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 新闻中心
 半导体:电阻率介于金属和绝缘体之间并有负的电阻温度系数的物质。半导体
半导体
  室温时电阻率约在10E-5~E欧姆·米之间,温度升高时电阻率指数则减小。半导体材料很多,按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。锗和硅是最常用的元素半导体;化合物半导体包括Ⅲ-Ⅴ族化合物(砷化镓、磷化镓等)、Ⅱ-Ⅵ族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体(镓铝砷、镓砷磷等)。除上述晶态半导体外,还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。
  本征半导体:不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下,半导体的价带是满带(见能带理论),受到热激发后,价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带,空带中存在电子后成为导带,价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位,称为空穴(图1 )。导带中的电子和价带中的空穴合称电子- 空穴对,均能自由移动,即载流子,它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流,分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子-空穴对的产生  半导体而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴,电子-空穴对消失,称为复合。复合时释放出的能量变成电磁辐射(发光)或晶格的热振动能量(发热)。在一定温度下,电子- 空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡,此时半导体具有一定的载流子密度,从而具有一定的电阻率。温度升高时,将产生更多的电子- 空穴对,载流子密度增加,电阻率减小。无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大,实际应用不多。
多样性
  物质存在的形式多种多样,固体、液体、气体、等离子体等等。我们通常把导电性差或不好的材料,如金刚石、人工晶体、琥珀、陶瓷等等,称为绝缘体。而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比,半导体材料的发现是最晚的,直到20世纪30年代,当材料的提纯技术改进以后,半导体的存在才真正被学术界认可。
分类
  半导体的分类,按照其制造技术可以分为:集成电路器件,分立器件、光电半导体、逻辑IC、模拟IC、储存器等大类,一般来说这些还会被分成小类。此外还有以应用领域、设计方法等进行分类,虽然不常用,但还是按照IC、LSI、VLSI(超大LSI)及其规模进行分类的方法。此外,还有按照其所处理的信号,可以分成模拟、数字、模拟数字混成及功能进行分类的方法。
特点
  半导体五大特性∶掺杂性,热敏性,光敏性,负电阻率温度特性,整流特性。
  ★在形成晶体结构的半导体中,人为地掺入特定的杂质元素,导电性能具有可控性。
  ★在光照和热辐射条件下,其导电性有明显的变化。
  晶格:晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵,称为晶格。
  共价键结构:相邻的两个原子的一对最外层电子(即价电子)不但各自围绕自身所属的原子核运动,而且出现在相邻原子所属的轨道上,成为共用电子,构成共价键。
  自由电子的形成:在常温下,少数的价电子由于热运动获得足够的能量,挣脱共价键的束缚变成为自由电子。
  空穴:价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。
  电子电流:在外加电场的作用下,自由电子产生定向移动,形成电子电流。
  空穴电流:价电子按一定的方向依次填补空穴(即空穴也产生定向移动),形成空穴电流。
  本征半导体的电流:电子电流+空穴电流。自由电子和空穴所带电荷极性不同,它们运动方向相反。
  载流子:运载电荷的粒子称为载流子。
  导体电的特点:导体导电只有一种载流子,即自由电子导电。
  本征半导体电的特点:本征半导体有两种载流子,即自由电子和空穴均参与导电。
  本征激发:半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。
  复合:自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴,使两者同时消失,这种现象称为复合。
  动态平衡:在一定的温度下,本征激发所产生的自由电子与空穴对,与复合的自由电子与空穴对数目相等,达到动态平衡。
  载流子的浓度与温度的关系:温度一定,本征半导体中载流子的浓度是一定的,并且自由电子与空穴的浓度相等。当温度升高时,热运动加剧,挣脱共价键束缚的自由电子增多,空穴也随之增多(即载流子的浓度升高),导电性能增强;当温度降低,则载流子的浓度降低,导电性能变差。
  结论:本征半导体的导电性能与温度有关。半导体材料性能对温度的敏感性,可制作热敏和光敏器件,又造成半导体器件温度稳定性差的原因。
  杂质半导体:通过扩散工艺,在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素,可得到杂质半导体。
  P型半导体:在纯净的硅晶体中掺入三价元素(如硼),使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了P型半导体。
  多数载流子:P型半导体中,空穴的浓度大于自由电子的浓度,称为多数载流子,简称多子。
  少数载流子:P型半导体中,自由电子为少数载流子,简称少子。
  受主原子:杂质原子中的空位吸收电子,称受主原子。
  P型半导体的导电特性:它是靠空穴导电,掺入的杂质越多,多子(空穴)的浓度就越高,导电性能也就越强。
  N型半导体:在纯净的硅晶体中掺入五价元素(如磷),使之取代晶格中硅原子的位置,形成N型半导体。
  多子:N型半导体中,多子为自由电子。
  少子:N型半导体中,少子为空穴。
  施子原子:杂质原子可以提供电子,称施子原子。
  N型半导体的导电特性:掺入的杂质越多,多子(自由电子)的浓度就越高,导电性能也就越强。
  结论:
  多子的浓度决定于杂质浓度。
  少子的浓度决定于温度。
  PN结的形成:将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上,在它们的交界面就形成PN结。
  PN结的特点:具有单向导电性。
  扩散运动:物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动,这种由于浓度差而产生的运动称为扩散运动。
  空间电荷区:扩散到P区的自由电子与空穴复合,而扩散到N区的空穴与自由电子复合,所以在交界面附近多子的浓度下降,P区出现负离子区,N区出现正离子区,它们是不能移动,称为空间电荷区。
  电场形成:空间电荷区形成内电场。
  空间电荷加宽,内电场增强,其方向由N区指向P区,阻止扩散运动的进行。
  漂移运动:在电场力作用下,载流子的运动称漂移运动。
  PN结的形成过程:如图所示,将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上,在无外电场和其它激发作用下,参与扩散运动的多子数目等于参与漂移运动的少子数目,从而达到动态平衡,形成PN结。
PN结的形成过程
  电位差:空间电荷区具有一定的宽度,形成电位差Uho,电流为零。
  耗尽层:绝大部分空间电荷区内自由电子和空穴的数目都非常少,在分析PN结时常忽略载流子的作用,而只考虑离子区的电荷,称耗尽层。
  PN结的单向导电性
 
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