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模拟电子技术基础
第一讲
绪论




半导体的基本知识
物体根据导电能力(电阻率)的不同,可以划分为导体、绝缘体和半导体。
典型的半导体有硅Si、锗Ge、***化镓GaAs等。
半导体的导电能力通常介于导体与绝缘体之间,但在受热和光照时特别是掺入杂质后导电能力明显增强,即有光敏性热敏性及掺杂性。这是由它的内部导电机理决定的。
01 半导体二极管
本征半导体及其导电性
本征半导体是指化学成分纯净的半导体。
%,常称为“九个9”。
本征半导体物理结构呈单晶体形态。见下图:
(1)本征半导体的共价键结构
硅和锗是四价元素,每个原子最外层轨道上有四个价电子,它们分别与周围的四个原子的价电子以共价键结构排列成有序的晶体。
硅原子空间排列及共价键结构平面示意图
(a) 硅晶体的空间排列(b) 共价键结构平面示意图
(c)
(2)电子空穴对
本征半导体处于热力学温度0K时内部没有可以自由移动的电子。当温度升高或受到光的照射时,价电子能量增高,有的价电子可以挣脱共价键的束缚,成为自由电子。
这一现象称为本征激发,也称热激发。
自由电子产生的同时,在原来的共价键中就出现了一个空位,原子的电中性被破坏,呈现出正电性,通常人们认为正电荷集中在这个空位上把这个带正电荷的空位称为空穴。
这种因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的,称为电子空穴对。而且游离的部分自由电子也可能回到空穴中去,称为复合。
本征激发和复合的过程
(动画1-1)
(3) 空穴的移动
自由电子的定向运动形成电子电流,空穴的定向运动也可形成空穴电流,它们的方向相反。空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次填充空穴来实现的。
(动画1-2)
空穴在晶格中的移动
本征半导体中有两种载流子:自由电子和空穴。
由于它们靠本征激发产生,数量很少,因此本征半导体导电能力差。
杂质半导体
杂质半导体分为
N型半导体
P型半导体
在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质,可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。
(1)N型半导体
在本征半导体中掺入五价杂质元素,例如在硅中掺入磷,可形成 N型半导体,也称电子型半导体。N型半导体的结构示意图如图所示。
磷原子外层有五个电子,只有四个电子能与周围四个硅原子中的外层电子形成共价键,多余的一个电子因为没有共价键束缚而容易成为自由电子。
可见每多一个五价原子就多一个自由电子。
N型半导体结构示意图