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第6章
半导体器件
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导体:自然界中很容易导电的物质称为导体,金属一般都是导体。
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、***化镓和一些硫化物、氧化物等。
半导体的导电特性
6-1 PN结及半导体二级管
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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。
当受外界热和光的作用时,它的导电能力明显变化。
往纯净的半导体中掺入某些杂质,会使它的导电能力明显改变。


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本征半导体(纯净和具有晶体结构的半导体)
一、本征半导体的结构特点
Ge
Si
现代电子学中,用的最多的半导体是硅和锗,它们的最外层电子(价电子)都是四个。
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在硅和锗晶体中,原子按四角形系统组成晶体点阵,每个原子都处在正四面体的中心,而四个其它原子位于四面体的顶点,每个原子与其相临的原子之间形成共价键,共用一对价电子。
硅和锗的晶体结构:
通过一定的工艺过程,可以将半导体制成晶体。
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硅和锗的共价键结构
共价键共
用电子对
+4
+4
+4
+4
+4表示除去价电子后的原子
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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。
形成共价键后,每个原子的最外层电子是八个,构成稳定结构。
共价键有很强的结合力,使原子规则排列,形成晶体。
+4
+4
+4
+4
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二、本征半导体的导电机理
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。
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。
、自由电子和空穴
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+4
+4
+4
+4
自由电子
空穴
束缚电子
9

+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。
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。
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