一、本征半导体与杂质半导体:

常用的半导体材料硅(Si)和锗(Ge)均为四价元素,它们最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚,也不像绝缘体那样被原子核束缚的那么紧,所以其导电性介于二者之间,称为半导体

本征半导体:纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体,在本征半导体中,自由电子和空穴数目相等。在一定的温度下,本征半导体的载流子的浓度是一定的,但是载流子的浓度受到温度的影响,且温度越高,载流子浓度越高,导电性能越好。

自由电子:在外部某些条件的作用下,价电子挣脱共价键束缚而变成了自由电子,自由电子带负电

空穴:自由电子挣脱后,在共价键中留下的一个空位置,称为空穴,空穴带正电

载流子:运载电荷的粒子称为载流子,导体导电只有一种载流子,即自由电子导电;而本征半导体中有两种载流子,即自由电子和空穴均参与导电,这是半导体导电的特殊性质。

"PN结"元器件的特性分析

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,便可以得到杂质半导体。按照掺入杂质元素的不同,可以形成N型半导体P型半导体,而且控制掺入杂质元素的浓度,就可以控制杂质半导体的导电性能。

N型半导体:在本征半导体中掺入五价元素(如磷),使之取代晶格中的硅原子的位置,就形成了N型半导体。在N型半导体中,自由电子的浓度大于空穴的浓度,故称自由电子为多数载流子,空穴为少数载流子。N型半导体主要靠自由电子导电,掺入的杂质越多,自由电子浓度越高,导电性能也就越强。

P型半导体:在本征半导体中掺入三价元素(如硼),使之取代晶格中的硅原子的位置,就形成了P型半导体。在P型半导体中,自由电子的浓度小于空穴的浓度,故称空穴为多数载流子,自由电子为少数载流子。P型半导体主要靠空穴导电,掺入的杂质越多,空穴浓度越高,导电性能也就越强。

"PN结"元器件的特性分析

温度(光)特性的影响:在杂质半导体中,多数载流子是由于掺入杂质元素而得到的,因而它受温度的影响很小;而少数载流子是由于本征半导体的本征激发形成的,所以尽管其浓度很低,却对温度非常敏感,这也将影响半导体器件的性能。

二、PN结:

PN结:采用不同的掺杂工艺,将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上,它们的交界面就形成了PN结,PN具有单向导电性。在无外电场和其他激发作用下,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。

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的运动称为扩散运动。

漂移运动:多数载流子的扩散运动产生了内电场,内电场阻止了扩散运动,促进了少数载流子的漂移运动。

正向导通状态:扩散运动加剧,漂移运动减弱,多数载流子参与导电。

反向截止状态:漂移运动加剧,扩散运动减弱,少数载流子参与导电。

反向击穿状态:反向电压超过反向击穿电压后,反向电流急剧增加,称之为反向击穿,会造成PN结永久性地损坏。

PN结的伏安特性曲线:

"PN结"元器件的特性分析

结电容:势垒电容扩散电容组成。一般PN结的结电容很小,为pF级别的。对于低频信号呈现很大的容抗,其作用可以忽略不计;但是当信号频率较高时,结电容的影响必须作为考量的因素之一。

 

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