武昌网站建设制作,网站建设工作描述,868868域名查询,memory wordpress基本内容#xff1a; 1.本征半导体的基本介绍结构#xff1b; 2.杂质半导体#xff1b; 3.PN结的形成#xff1b; 4.PN结的性质。
1.本征半导体 半导体#xff1a;导电性能介于绝缘体和导体之间的物质。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。
纯净→无杂质晶体结构→稳…基本内容 1.本征半导体的基本介绍结构 2.杂质半导体 3.PN结的形成 4.PN结的性质。
1.本征半导体 半导体导电性能介于绝缘体和导体之间的物质。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。
纯净→无杂质晶体结构→稳定的结构 图为本征半导体的基本结构。里面有两种载流子电子和空穴。在一定温度下只要是非绝对零度由于热运动少数价电子会挣脱共价键的束缚而成为自由电子。与此同时由于电子的离开共价键上会留有一个空位置称为空穴。原子因失掉一个价电子而带有正电或者说空穴点正电。空穴不是真实存在的微粒只是为了类比描述提出空穴的概念在本征半导体中空穴和自由电子总是成对出现的即自由电子和空穴的数量是相等的。自由电子与空穴相碰同时消失称为复合。在一定温度下空穴和自由电子的浓度是相对稳定的是不断在形成电子-空穴对本征激发和复合的动态平衡。温度升高热运动加剧价电子能够获得的能量增多挣脱共价键的电子增多自由电子-空穴对的浓度增大。若在本征半导体两端外加一电场一方面自由电子会受电场影响而定向运动形成电子电流另一方面由于空穴的存在价电子会按一定的方向依次填补空穴即空穴也会产生定向运动形成空穴电流。即本征半导体的电流是两个电流之和。普通导体导电则只有一种载流子导电即自由电子。本征半导体的导电性能差且与环境温度相关因这种敏感性可以用来做热敏和光敏器件。但是又由于想要导电性能好本征半导体只能升温限制其使用场景且温度往往升不上去故这里引入杂质半导体人为控制其导电能力。
杂质半导体 杂质半导体有两种N型和P型。
N型半导体的结构示意图如下N可以理解为negative在纯净硅中掺入5/6价元素使之取代原来硅的位置。杂质原子最外层的电子在形成稳定共价键后还会有多于的电子多处的电子不受共价键的约束共价键都结合地好好的嘛极容易形成自由电子。所以这时候的电子为多子空穴为少数载流子。杂质原子是提供电子的也被称为施主原子。需要注意的是杂质元素应始终是少量。 很容易可以理解导电性能主要由多子的浓度决定而多子的浓度取决于掺杂的情况从而实现了我们人为可控制导电性能。 如下图P型半导体则是反过来里面的多子是空穴掺杂元素也多为3价元素。 可以认为多子的浓度约等于所掺杂的原子浓度因此受温度影响较小而少子是本征激发所形成的尽管浓度很低但是对温度很敏感这也可能会影响到半导体器件的性能。即与本征激发有关的都与温度有关 3. PN结的形成 扩散运动物质总是从高浓度向低浓度的地方运动。
当把P型半导体和N型半导体制作在一起时他们的交界面两种载流子的浓度差很大因此P区的空穴必定会向N区扩散N区的自由电子必定会向P区扩散。下图为示意图。 扩散到P区的自由电子与空穴复合扩散到N区的空穴与自由电子复合所以在交界处多子的浓度下降。P区出现负离子区可以理解为原来整体是电中和状态但是因为扩散运动N区来了电子原来的P区就不是电中和了有了负离子区N区和P区这个整体现在是电中和状态。同理N区也会出现正离子区形成内电场称为空间电荷区。随着扩散运动的进行空间电荷区会增大但是空间电荷区的存在又会阻止扩散运动的继续扩散运动和空间电荷区会形成一个平衡。 因内电场作用所产生的的运动被称为漂移运动。参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相等时即达到动态平衡时就形成了PN结。 4. PN结的单向导电性 当在PN结两端外加电压时就破坏了原有的平衡。如下图当外加电源的正极接到PN结的P端电源负极接到PN结的N端时称PN结外加正向电压。外电场将多子更快的推向了空间电荷区可以理解为更快地达到了动态平衡空间电荷区还没有形成原不加电场那么多的时候就已经达到动态平衡了可理解为削弱了内电场扩散运动加剧漂移运动减弱。当正向电压达到一定程度时有正向电流形成PN结导通。 同理可以理解加反向电压时空间电荷区会变大称为截止状态。 5. PN结的伏安特性 伏安特性就是外加电压时PN结的电流情况。 U0部分为正向特性U0部分为反向特性。 反向超过一定电压后反向电流会急剧增大称之为反向击穿。按击穿原理分为齐纳击穿和雪崩击穿。
齐纳击穿在高掺杂的情况下因耗尽层宽度很窄不大的反向电压就可以在耗尽层形成很强的电场而直接破坏掉共价键使价电子脱离共价键舒服产生电子-空穴对导致电流急剧增大。即齐纳击穿只需要很小的电压。雪崩击穿在低掺杂的情况下耗尽层的宽度较宽当反向电压增大到比较大的时候耗尽层的电场使少子加快漂移速度从而与共价键中的价电子碰撞把价电子撞出共价键形成电子-空穴对。新产生的电子和空穴被电场加速后又装向其他的电子就像雪崩一样不断滚成大雪球。 6. PN结的电容效应 PN结具有电容效应根据产生原因的不同分为势垒电容和扩散电容。 如图为势垒电容Cb即衡量的是耗尽层中电荷量的变化情况。 扩散区内电荷的积累与释放与电容器的充放电火锅城相同这种电容效应被称为扩散电容Cd。 即PN结的结电容应是这两种电容之和。
