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半導體導體絕緣體含義 2.1.1 概念 根據(jù)物體導電能力(電阻率)的不同，來劃分導體、絕緣體和半導體。 1. 導體：容易導電的物體。如：鐵、銅等 2. 絕緣體：幾乎不導電的物體。如：橡膠等 3. 半導體：半導體是導電性能介于導體和半導體之間的物體。在一定條件下可導電。 半導體的電阻率為10-3～109 Ω·cm。典型的半導體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。 半導體特點： 1) 在外界能源的作用下，導電性能顯著變化。光敏元件、熱敏元件屬于此類。 2) 在純凈半導體內(nèi)摻入雜質(zhì)，導電性能顯著增加。二極管、三極管屬于此類。 2.1.2 本征半導體 1.本征半導體——化學成分純凈的半導體。制造半導體器件的半導體材料的純度要達到99.9999999%，常稱為“九個9”。它在物理結構上呈單晶體形態(tài)。電子技術中用的最多的是硅和鍺。 硅和鍺都是4價元素，它們的外層電子都是4個。其簡化原子結構模型如下圖： 外層電子受原子核的束縛力最小，成為價電子。物質(zhì)的性質(zhì)是由價電子決定的 。 外層電子受原子核的束縛力最小，成為價電子。物質(zhì)的性質(zhì)是由價電子決定的 。 2.本征半導體的共價鍵結構 本征晶體中各原子之間靠得很近，使原分屬于各原子的四個價電子同時受到相鄰原子的吸引，分別與周圍的四個原子的價電子形成共價鍵。共價鍵中的價電子為這些原子所共有，并為它們所束縛，在空間形成排列有序的晶體。如下圖所示： 硅晶體的空間排列與共價鍵結構平面示意圖 3.共價鍵 共價鍵上的兩個電子是由相鄰原子各用一個電子組成的，這兩個電子被成為束縛電子。束縛電子同時受兩個原子的約束，如果沒有足夠的能量，不易脫離軌道。因此，在絕對溫度T=0°K（-273°C）時，由于共價鍵中的電子被束縛著，本征半導體中沒有自由電子，不導電。只有在激發(fā)下，本征半導體才能導電 4.電子與空穴 當導體處于熱力學溫度0°K時，導體中沒有自由電子。當溫度升高或受到光的照射時，價電子能量增高，有的價電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導電，成為自由電子。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。 自由電子產(chǎn)生的同時，在其原來的共價鍵中就出現(xiàn)了一個空位，原子的電中性被破壞，呈現(xiàn)出正電性，其正電量與電子的負電量相等，人們常稱呈現(xiàn)正電性的這個空位為空穴。 電子與空穴的復合 可見因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時成對出現(xiàn)的，稱為電子空穴對。游離的部分自由電子也可能回到空穴中去，稱為復合，如圖所示。本征激發(fā)和復合在一定溫度下會達到動態(tài)平衡。 空穴的移動 由于共價鍵中出現(xiàn)了空穴，在外加能源的激發(fā)下，鄰近的價電子有可能掙脫束縛補到這個空位上，而這個電子原來的位置又出現(xiàn)了空穴，其它電子又有可能轉移到該位置上。這樣一來在共價鍵中就出現(xiàn)了電荷遷移—電流。 電流的方向與電子移動的方向相反，與空穴移動的方向相同。本征半導體中，產(chǎn)生電流的根本原因是由于共價鍵中出現(xiàn)了空穴。由于空穴數(shù)量有限，所以其電阻率很大 空穴在晶體中的移動（動畫） |
