 PN结
2.反向截止特性 如果将PN结的N区接在电源的正极，P区接在电源的负极，称
6. 2本征半导体和杂质半导体
可见，掺入磷原子的结果，使品体中自由电子大量增加，自由 电子成为半导体导电的多数载流子，使半导体的导电能力显著增 强，这种主要靠电子导电的半导体称为电子型半导体或N型半导体 2. P型半导体
在本征半导体硅(或锗)的晶体中掺入微量的三价元素硼B(或铝 Al,稼Ga,铟In )，由于硼原子的最外层只有三个电子，当它与邻近 的四个硅原子相结合而形成共价键时，就自然提供了一个空穴， 如图6 -5所示。在这种半导体中，由于掺入了微量杂质元素硼，半 导体中空穴的数目大大的增加，空穴数目的增加也同样增加了电 子和空穴的复合机会，使自由电子数目减少。因此，在半导体中， 空穴数目远远大于电子数目，空穴是多数载流子，电子是少数载 流子。这类半导体主要靠空穴导电，称为空穴半导体或P型半导体。
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图6一8 PN结反向截止
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6. 3 PN结
6. 3.1 PN结的形成
当把P型半导体和N型半导体用一定的工艺结合在一起时，在 它们的交界面处形成一个带电的空间电荷区，称为PN结。下面讲 述PN结的形成过程。
当P型半导体和N型半导体结合在一起时，由于交界面两侧载 流子的浓度差别较大，故在交界面附近产生多数载流子的扩散运 动。由于N区中的电子浓度远大于P区中电子浓度，因此电子将从 N区向P区扩散;同样，P区的空穴也将向N区扩散，如图6一6( a)所 示
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6. 2本征半导体和杂质半导体
在温度接近绝对零度(- 273℃)时，共价键中的价电子被束缚 得很紧，本征半导体基本上没有自由电子，不能导电，此时就是 一个绝缘体。在室温下，共价键中的价电子受热的激励，使少量 价电子获得足够多的能量后摆脱共价键的束缚而成为自由电子， 这时在原来的位置上留下一个空位，叫做空穴，如图6 - 2( b)所示。 自由电子带负电，空穴因失去电子而带正电。在本征半导体中， 有了一个自由电子，就必然产生一个空穴，两者的数量相等。电 子和空穴不断地产生，也不断地复合，在一定的温度下，半导体 材料中保持一定数量的自由电子和空穴。
在本征半导体硅(或锗)的晶体中掺入微量的五价元素磷P(或砷 As,锑Sb)，使某些位置的硅原子被磷原子代替。由于每个磷原子 的最外层有五个电子，其中四个电子分别与邻近的四个硅原子的 电子相结合组成四对共有电子形成共价键以外，还多出一个受原 子核束缚较弱的电子，而成为自由电子，如图6 -4所示
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6. 2本征半导体和杂质半导体
6. 2.1本征半导体
本征半导体就是完全纯净的具有品体结构(即原子排列按一定 规律排得非常整齐)的半导体。
典型的半导体材料有硅(Si)和锗(Ge)，它们都是四价元素，即 每个原子的最外层有四个价电子，其原子结构如图6一1所示。每 相邻原子之间都共有一对电子，使相邻两原子紧密地联系在一起， 形成共价键结构，如图6 - 2( a)所示。硅和锗等半导体材料都是晶 体结构，因此，用半导体材料制成的二极管和三极管等又叫晶体 管。
第6章半导体基本知识
6. 1半导体及其特性 6. 2本征半导体和杂质半导体 6. 3PN结
6. 1半导体及其特性
自然界中的物质，按照它们的导电能力可分为导体、绝缘体 和半导体三类。导电性介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体， 如硅(Si)、锗(Ge)、硒(Se)、砷化稼以及大多数金属氧化物和硫化 物等
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6. 3 PN结
在扩散之前，P型半导体和N型半导体都是电中性的，在交界 面处没有电场。扩散开始后，在靠近交界面处，N区一边由于跑掉 了自由电子而剩下不可移动的正离子层;P区一边由于跑掉了空穴 而剩下不可移动的负离子层，结果形成一个空间电荷区。同时， 正、负离子集中在交界面附近就会形成一个电场，称为内电场， 其方向是由N区指向P区，如图6一6(b)所示
为给PN结加上反向电压或称反向偏置)，如图6一8所示。
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图6一1硅、锗原子结构
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图6一2硅单晶体的结构
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图6一2硅单晶体的结构
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图6一4硅晶体 中掺磷出现自由电子
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图6一5硅 晶体掺硼出现空穴
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图6一6 PN结的形成
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图6一6 PN结的形成
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图6一7 PN结正向导通
半导体的最大特点是其导电能力受温度、光照、掺杂等影响 很大。一般说来，半导体材料有三个特点: (1)大部分半导体的导电能力随温度升高而增强。 (2)半导体的导电能力随光照强度的变化而变化。 (3)如果在纯净的半导体中掺入微量的其他元素(通常称作掺杂)，半 导体的导电能力会随着掺杂浓度的变化而发生显著变化。
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6. 2本征半导体和杂质半导体
6. 2. 2杂质半导体
本征半导体载流子数目一般是很少的，还不能用它来制造半 导器件。若在本征半导体内掺入少量的杂质元素，情况就大不一 样了。为了提高半导体的导电能力，可在本征半导体中掺入微量 某种元素，被掺入的微量元素叫做半导体的杂质，掺入杂质后的 半导体叫杂质半导体,杂质半导体有N型和P型两类 1.N型半导体