模拟电子技术基础_常用半导体器件

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第1章 常用半导体器件

本文仅为模拟电路学习笔记流，仅供参考，详见《模拟电子技术基础(第五版)》

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提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、什么是半导体？

首先，需要知道物质的导电性能是由其原子结构决定的。正如：经济基础决定上层建筑。

类比其他物质，我们熟知的有：导体、绝缘体材料。
导体：通常是由低价元素组成，外层价电子容易摆脱原子核的束缚，导电性能最好；
绝缘体：通常是由高价元素组成，外层价电子极易受到原子核的束缚，导电性能最差。
因此，半导体：通常是四价元素组成，导电性能介于导体和绝缘体之间。

本征半导体是半导体的一种，接下来介绍本征半导体。

二、什么是本征半导体？

1.定义

纯净半导体经过一定的工艺过程制造成的单晶体，即为本征半导体。
以上定义基本是从书上照搬来的，但是需要注意一点：本征半导体并不完全等同于纯净半导体，而是经过工艺加工得到的晶体结构。

2.结构

要理解本征半导体的结构，首先要理解其晶体结构，根据个人理解，总结如下：
(外层)价电子+(内层)原子核–>1个原子–>多个原子–>单个晶体

例如：4价原子和3价原子的符号示意图如下所示

3.性能及特点

由于本征半导体本身的晶体结构特点，引申出值得人们研究的特点。比如：
共价键：晶体中的相邻原子之间离的很近，因此外层价电子落入相邻的原子轨道形成共用电子，这样的结构称为共价键结构。

由于本征半导体本身容易受到温度的影响，引申出的特点，如：
自由电子：本征半导体受到热激发，外层价电子得到能量后摆脱共价键的束缚，成为自由电子；
空穴 ：自由电子离开共价键后留下的空位置称为空穴。
自由电子-空穴对：本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现的，两者浓度总是相等。

载流子：运载电荷的粒子都称为载流子（例如：自由电子带负电荷，空穴带正电荷，它们都属于载流子）

载流子的运动：
本征激发：半导体受到热激发形成自由电子-空穴对的现象；
复合：自由电子运动过程中填补空穴的位置，使得两者消失的现象。

载流子浓度与温度的关系：
本征半导体中，载流子的浓度是环境温度的函数。
a、温度一定时，载流子浓度一定，自由电子和空穴浓度相等，达到动态平衡；
b、温度升高时，载流子浓度增大，导电性能增强。

三、什么是杂质半导体？

1.定义

在纯净硅晶体中掺杂少量杂质元素，使其替换原晶体中的原子所形成的半导体。

2.分类

2.1 N型半导体

(N-Negative，多数载流子是自由电子带负电)
定义：在纯净硅晶体中掺杂五价元素(如：磷P)，使其替换原硅原子，形成N型半导体。
以上定义基本是从书上照搬来的，但是需要注意一点书本都是以磷这个五价元素作为参考，实际N型半导体除了磷元素也有掺杂其他元素类型。

结构：由于五价元素外层有五个价电子，除了与相邻硅原子形成共价键外，还有一个电子。如下图所示：

Ps：为什么N型半导体的多数载流子是自由电子？
常温下，由于热激发，杂质原子多出的一个电子得到少量能量很容易就成为自由电子。
多数载流子:自由电子(浓度高)，少数载流子:空穴(浓度低)
特点：N型半导体的掺杂浓度越高，多数载流子的浓度也越高，导电性能也越好。

2.2 P型半导体

(P-Positive，多数载流子是空穴带正电)
定义：在纯净硅晶体中掺杂三价元素(如：硼B)，使其替换原硅原子，形成P型半导体。
以上定义基本是从书上照搬来的，但是需要注意一点书本都是以硼这个三价元素作为参考，实际N型半导体除了硼元素也有掺杂其他元素类型。

结构：由于三价元素外层有三个价电子，除了与相邻硅原子形成共价键外，还有一个空位。如下图所示：

Ps：为什么P型半导体的多数载流子是空穴？
当硅原子的外层电子填补该空位后，就会在其原来的共价键留下一个空穴。
多子:空穴(浓度高)，少子:自由电子(浓度低)

特点：P型半导体的掺杂浓度越高，多数载流子的浓度也越高，导电性能也越好。

***(1)杂质半导体的掺杂浓度越高，多子浓度越高，复合得越多，少子的浓度越低，导电性能越好。
***(2)杂质半导体中的多数载流子浓度取决于掺杂浓度，因此不太受温度的影响；而少数载流子是由本征激发产生的，因此容易受到环境温度的影响，影响半导体的性能。

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总结

以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了半导体的基本概念和本征半导体、杂质半导体的基本概念和基本特点。