第一章半导体器件 1.1半导体基础知识 1.2PN结 13半导体三极管
第一章 半 导 体 器 件 1.1 半导体基础知识 1.2 PN 结 1.3 半导体三极管
1.1半导体基础知识 物质按导电性能可分为导体、绝缘体和半导体 物质的导电特性取决于原子结构。导体一般为低价元素 如铜、铁、铝等金属,其最外层电子受原子核的束缚力很小 因而极易挣脱原子核的束缚成为自由电子。因此在外电场作 用下,这些电子产生定向运动(称为漂移运动形成电流,呈现出 较好的导电特性。高价元素(如惰性气体)和高分子物质(如橡 胶,塑料)最外层电子受原子核的束缚力很强,极不易摆脱原子 核的束缚成为自由电子,所以其导电性极差,可作为绝缘材料。 而半导体材料最外层电子既不像导体那样极易摆脱原子核的 束缚,成为自由电子,也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么 紧,因此,半导体的导电特性介于二者之间
1.1 半导体基础知识 物质按导电性能可分为导体、绝缘体和半导体。 物质的导电特性取决于原子结构。导体一般为低价元素, 如铜、铁、铝等金属, 其最外层电子受原子核的束缚力很小, 因而极易挣脱原子核的束缚成为自由电子。因此在外电场作 用下, 这些电子产生定向运动(称为漂移运动)形成电流, 呈现出 较好的导电特性。高价元素(如惰性气体)和高分子物质(如橡 胶, 塑料)最外层电子受原子核的束缚力很强, 极不易摆脱原子 核的束缚成为自由电子, 所以其导电性极差, 可作为绝缘材料。 而半导体材料最外层电子既不像导体那样极易摆脱原子核的 束缚, 成为自由电子, 也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么 紧, 因此, 半导体的导电特性介于二者之间
11.1本征半导体 纯净晶体结构的半导体称为本征半导体。常用的半导 体材料是硅和锗,它们都是四价元素,在原子结构中最外层 轨道上有四个价电子。为便于讨论,采用图1-1所示的简 化原子结构模型。把硅或锗材料拉制成单晶体时,相邻两个 原子的一对最外层电子(价电子)成为共有电子,它们一方面 围绕自身的原子核运动,另一方面又出现在相邻原子所属的 轨道上。即价电子不仅受到自身原子核的作用,同时还受到 相邻原子核的吸引。于是,两个相邻的原子共有一对价电子, 组成共价键结构。故晶体中,每个原子都和周围的4个原子 用共价键的形式互相紧密地联系起来,如图1-2所示
1.1.1 本征半导体 纯净晶体结构的半导体称为本征半导体。常用的半导 体材料是硅和锗, 它们都是四价元素, 在原子结构中最外层 轨道上有四个价电子。为便于讨论, 采用图 1-１ 所示的简 化原子结构模型。把硅或锗材料拉制成单晶体时, 相邻两个 原子的一对最外层电子(价电子)成为共有电子, 它们一方面 围绕自身的原子核运动, 另一方面又出现在相邻原子所属的 轨道上。即价电子不仅受到自身原子核的作用, 同时还受到 相邻原子核的吸引。于是, 两个相邻的原子共有一对价电子, 组成共价键结构。故晶体中, 每个原子都和周围的４个原子 用共价键的形式互相紧密地联系起来,如图１- ２所示
+4● +4 +4 价电子 价键 +4 图1-1 硅和锗简化原子 +4)(+4)(+4) 结构模型 图1-2本征半导体共价键晶体结构示意图
＋ 4 图 1 – 1 硅和锗简化原子 结构模型 ＋4 共 价 键 价 电 子 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 图 1 – 2 本征半导体共价键晶体结构示意图
共价键中的价电子由于热运动而获得一定的能量,其中 少数能够摆脱共价键的束缚而成为自由电子,同时必然在共 价键中留下空位,称为空穴。空穴带正电,如图1-3所示。 +4 +4)9(+4) 空穴 (+(+-(+9二> <c(+4)x +4) 图1-3本征半导体中的自由电子和空穴
＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 自由 空穴 电子 共价键中的价电子由于热运动而获得一定的能量, 其中 少数能够摆脱共价键的束缚而成为自由电子, 同时必然在共 价键中留下空位,称为空穴。空穴带正电, 如图 1-３所示。 图 1 – 3 本征半导体中的自由电子和空穴