半导体器件

2014-3-23 15:26| 发布者: lfcx| 查看: 27| 评论: 0

摘要: 第一节　半导体的特性本节重点在于学习本征半导体、杂质半导体、多子、少子等概念，了解PN结形成的基本原理，根据物体的导电能力，可以把它们划分成为导体、半导体和绝缘体。半导体是指导电能力介于导体和绝缘体之 ...

第一节　半导体的特性

本节重点在于学习本征半导体、杂质半导体、多子、少子等概念，了解PN结形成的基本原理，根据物体的导电能力，可以把它们划分成为导体、半导体和绝缘体。半导体是指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类物质。导电能力往往用电阻率来表示，单位是Ωcm。一般规定半导体的电阻率在10-3～109Ωcm之间。典型的半导体有硅(Si)和锗(Ge)，以及砷化镓(GaAs)等。硅和锗在元素周期表上是四价元素，砷化镓则属于半导体化合物。

半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别。如大多数半导体对温度反应敏感，当环境温度升高时，它的导电能力要增强许多，利用这种特性可做成热敏元件。有些半导体在受到光照时，它的导电能力变的很强，而在无光照时，又变得像绝缘体一样不导电，利用这种特性可做成光敏元件。半导体掺入杂质后其电阻率大大减小，可以做成可控的电子开关元件。

本征半导体是化学成分纯净、物理结构完整的半导体。半导体在物理结构上有多晶体和单晶体两种形态，制造半导体器件必须使用单晶体，即整个一块半导体材料是由一个晶体组成的。制造半导体器件的半导体材料纯度要求很高，要达到99.9999999%。

以硅和锗原子的简化原子模型来说明，二维晶格结构如图1.1.1所示。在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子。根据化学的知识可以知道，最外层的价电子受原子核的束缚力最小，容易脱离原子核的束缚而成为自由电子。在半导体晶体中，一个原子最外层的价电子分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。

在温度为T=0K和没有外界激发时，每一个电子均被共价键所束缚。在室温条件下，部分价电子就会获得足够的能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子，这称为本征激发。自由电子是一种带负电的载流子，在自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，空位呈现出正电性，其正电量与电子的电荷量相等，通常称呈现正电性的这个空位为空穴。可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。一部分游离的自由电子在经过空穴附近时，也可能被空穴所俘获，称为复合，如图1.1.1所示。在空穴和自由电子不断地产生的同时，原有的空穴和自由电子也会不断地复合，本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。所以半导体中导电物质就是自由电子和空穴。