半导体的基本知识

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发布时间 2009-06-02

一、半导体

物体视其导电能力的不同分为导体、半导体、绝缘体。
导电能力介于导体和绝缘体之间,且随外界条件而显著变化的物体称之为半导体

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二、半导体的特性——三个特性

光敏特性; 热敏特性; 杂敏特性(最突出的特点)

三、三种半导体

(一)本征半导体:非常纯净不含杂质的半导体

当受到光照或加热时,共价键中少数电子获得足够的能量跳出共价键成为自由电子,由光或热激发的电子与空穴成对产生。电子带负电,空穴带正电,由于它们都是携带电荷带的粒子,又简称为载流子。电子、空穴对又会复合而消失,本征半导体中载流子数量很少,导电能力差,不能直接用作半导体器件。

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本征半导体结构

(二)N型半导体:在本征半导体中加入微量的5价元素

自由电子成为多数载流子,即多子;空穴是少数载流子,即少子。

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硅中掺磷形成N型半导体

三)P型半导体:在本征半导体中加入微量的3价元素

空穴成为多数载流子,即多子;自由电子为少数载流子,即少子。

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硅中掺硼形成P型半导体

注意,N型和P型半导体,都不是带电体,对外不显电性。

四、PN结

在一块完整的本征半导体上,采用掺杂工艺使一边为N型半导体,一边为P型半导体,在交界面上形成一个特殊的带电薄层,称之为PN结。

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扩散运动

(一)PN结的形成:

P型半导体多子为空穴,少子为电子;N型半导体多子为电子,少子为空穴。由于存在载流子的浓度差将发生扩散运动→在交界面正负离子积累而形成很薄的空间电荷区(又称耗尽层)→空间电荷区产生内电场,方向由N指向P。内电场有利于少子向对方运动,这种在电场力的作用下载流子的定向运动称为漂移运动,当扩散运动和漂移运动达到动态平衡,就形成了PN结。

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PN结的形成

(二)PN结的导电特性

1、P端接电源的正极,N端接电源的负极称为PN结正偏,回路中形成由扩散运动产生的正向电流,数值随外加电压升高而迅速增大,灯泡会亮。PN结如同开关合上,呈现很小的电阻,称为导通状态。

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PN结正偏

2、P端接电源的负极,N端接电源的正极称为PN结反偏,少子的漂移运动形成很小的反向电流,此时灯泡灭。如同开关打开,结电阻很大, PN结处于截止状态。当反向电压加大到一定程度,PN结会发生击穿而损坏。

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PN结反偏

结论:PN结具有单向导电的特性

(三)PN结的电容

PN结在正偏时形成扩散电容,反偏时形成势垒电容。容量很小,在PF数量级。

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