半導(dǎo)體的基本知識(shí)

1、1第1章半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)1.1半導(dǎo)體及PN結(jié)半導(dǎo)體器件是20世紀(jì)中期開始發(fā)展起來(lái)的，具有體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)、可靠性高、輸入功率小和功率轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，因而在現(xiàn)代電子技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。半導(dǎo)體器件是構(gòu)成電子電路的基礎(chǔ)。半導(dǎo)體器件和電阻、電容、電感等器件連接起來(lái)，可以組成各種電子電路。顧名思義，半導(dǎo)體器件都是由半導(dǎo)體材料制成的，就必須對(duì)半導(dǎo)體材料的特點(diǎn)有一定的了解。1.1.1半導(dǎo)體的基本特性在自然界中存在著許多不

2、同的物質(zhì)，根據(jù)其導(dǎo)電性能的不同大體可分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三大類。通常將很容易導(dǎo)電、電阻率小于Ω?cm的物質(zhì)，稱為410?導(dǎo)體，例如銅、鋁、銀等金屬材料；將很難導(dǎo)電、電阻率大于Ω?cm的物質(zhì)，1010稱為絕緣體，例如塑料、橡膠、陶瓷等材料；將導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間、電阻率在Ω?cm～Ω?cm范圍內(nèi)的物質(zhì)，稱為半導(dǎo)體。常用的半導(dǎo)體材料410?1010是硅(Si)和鍺(Ge)。用半導(dǎo)體材料制作電子元器件，不是因?yàn)樗膶?dǎo)電能力介于導(dǎo)體

3、和絕緣體之間，而是由于其導(dǎo)電能力會(huì)隨著溫度的變化、光照或摻入雜質(zhì)的多少發(fā)生顯著的變化，這就是半導(dǎo)體不同于導(dǎo)體的特殊性質(zhì)。1、熱敏性、熱敏性所謂熱敏性就是半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨著溫度的升高而迅速增加。半導(dǎo)體的電阻率對(duì)溫度的變化十分敏感。例如純凈的鍺從20℃升高到30℃時(shí)，它的電阻率幾乎減小為原來(lái)的1／2。而一般的金屬導(dǎo)體的電阻率則變化較小，比如銅，當(dāng)溫度同樣升高10℃時(shí)，它的電阻率幾乎不變。2、光敏性、光敏性半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨光照的變化有顯著

4、改變的特性叫做光敏性。一種硫化銅薄膜在暗處其電阻為幾十兆歐姆，受光照后，電阻可以下降到幾十千歐姆，只有原來(lái)的1%。自動(dòng)控制中用的光電二極管和光敏電阻，就是利用光敏特性制成的。而金屬導(dǎo)體在陽(yáng)光下或在暗處其電阻率一般沒有什么變化。3、雜敏性、雜敏性所謂雜敏性就是半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力因摻入適量雜質(zhì)而發(fā)生很大的變化。在半導(dǎo)體硅中，只要摻入億分之一的硼，電阻率就會(huì)下降到原來(lái)的幾萬(wàn)分之—。所以，利3的帶電粒子，稱它為空穴載流子。圖14所示是半導(dǎo)體中的兩

5、種載流子。圖13硅和鍺晶體結(jié)構(gòu)平面圖圖14半導(dǎo)體中的兩種載流子綜上所述，本征半導(dǎo)體中存在兩種載流子：帶負(fù)電荷的自由電子和帶正電荷的空穴。它們是成對(duì)出現(xiàn)的，也叫電子空穴對(duì)。由于兩者電荷量相等，極性相反，所以本征半導(dǎo)體是電中性的。本征半導(dǎo)體在外界的作用下，電子形成電子電流，空穴形成空穴電流雖然兩種載流子的運(yùn)動(dòng)方向相反，但因?yàn)樗鼈兯鶐У碾姾蓸O性也相反，所以兩種電流的實(shí)際方向是相同的，它們的和就是半導(dǎo)體中的電流。另外需要指出的是，價(jià)電子在熱運(yùn)動(dòng)

6、中獲得能量產(chǎn)生了電子空穴對(duì)，這種物理現(xiàn)象稱為激發(fā)；同時(shí)自由電子在運(yùn)動(dòng)中與空穴相遇，使電子、空穴對(duì)消失，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生過(guò)程和復(fù)合過(guò)程是相對(duì)平衡的，載流子的濃度是一定的。本征半導(dǎo)體中載流子的濃度，除了與半導(dǎo)體材料本身的性質(zhì)有關(guān)以外，還與溫度有關(guān)。而且隨著溫度的升高，基本上呈指數(shù)規(guī)律增加。因此，半導(dǎo)體載流子濃度對(duì)溫度十分敏感。1.1.3雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體的電阻率比較大，載流子濃度又小，且對(duì)溫度變化敏感，因此它的

7、用途很有限。在本征半導(dǎo)體中，人為地?fù)饺肷倭科渌?稱雜質(zhì))，可以使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著的變化。利用這一特性，可以制成各種性能不同的半導(dǎo)體器件，這樣使得它的用途大大增加。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體叫雜質(zhì)半導(dǎo)體。根據(jù)摻入雜質(zhì)性質(zhì)的不同，可分為兩種：電子型半導(dǎo)體和空穴型半導(dǎo)體。載流子以電子為主的半導(dǎo)體叫電子型半導(dǎo)體，因?yàn)殡娮訋ж?fù)電，取英文單詞“負(fù)”(Negative)的第一個(gè)字母“N”，所以電子型半導(dǎo)體又稱為N型半導(dǎo)體。載流子以空穴為主的半導(dǎo)