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什么是本征半导体与PN结?

冬至子 来源:小二电路 作者:小二电路 2023-09-12 17:18 次阅读

***#半导体#***

特点:导电能力介于导体和绝缘体。

特性:

(1)光敏特性:光照可以改变半导体的导电能力;

(2)热敏特性:温度的变化可以改变半导体的导电能力;

(3)掺杂特性:纯净的半导体里,掺入少量特定的杂质元素,来改变半导体的导电性。

单晶体:半导体材料的原子按结晶方式规则地排列,形成的半导体晶体;

多晶体:原子排列不规则,形成的半导体晶体。

本征半导体:高度提纯,结构完整的半导体晶体。

常用的半导体材料就是硅(Si)和锗(Ge)。它们两个最外层电子都是4个电子,又叫做“价电子”。我们之后讨论的都是用硅和锗制作成的本征半导体。

本征半导体的两种载流子:自由电子和空穴。

图片

***#自由电子和空穴#***

自由电子:当得到一定的能量(比如:热量、光照等),少量的价电子就会摆脱束缚跑出来,成为自由移动的电子。当外加电场时,带负电的自由电子逆向移动,形成电流

空穴:价电子跑出来就会在共价键那留下一个空位,当外加电场时,它的邻居会前来补充,这样循环往复,从而形成电流。

需要注意的是,虽然都是电子移动,但是空穴你可以认为是正电荷空位在向前移。

所以:带负电荷的自由电子和带正电荷的空穴。

它们成对出现,又被叫做“电子空穴对”,二者电荷量相等,极性相反,所以本征半导体显电中性。

温度的升高,自由电子和空穴的浓度都会显著增加,每升高8°,硅的载流子浓度差不多增大一倍。

***#杂质半导体:N形半导体、P形半导体#***

N型半导体:在原有基础上掺入微量的五价元素,比如P(磷)或者As(砷)。

五价元素和四价元素电子对配对,肯定多出来一个电子没地放,所以就成多余的自由电子了,这样一来,N形杂质半导体的自由电子就比空穴多。

P型半导体:掺入微量的三价元素,比如B(硼)或者In(铟)。

同理,也是电子对配对时,就离谱,确立一个电子还能再配一对,这样,空穴就多了,自由电子要少。

图片

图片

总结一下:

N型:多数载流子(自由电子),少数载流子(空穴);

P型:多数载流子(空穴),少数载流子(自由电子)。

注意:虽然N、P型半导体是掺入的杂质元素,但是依旧保持电中性。

***#PN结#***

PN结:把一块N型和一块P型拼一块,二者的交界处会形成一个极薄的电荷层,我们叫它“PN结”。

形成过程与原理:我们都知道,不论是气体还是液体,浓度高的会向浓度低的扩散。在这里也一样,N型和P型,它们的多数载流子和少数载流子都的浓度对应相反,二者之间相互扩散。P区的空穴多,向N区扩散,结果与N区的电子复合,导致P区留下了不能移动的负离子薄层;同理,N区的电子多,向P区扩散,与P区的空穴复合,导致N区留下了不能移动的正离子薄层。这样,两侧的薄层极性相反,又不能移动,那么便形成了电荷区。

图片

这个空间电荷区,我们叫它“内电场”。

但是啊,我们说,这个电场是多子扩散形成的,那么少子呢?相反,内电场会让P、N区的少数载流子做定向移动,又叫“漂移运动”,引起的电流叫“漂移电流”。这样的少子的移动会补充对方所失去的,内电场有所减弱,最终达到一种动态平衡。

至此,PN结形成。

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这个时候,内电场有几个名字,阻止多子扩散,叫它“阻挡层”;几乎没有载流子,叫它“耗尽层”。

不一样的材料,内电场电压也不相同。硅:E=0.6~0.8V;锗:E=0.1~0.3V。

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