2.1半导体的基本知识 211半导体材料 212半导体的共价键结构 213本征半导体 半导体的导电机制 2.1.4杂质半导体 HOME
2.1 半导体的基本知识 2.1.1 半导体材料 2.1.2 半导体的共价键结构 2.1.3 本征半导体 2.1.4 杂质半导体 半导体的导电机制 2.1 半导体的基本知识
2.1.1半导体材料 1.典型的半导体材料 元素 硅(Si)、锗(Ge) 化合物 砷化镓(GaAs) 掺杂元素或化合物硼(B)、磷(P) HOME BACKNEXT
1. 典型的半导体材料 元素 硅（Si）、锗（Ge） 化合物 砷化镓（GaAs） 掺杂元素或化合物 硼（B）、磷（P） 2.1.1 半导体材料
2.1.1半导体材料 2.导体、绝缘体和半导体的划分 根据物体导电能力,来划分导体和绝缘体。 导体半导体绝缘体 导电能力用电阻率(或电导率)来描述: 导体1099cm 3.半导体有温敏、光敏和掺杂等导电特性 HOME BACK NEXT
3. 半导体有温敏、光敏和掺杂等导电特性。 根据物体导电能力，来划分导体和绝缘体。 导体 绝缘体 导电能力用电阻率(或电导率）来描述： 导体 ＜10-4Ωcm 绝缘体＞109Ωcm 2.1.1 半导体材料 2. 导体、绝缘体和半导体的划分 半导体
2.12半导体的共价键结构(原子物理) 硅14—1s2,2s2,2p,3s2,3p2 锗32—1s2,2s2,2p,3s2,3p6,3d1°, 4s, 4p 原子核 电子 价电子 硅的原子结构
2.1.2 半导体的共价键结构（原子物理） 硅 14 —1s2 ，2s2 ，2p6 ，3s2 ，3p2 锗 32 —1s2 ，2s2 ，2p6 ，3s2 ，3p6 ，3d10 ， 4s2 ，4p2 14 原子核 电子 价电子 硅的原子结构
2.1.2半导体的共价键结构 佳和锗的原子结构简化模型及晶体结构 两个电子的共价键 正离子核 HOME BACKNEXT
硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构 2.1.2 半导体的共价键结构
2.1.2半导体的共价键结构 晶体结构的说明 晶体与非晶体一原子结构排列是否有序 单晶与多晶一整块晶体的晶格取向是否一致 半导体材料的原子形成有序的排列, 邻近原子之间由共价键连接,所以半导 体是共价晶体。半导体器件必须用单晶 制造(晶体管) OME BACK NE
晶体结构的说明 • 晶体与非晶体－原子结构排列是否有序 • 单晶与多晶－整块晶体的晶格取向是否一致 半导体材料的原子形成有序的排列， 邻近原子之间由共价键连接，所以半导 体是共价晶体。半导体器件必须用单晶 制造（晶体管）。 2.1.2 半导体的共价键结构
2.1.3本征半导体 1.本征半导体—化学成分纯净(99.9999%) 的半导体单晶体。须在单晶炉中提炼得到 2.本征半导体的导电机制 自由电子和空穴对热激发或光照使价电子获 得挣脱共价键束缚的能量,成为自由电子,同时 共价键中留下一个空穴。 (1)外电场使自由电子导电 (2)同时也使相邻共价键中受束缚的价电子依次充 填空穴,产生空穴的移动效果而导电 HOME BACKNEXT
2.1.3 本征半导体 1. 本征半导体——化学成分纯净（99.99999％） 的半导体单晶体。须在单晶炉中提炼得到。 2. 本征半导体的导电机制： 自由电子和空穴对——热激发或光照使价电子获 得挣脱共价键束缚的能量，成为自由电子，同时 共价键中留下一个空穴。 （1）外电场使自由电子导电 （2）同时也使相邻共价键中受束缚的价电子依次充 填空穴，产生空穴的移动效果而导电
2.1.3本征半导体 空穴运动方向 价电子运动方向 (价电子) (空位) )······P· 一外加电场8 图21.3由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴电子对 HOME BACKNEXT
2.1.3 本征半导体
2.1.3本征半导体 3.本征半导体导电能力(量子力学) (1)能带图:自由电子 导带 硅:.1ev E 禁带E 锗:0.7eVB 空位 价带 价电子进入导带,必须具有能量克服禁带。 HOME BACKNEXT
3. 本征半导体导电能力（量子力学） 2.1.3 本征半导体 （1）能带图： 价电子进入导带，必须具有能量克服禁带。 硅：1.1 eV 锗：0.7 eV
2.1.3本征半导体 3.本征半导体导电能力(量子力学) (2)本征半导体载流子浓度(T=300°K)和原子浓度 硅:m1=P1=1.4×1010/cm3;4.96×102cm3 锗:m1=p1=2.4×1013/cm3;4.42×1027cm3 温度升高,载流子浓度上升 受到光照,载流子浓度大于热平衡时的浓度 与原子密度相比,载流子浓度极小,本征半导体导电能 力不强 HOME BACKNEXT
3. 本征半导体导电能力（量子力学） 2.1.3 本征半导体 （2）本征半导体载流子浓度(T=300°K )和原子浓度： 硅： ni = pi =1.4×1010/cm3 ； 4.96×1022/cm3 锗： ni = pi =2.4×1013/cm3 ； 4.42×1022/cm3 • 温度升高，载流子浓度上升 • 受到光照，载流子浓度大于热平衡时的浓度 • 与原子密度相比，载流子浓度极小，本征半导体导电能 力不强