华中六学电信系 3.1半导体的基本知识 31.1半导体材料 312半导体的共价键结构 313本征半导体 31.4杂质半导体 HOME BACKNEXT
3.1 半导体的基本知识 3.1.1 半导体材料 3.1.2 半导体的共价键结构 3.1.3 本征半导体 3.1.4 杂质半导体
311半导体材料 华中电信系 根据物体导电能力(电阻率)的不同,来划分 导体、绝缘体和半导体。 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。 HOME BACKNEXT
3.1.1 半导体材料 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分 导体、绝缘体和半导体。 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等
312半导体的共价键结构 华中电信系 硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构 44)。太块晶体中 两个电子的共价键 44+4 +4 正离子芯 +4】● +4) 4 HOME BACKNEXT
3.1.2 半导体的共价键结构 硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构
313本征半导体 华中电信系 本征半导体—化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单 晶体形态。 空穴—共价键中的空位。 由于热激发而产 电子空穴对—由热激发而 生的自由电子 产生的自由电子和空穴对。 自由电子移动后 而留下的空穴 空穴的移动—空穴的运动 +4 是靠相邻共价键中的价电子 依次充填空穴来实现的。 由于随机热振动致使共价键被打破而产生 空穴一电子对 HOME BACKNEXT
3.1.3 本征半导体 本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单 晶体形态。 空穴——共价键中的空位。 电子空穴对——由热激发而 产生的自由电子和空穴对。 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。 由于随机热振动致使共价键被打破而产生 空穴－电子对
314杂质半导体 华中电信系 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质, 可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质 主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体 称为杂质半导体。 N型半导体—掺入五价杂质元素(如磷)的 半导体。 P型半导体—掺入三价杂质元素(如硼)的 半导体。 HOME BACKNEXT
3.1.4 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质， 可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质 主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体 称为杂质半导体。 N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的 半导体。 P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的 半导体
314杂质半导体 华中电信系 1.N型半导体 因五价杂质原子中 只有四个价电子能与周 施主原子提供 围四个半导体原子中的 的多余的电子 价电子形成共价键,而 4 多余的一个价电子因无 施主正离子 共价键束缚而很容易形 4。9+9 成自由电子 在N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由杂质原 子提供;空穴是少数载流子,由热激发形成。 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子 因此五价杂质原子也称为施主杂质。 HOM配E BACKNEXT
1. N型半导体 3.1.4 杂质半导体 因五价杂质原子中 只有四个价电子能与周 围四个半导体原子中的 价电子形成共价键，而 多余的一个价电子因无 共价键束缚而很容易形 成自由电子。 在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原 子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子， 因此五价杂质原子也称为施主杂质
314杂质半导体 华中电信系 2.P型半导体 因三价杂质原子 受主原子 邻近的电子落入受主的空 在与硅原子形成共价 位,留下可移动的空穴 键时,缺少一个价电 可移动的空穴 受主获得一个电子而 子而在共价键中留下 形成一个负离子 个空穴。 在P型半导体中空穴是多数载流子,它主要由掺杂形成; 自由电子是少数载流子,由热激发形成。 空穴很容易俘获电子,使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂质。 HOME BACKNEXT
2. P型半导体 3.1.4 杂质半导体 因三价杂质原子 在与硅原子形成共价 键时，缺少一个价电 子而在共价键中留下 一个空穴。 在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成； 自由电子是少数载流子， 由热激发形成。 空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂质
314杂质半导体 华中电信系 3.杂质对半导体导电性的影响 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: ①7=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n=p=1.4×1010cm3 ②掺杂后N型半导体中的自由电子浓度: n=5×1016/cm3 ③本征硅的原子浓度:496×102m3 以上三个浓度基本上依次相差106/cm3。 HOME BACKNEXT
3. 杂质对半导体导电性的影响 3.1.4 杂质半导体 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=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×10 10 /cm3 1 本征硅的原子浓度: 4.96×10 22 3 /cm3 以上三个浓度基本上依次相差10 6 /cm3 。 2 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=5×10 16 /cm3
本节中的有关概念 华中电信系 本征半导体、杂质半导体 施主杂质、受主杂质 N型半导体、P型半导体 自由电子、空穴 多数载流子、少数载流子 HOME end BACKNEXT
• 本征半导体、杂质半导体 本节中的有关概念 • 自由电子、空穴 • N型半导体、P型半导体 • 多数载流子、少数载流子 • 施主杂质、受主杂质 end