2.2 半導體

二、半導體二極管及其基本應用電路

2.1

半導體二極管是最基本的電子器件，是集成電路的最小組成單元。

2.2 半導體

按導電能力的不同，物體可分為導體、半導體和絕緣體

半導體材料有硅、鍺、硒以及部分金屬氧化物和硫化物

常用的半導體材料硅（Si)和鍺（Ge）的原子序數為14和32，最外層有4個價電子，是四價元素，呈電中性，常常用帶有4個正電荷的正離子以及它周圍的4個價電子來表示

在硅和鍺的晶體中，每個原子都與周圍的4個原子以共價鍵的形式緊密地聯系在一起，組成整齊的晶格。

熱敏性：當環境溫度升高時，導電能力顯著增強

光敏性：當受到光照是，導電能力增強

摻雜性：往純凈的半導體中摻入某些雜質，導電能力改變

2.2.1本征半導體

本征半導體是完全純凈的、結構完整的半導體，其載流子是自由電子和空穴，兩種載流子的濃度相等。

電子電流：自由電子作定向運動

空穴電流：價電子遞補空穴

空穴—電子對

本征激發：

1. 溫度為0 K時，無自由電子；當溫度大於0 K時，有些價電子掙脫原子核的束縛稱為自由電子。這種現象就叫做本征激發
2. 本征激發產生自由電子和空穴
3. 自由電子在運動過程中如果與空穴相遇就會填補空穴，稱為復合

自由電子帶負電，空穴帶正電

• 自由電子和空穴總是成對出現，數目、濃度相等
• 在一定溫度下，本征激發和復合達到動態平衡
• 空穴也能“移動”，空穴和自由電子都是載流子

2.2.2雜質半導體

在雜質半導體中，多數載流子的濃度主要決定於摻入的雜質濃度，而少數載流子的濃度則與溫度有關

無論是N型或P型半導體，從總體來看，仍然保持電中性。

1. N型半導體
   本征半導體中摻入適量的五價元素，就形成了N型半導體，也稱為電子型半導體。五價雜質原子的最外層有5個價電子，與周圍的4價原子組成共價鍵時多了1個電子，這個電子不受共價鍵的束縛，只受自身原子核的吸引，只需很少的能量即可脫離原子核的束縛，稱為自由電子。所以，自由電子的濃度遠大於空穴的濃度，所以稱自由電子為多數載流子，空穴是少數載流子。
   

2. P型半導體
   本征半導體中摻入適量的3價元素，就形成了P型半導體，也稱為空穴型半導體。3價雜質原子的最外層有3個價電子，與周圍的4價原子組成共價鍵時少了1個電子，產生了一個空穴。

   所以，空穴的濃度遠大於自由電子的濃度，所以稱空穴為多數載流子，自由電子是少數載流子。