半导体的导电性:在外电场作用下,自由电子产生定向移动,形成电子电流;另一方面,价电子也按一定方向依次填补空穴,即空穴产生了定向移动,形成所谓空穴电流。
载流子:由此可见,半导体中存在着两种载流子:带负电的自由电子和带正电的空穴.本征半导体中自由电子与空穴是同时成对产生的,因此,它们的浓度是相等的。
载流子的浓度:价电子在热运动中获得能量摆脱共价键的束缚,产生电子—空穴对。
同时自由电子在运动过程中失去能量,与空穴相遇,使电子-空穴对消失,这种现象称为复合。
在一定的温度下,载流子的产生与复合过程是相对平衡的,即载流的浓度是一定的。
本征半导体中的载流子浓度,除了与半导体材料本身的性质有关以外,还与温度有关,当本征半导体所处环境温度升高或有光照射时,其内部载流子数增多,导电能力随之增强。
所以半导体载流子的浓度对温度十分敏感。
上述特点称为本征半导体的热敏性和光敏性,利用这些特点可以制成半导体热敏元件和光敏元件。
半导体的导电性能与载流子的浓度有关,但因本征载流子在常温下的浓度很低,所以它们的导电能力很差.当我们人为地、有控制地掺入少量的特定杂质时,其导电性将产生质的变化。
二、杂质半导体
在本征半导体中掺入适量且适当的其他元素(叫杂质元素),就形成杂质半导体,其导电能力将大大增强。
因掺入杂质不同,杂质半导体可分为空穴(P)型和电子(N)型半导体两类。
1、P型半导体
在硅(或锗)的晶体内掺入少量三价元素(如硼元素).硼原子只有3个价电子,它与周围硅原子组成共价键时,因缺少一个电子,在晶体中便产生一个空穴。
这个空穴与本征激发产生的空穴都是载流子,具有导电性能.在P型半导体中,空穴数远远大于自由电子数,空穴为多数载流子(多子),自由电子为少数载流子(少子).导电以空穴为主,故此类半导体称为空穴(P)型半导体。
2、N型半导体
在纯净的半导体硅(或锗)中掺入微量五价元素(如磷元素)后,就可成为N型半导体。
在这种半导体中,自由电子数远大于空穴数,自由电子为多数载流子(多子);空穴为少数载流子(少子),导电以电子为主,故此类半导体称为电子(N)型半导体。
总结半导体的特点:
1.导电能力介于导体与绝缘体之间
2.受外界光和热的刺激时,导电能力会产生显著变化.
3。
在纯净半导体中,加入微量的杂质,导电能力急剧增强.
三、PN结的形成及特性
1.PN结的形成
在一块完整的晶片上,通过一定的掺杂工艺,一边形成P型半导体,另一边形成N型半导体。
在交界面两侧形成一个带异性电荷的离子层,称为空间电荷区,并产生内电场,其方向
是从N 区指向P区,内电场的建立阻碍了多数载流子的扩散运动,随着内电场的加强,多子的扩散运动逐步减弱,直至停止,使交界面形成一个稳定的特殊的薄层,即PN 结。
因为在空间电荷区内多数载流子已扩散到对方并复合掉了,或者说消耗尽了,因此空间电荷区又称为耗尽层。
2。
PN 结的单向导电特性
在PN 结两端外加电压,称为给PN 结以偏置电压. 1) PN 结正向偏置
给PN 结加正向偏置电压,即P 区接电源正极,N 区接电源负极,此时称PN 结为正向偏置(简称正偏),如图1。
6所示。
由于外加电源产生的外电场的方向与P N结产生的内电场方向相反,削弱了内电场,使PN结变薄,有利于两区多数载流子向对方扩散,形成正向电流,此时PN 结处于正向导通状态。
图1.6 PN 结加正向电压 图1.7 PN 结加反向电压
2) PN 结反向偏置
给P N结加反向偏置电压,即N 区接电源正极,P 区接电源负极,称P N结反向偏置(简称反偏),如图1。
7所示。
由于外加电场与内电场的方向一致,因而加强了内电场,使PN结加宽,阻碍了多子的扩散运动。
在外电场的作用下,只有少数载流子形成的很微弱的电流,称为反向电流.此时P N结内几乎无电流流过,P N结处于反向截止状态。
综上所述,PN 结具有单向导电性,即加正向电压时导通,加反向电压时截止
++++----
空穴(少数)
电子(少数)
变厚
P N
内电场外电场
A
I R
R
U
++++++++
--------+
-
++++
----
空穴(多数)
电子(多数)
变薄
P
N
内电场
外电场
mA
+
-I
R
U。