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(自学)
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半导体:导电特性介于导体和绝缘体之间
典型的半导体有硅Si和锗Ge以及***化镓GaAs等。
导电的
重要特点
1、其能力容易受环境因素影响
(温度、光照等)
2、掺杂可以显著提高导电能力
2
原子结构
简化模型
—完全纯净、结构完整的半导体晶体。
在T=0K和无外界激发时,没有载流子,不导电
两个价电子的
共价键
正离子核
3
空穴的移动—空穴的运动是靠相邻共价键中的
价电子依次充填空穴来实现的
*半导体导电特点1:其能力容易受温度、光照等环境因素影响
温度↑→载流子浓度↑→导电能力↑
5
N型半导体
掺入五价杂质元素(如磷)
P型半导体
掺入三价杂质元素(如硼)
自由电子=多子
空穴=少子
空穴=多子
自由电子=少子
由热激发形成
它主要由杂质原子提供
空间电荷
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掺入杂质对本征半导体的导电性有很大
的影响,一些典型的数据如下:
T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:
n=p=×1010/cm3
1
本征硅的原子浓度:×1022/cm3
3
以上三个浓度基本上依次相差106/cm3。
2
掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:
n=5×1016/cm3
杂质对半导体导电性的影响
7
*
9
多子的扩散运动
空间电荷区内电场
少子的漂移运动
阻止多子的扩散
4、扩散与漂移达到动态平衡
载流子的运动:
扩散运动——浓度差产生的载流子移动
漂移运动——在电场作用下,载流子的移动
P区
N区
扩散:空穴
电子
漂移:电子
空穴
形成过程可分成4步(动画)
内电场
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PN结形成的物理过程:
因浓度差
空间电荷区形成内电场
内电场促使少子漂移
内电场阻止多子扩散
最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。
多子的扩散运动
杂质离子形成空间电荷区
对于P型半导体和N型半导体结合面,离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。
在空间电荷区,由于缺少多子,所以也称耗尽层。
扩散>漂移
否
是
宽
11
PN结特性描述
2、PN结方程
PN结的伏安特性
陡峭电阻小正向导通
1、PN结的伏安特性
特性平坦反向截止一定的温度条件下,由本征激发决定的少子浓度是一定的
非线性
其中
IS——反向饱和电流
VT——温度的电压当量
且在常温下(T=300K)
近似
估算
正向:
反向:
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