半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)制典型的半導(dǎo)體材料

元素 硅（Si）、鍺（Ge）化合物 砷化鎵（GaAs）摻雜元素或化合物 硼（B）、磷（P）2.1.1

半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體有溫敏、光敏和摻雜等導(dǎo)電特性。根據(jù)物體導(dǎo)電能力，來(lái)劃分導(dǎo)體和絕緣體。導(dǎo)體

絕緣體導(dǎo)電能力用電阻率(或電導(dǎo)率）來(lái)描述：導(dǎo)體＜10-4Ωcm絕緣體＞109Ωcm

2.1.1半導(dǎo)體材料

導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的劃分半導(dǎo)體2.1.2

半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)（原子物理）硅14—1s2，2s2，2p6，3s2，3p2鍺32—1s2，2s2，2p6，3s2，3p6，3d10，4s2，4p214原子核電子價(jià)電子硅的原子結(jié)構(gòu)硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型及晶體結(jié)構(gòu)2.1.2半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)

晶體結(jié)構(gòu)的說(shuō)明

晶體與非晶體－原子結(jié)構(gòu)排列是否有序單晶與多晶－整塊晶體的晶格取向是否一致

半導(dǎo)體材料的原子形成有序的排列，鄰近原子之間由共價(jià)鍵連接，所以半導(dǎo)體是共價(jià)晶體。半導(dǎo)體器件必須用單晶制造（晶體管）。

2.1.2半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)

2.1.3

本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈（99.99999％）的半導(dǎo)體單晶體。須在單晶爐中提煉得到。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)制：

自由電子和空穴對(duì)——熱激發(fā)或光照使價(jià)電子獲得掙脫共價(jià)鍵束縛的能量，成為自由電子，同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。（1）外電場(chǎng)使自由電子導(dǎo)電（2）同時(shí)也使相鄰共價(jià)鍵中受束縛的價(jià)電子依次充填空穴，產(chǎn)生空穴的移動(dòng)效果而導(dǎo)電

2.1.3本征半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力（量子力學(xué)）

2.1.3本征半導(dǎo)體

（1）能帶圖：價(jià)電子進(jìn)入導(dǎo)帶，必須具有能量克服禁帶。硅：1.1eV鍺：0.7eV本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力（量子力學(xué)）

2.1.3本征半導(dǎo)體

（2）本征半導(dǎo)體載流子濃度(T=300°K)和原子濃度：硅：ni

=pi=1.4×1010/cm3；4.96×1022/cm3鍺：ni

=pi=2.4×1013/cm3；4.42×1022/cm3

溫度升高，載流子濃度上升受到光照，載流子濃度大于熱平衡時(shí)的濃度與原子密度相比，載流子濃度極小，本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力不強(qiáng)導(dǎo)體、半導(dǎo)體與絕緣體（量子力學(xué)）

2.1.3本征半導(dǎo)體

導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體2.1.4

雜質(zhì)半導(dǎo)體

半導(dǎo)體的摻雜

在本征半導(dǎo)體中人為摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。在提煉單晶的過(guò)程中一起完成。摻雜是為了顯著改變半導(dǎo)體中的自由電子濃度或空穴濃度，以明顯提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。三價(jià)元素?fù)诫s——P型半導(dǎo)體在硅（鍺）單晶中摻入少量三價(jià)元素硼，或鋁、銦、鎵等，則三價(jià)元素原子在晶格中缺少一個(gè)價(jià)電子，從而造成一個(gè)空位

2.1.4摻雜半導(dǎo)體

2.1.4摻雜半導(dǎo)體

空位很容易俘獲鄰近四價(jià)原子的價(jià)電子，即在鄰近產(chǎn)生一個(gè)空穴，空穴可以參與導(dǎo)電。空位俘獲電子后，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。負(fù)離子束縛于晶格中，不參與導(dǎo)電。摻雜后P型半導(dǎo)體中的空穴濃度等于摻雜濃度，例如pp0

=5×1016/cm3。有：

pp0

＞＞ni

＞np0在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；自由電子是少數(shù)載流子，它仍由熱激發(fā)形成。五價(jià)元素?fù)诫s——N型半導(dǎo)體在硅（鍺）單晶中摻入少量五價(jià)元素磷，或砷、銻等，則五價(jià)元素原子在晶格中多余一個(gè)價(jià)電子

2.1.4摻雜半導(dǎo)體

2.1.4摻雜半導(dǎo)體

多余價(jià)電子容易成為自由電子，可以參與導(dǎo)電。提供自由電子后的五價(jià)雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價(jià)雜質(zhì)原子稱為施主雜質(zhì)。正離子束縛于晶格中，不參與導(dǎo)電。摻雜后N型半導(dǎo)體中的自由電子濃度等于摻雜濃度，例如np0

=5×1016/cm3。因而有：

np0

＞＞pi

＞pp0在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；空穴是少數(shù)載流