本征半導(dǎo)體和PN結(jié)概念復(fù)習(xí)

 半導(dǎo)體

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(dǎo)體導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間。

本征半導(dǎo)體

純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱(chēng)為本征半導(dǎo)體。(由于不含雜質(zhì)且為晶體結(jié)構(gòu)，所以導(dǎo)電性比普通半導(dǎo)體差)

常溫下，少數(shù)價(jià)電子由于熱運(yùn)動(dòng)獲得足夠的能量掙脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子。此時(shí)，共價(jià)鍵留下一個(gè)空位置，即空穴。原子因失去電子而帶正電，或者說(shuō)空穴帶正電。在本征半導(dǎo)體外加一個(gè)電場(chǎng)，自由電子將定向移動(dòng)產(chǎn)生電流;同時(shí)，價(jià)電子會(huì)按一定方向去依次填補(bǔ)空穴，相當(dāng)于空穴也在定向移動(dòng)，而且是跟電子反向的運(yùn)動(dòng)。本征半導(dǎo)體的電流是這兩個(gè)電流之和。運(yùn)載電荷的粒子稱(chēng)之為載流子。

當(dāng)有一個(gè)自由電子的產(chǎn)生，必然會(huì)有一個(gè)空穴產(chǎn)生，所以自由電子與空穴對(duì)是同生同滅。當(dāng)自由電子在運(yùn)動(dòng)中填補(bǔ)了一個(gè)空穴，此時(shí)兩者同時(shí)消失，這種現(xiàn)象稱(chēng)之為復(fù)合。在一定溫度下，兩種載流子濃度相同，達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)會(huì)加劇，會(huì)有更多的電子掙脫束縛，會(huì)導(dǎo)致載流子濃度上升，從而打破這個(gè)平衡，溫度一定后會(huì)再次建立平衡。

雜質(zhì)半導(dǎo)體

通過(guò)擴(kuò)散工藝，在本征半導(dǎo)體摻入某些元素。

一 .N型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體加入+5價(jià)元素磷，由于加入了最外層為5個(gè)電子的元素，在形成共價(jià)鍵后會(huì)多出一個(gè)電子，這個(gè)電子就成了自由電子。因?yàn)檫@個(gè)半導(dǎo)體自由電子的個(gè)數(shù)多于空穴個(gè)數(shù)，而電子帶負(fù)電，所以稱(chēng)之為N(negative，負(fù))型半導(dǎo)體。

二 .P型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體加入+3價(jià)元素硼，由于加入了最外層為3個(gè)電子的元素，在形成共價(jià)鍵后會(huì)多出一個(gè)空位，硅原子的最外層電子會(huì)去填補(bǔ)這個(gè)空位，從而會(huì)多出一個(gè)空穴?？昭◣д姡苑Q(chēng)之為P(positive，正)型半導(dǎo)體。

在N型半導(dǎo)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(dǎo)體中，空穴為多數(shù)載流子，自由電子為少數(shù)載流子。

PN結(jié)的形成

采用某種工藝，可以將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體制作在同一塊硅片上。

由于濃度差，會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，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(fù)離子區(qū)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)電場(chǎng)。該電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)動(dòng)去阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，這個(gè)運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為漂移運(yùn)動(dòng)。參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)目相同，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡就形成了PN結(jié)。

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

PN結(jié)的電容效應(yīng)

PN結(jié)存在著等效電容(勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容，兩者之和稱(chēng)為結(jié)電容，具體省略)，由于容抗跟頻率成反比，當(dāng)加在PN結(jié)上的交流電頻率較高時(shí)，交流電就可以通過(guò)PN結(jié)的電容形成通路，PN結(jié)會(huì)失去單向?qū)щ姷奶匦浴?/p>