2.2 半导体

2.1

半导体二极管是最基本的电子器件，是集成电路的最小组成单元。

2.2 半导体

按导电能力的不同，物体可分为导体、半导体和绝缘体

半导体材料有硅、锗、硒以及部分金属氧化物和硫化物

常用的半导体材料硅（Si)和锗（Ge）的原子序数为14和32，最外层有4个价电子，是四价元素，呈电中性，常常用带有4个正电荷的正离子以及它周围的4个价电子来表示

在硅和锗的晶体中，每个原子都与周围的4个原子以共价键的形式紧密地联系在一起，组成整齐的晶格。

热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强

光敏性：当受到光照是，导电能力增强

掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力改变

2.2.1本征半导体

本征半导体是完全纯净的、结构完整的半导体，其载流子是自由电子和空穴，两种载流子的浓度相等。

电子电流：自由电子作定向运动

空穴电流：价电子递补空穴

空穴—电子对

本征激发：

1. 温度为0 K时，无自由电子；当温度大于0 K时，有些价电子挣脱原子核的束缚称为自由电子。这种现象就叫做本征激发
2. 本征激发产生自由电子和空穴
3. 自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，称为复合

自由电子带负电，空穴带正电

• 自由电子和空穴总是成对出现，数目、浓度相等
• 在一定温度下，本征激发和复合达到动态平衡
• 空穴也能“移动”，空穴和自由电子都是载流子

2.2.2杂质半导体

在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要决定于掺入的杂质浓度，而少数载流子的浓度则与温度有关

无论是N型或P型半导体，从总体来看，仍然保持电中性。

1. N型半导体
   本征半导体中掺入适量的五价元素，就形成了N型半导体，也称为电子型半导体。五价杂质原子的最外层有5个价电子，与周围的4价原子组成共价键时多了1个电子，这个电子不受共价键的束缚，只受自身原子核的吸引，只需很少的能量即可脱离原子核的束缚，称为自由电子。所以，自由电子的浓度远大于空穴的浓度，所以称自由电子为多数载流子，空穴是少数载流子。
   

2. P型半导体
   本征半导体中掺入适量的3价元素，就形成了P型半导体，也称为空穴型半导体。3价杂质原子的最外层有3个价电子，与周围的4价原子组成共价键时少了1个电子，产生了一个空穴。

   所以，空穴的浓度远大于自由电子的浓度，所以称空穴为多数载流子，自由电子是少数载流子。