這節我們主要了解半導體的導電特性。理解PN結及其單向導電性。熟悉半導體二極管的伏安特性及主要參數。熟悉穩壓管工作原理、伏安特性及主要參數。深刻理解晶體管的電流放大原理，熟悉輸入和輸出特性及主要參數。了解場效應管的工作原理、轉移特性、輸出特性及主要參數。
1、半導體要求達到“識記”層次。
2、PN結，要求達到“領會”層次。
3、二極管，要求達到“領會”層次。
4、穩壓管，要求達到“領會”層次。
5、晶體管，要求達到“領會”層次。
6、場效應管，要求達到“領會”層次。
重點：二極管、穩壓管和晶體三極管。
難點：場效應管
1. 本征半導體
根據物體導電能力(電阻率)的不同劃分為導體、絕緣體和半導體。典型的半導體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。
本征半導體是—種化學成分純凈、結構完整的半導體。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。
(1) 本征半導體的熱敏性、光敏性和摻雜性
① 熱敏性、光敏性—本質半導體在溫度升高或光照情況下，導電率明顯提高。
② 摻雜性—在本征半導體中摻入某種特定的雜質，成為雜質半導體后，其導電率會明顯的發生改變。
(2) 電子空穴對
在絕對溫度0K時，半導體中沒有自由電子。當溫度升高或受到光的照射時，將有少數電子能掙脫原子核的束縛而成為自由電子，流下的空位稱為空穴，這一現象稱為本征激發(也稱熱激發)。在本征半導體中自由電子和空穴是同時成對出現的，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。本征激發和復合在一定溫度下會達到動態平衡。自由電子和空穴在半導體中都是導電粒子，稱它們為載流子。
2. N型半導體和P型半導體
(1) N型半導體
在本征半導體中摻入五價雜質元素，例如磷，可形成N型半導體,也稱電子型半導體。因五價雜質原子中只有四個價電子能與周圍四個半導體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。在N型半導體中自由電子是多數載流子(多子),它主要由雜質原子提供;空穴是少數載流子(少子), 由熱激發形成。
(2)P型半導體
在本征半導體中摻入三價雜質元素，如硼、鎵、銦等形成了P型半導體，也稱為空穴型半導體。因三價雜質原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一空穴。P型半導體中空穴是多數載流子，主要由摻雜形成;電子是少數載流子，由熱激發形成。
根據物體導電能力(電阻率)的不同，來劃分導體、絕緣體和半導體。
半導體的電阻率為10-3～10-9 ??cm。
典型的半導體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。
4.1.1 本征半導體及其導電性
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。
(1) 本征半導體的共價鍵結構
硅和鍺是四價元素，在原子最外層軌道上的四個電子稱為價電子。它們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。這種結構的立體和平面示意圖見圖01.01。
(a) 硅晶體的空間排列 (b) 共價鍵結構平面示意圖
圖01.01 硅原子空間排列及共價鍵結構平面示意圖
(2) 電子空穴對
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。這一現象稱為本征激發(也稱熱激發)。
自由電子產生的同時，在其原來的共價鍵中就出現了一個空位，原子的電中性被破壞，呈現出正電性，其正電量與電子的負電量相等，人們常稱呈現正電性的這個空位為空穴。可見因熱激發而出現的自由電子和空穴是同時成對出現的，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01.02所示。本征激發和復合在一定溫度下會達到動態平衡。
圖01.02 本征激發和復合的過程
(3) 空穴的移動
自由電子的定向運動形成了電子電流，空穴的定向運動也可形成空穴電流，它們的方向相反。只不過空穴的運動是靠相鄰共價鍵中的價電子依次充填空穴來實現的。
圖01.03 空穴在晶格中的移動(動畫1-2)
4.1.2 雜質半導體
在本征半導體中摻入某些微量元素作為雜質，可使半導體的導電性發生顯著變化。摻入的雜質主要是三價或五價元素。摻入雜質的本征半導體稱為雜質半導體。
(1) N型半導體
在本征半導體中摻入五價雜質元素，例如磷，可形成N型半導體,也稱電子型半導體。
因五價雜質原子中只有四個價電子能與周圍四個半導體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。在N型半導體中自由電子是多數載流子,它主要由雜質原子提供;空穴是少數載流子, 由熱激發形成。
提供自由電子的五價雜質原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質原子也稱為施主雜質。N型半導體的結構示意圖如圖01.04所示。
圖01.04 N型半導體的結構示意圖
(2) P型半導體
在本征半導體中摻入三價雜質元素，如硼、鎵、銦等形成了P型半導體，也稱為空穴型半導體。
因三價雜質原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一空穴。P型半導體中空穴是多數載流子，主要由摻雜形成;電子是少數載流子，由熱激發形成。
空穴很容易俘獲電子，使雜質原子成為負離子。三價雜質因而也稱為受主雜質。P型半導體的結構示意圖如圖01.05所示。
圖01.05 P型半導體的結構示意圖
4.1.3 雜質對半導體導電性的影響
摻入雜質對本征半導體的導電性有很大的影響，一些典型的數據如下:
T=300K 室溫下,本征硅的電子和空穴濃度為:
n = p =1.4×1010/cm3
本征硅的原子濃度: 4.96×1022 /cm3
摻雜后，N 型半導體中的自由電子濃度為： n=5×1016 /cm3 |
