材料取自于元素周期表中金屬與非金屬的交界處。常溫下半導體導電性能介于導體與絕緣體之間。
本征半導體
純凈的具有晶體結構的半導體稱為本征半導體。(由于不含雜質且為晶體結構,所以導電性比普通半導體差)
常溫下,少數(shù)價電子由于熱運動獲得足夠的能量掙脫共價鍵的束縛成為自由電子。此時,共價鍵留下一個空位置,即空穴。原子因失去電子而帶正電,或者說空穴帶正電。在本征半導體外加一個電場,自由電子將定向移動產生電流;同時,價電子會按一定方向去依次填補空穴,相當于空穴也在定向移動,而且是跟電子反向的運動。本征半導體的電流是這兩個電流之和。運載電荷的粒子稱之為載流子。
當有一個自由電子的產生,必然會有一個空穴產生,所以自由電子與空穴對是同生同滅。當自由電子在運動中填補了一個空穴,此時兩者同時消失,這種現(xiàn)象稱之為復合。在一定溫度下,兩種載流子濃度相同,達到一種動態(tài)平衡。當溫度升高,熱運動會加劇,會有更多的電子掙脫束縛,會導致載流子濃度上升,從而打破這個平衡,溫度一定后會再次建立平衡。
雜質半導體
通過擴散工藝,在本征半導體摻入某些元素。
一 .N 型半導體
在本征半導體加入+5 價元素磷,由于加入了最外層為 5 個電子的元素,在形成共價鍵后會多出一個電子,這個電子就成了自由電子。因為這個半導體自由電子的個數(shù)多于空穴個數(shù),而電子帶負電,所以稱之為 N(negative,負)型半導體。
二 .P 型半導體
在本征半導體加入+3 價元素硼,由于加入了最外層為 3 個電子的元素,在形成共價鍵后會多出一個空位,硅原子的最外層電子會去填補這個空位,從而會多出一個空穴??昭◣д?,所以稱之為 P(positive,正)型半導體。
在 N 型半導體中,自由電子為多數(shù)載流子,空穴為少數(shù)載流子;在 P 型半導體中,空穴為多數(shù)載流子,自由電子為少數(shù)載流子。
PN 結的形成
采用某種工藝,可以將 P 型半導體和 N 型半導體制作在同一塊硅片上。
由于濃度差,會產生擴散運動。同時,在 P 區(qū) N 區(qū)交界處,多數(shù)載流子濃度降低,P 區(qū)出現(xiàn)正離子區(qū),N 區(qū)出現(xiàn)負離子區(qū),內部會產生一個內電場。該電場會產生一個運動去阻止擴散運動,這個運動稱為漂移運動。參與擴散運動和漂移運動的載流子數(shù)目相同,達到動態(tài)平衡就形成了 PN 結。
PN 結的單向導電性
PN 結的電容效應
PN 結存在著等效電容(勢壘電容和擴散電容,兩者之和稱為結電容,具體省略),由于容抗跟頻率成反比,當加在 PN 結上的交流電頻率較高時,交流電就可以通過 PN 結的電容形成通路,PN 結會失去單向導電的特性。
審核編輯黃昊宇
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