半导体:介于导体跟绝缘体之间的材料
本征半导体:纯净半导体
硅锗 四价元素
本征半导体的晶体结构
价电子不导电,导电靠自由电子,
本征激发
因为温度变化所引起的热运动,让共价键里面的价电子挣脱变成自由电子,挣脱留下的位置叫空穴,这个过程就叫本征激发
空穴带正电 ,空穴带正电,
本征半导体有两种载流子:一个是空穴,一个是自由电子
本征激发越多导电能力越好
本征激发的对立面就复合运动
自由电子跟空穴会在共价键里面相撞,然后这俩都没了,又重新变成共价键的价电子,这个过程就叫复合
本征激发的复合的速度,和温度决定了载流子的的浓度
本征半导体的导电能力跟载流子的浓度有关
两个相关性:
本征激发的速度肯定跟温度相关,温度越高本征激发速度越快,温度越高热运动越剧烈
复合的速度,和它的浓度有相关性
结论:载流子的浓度跟温度相关,温度越高,载流子浓度越高
:半导体材料有一个可掺杂性
概念:在本征半导体里面参入少量的杂志元素
参入磷,5价元素,参入之后,四阶的的位置会被一个硼取代,因为参的少,所以知识有些位置会被取代,不改变特性
磷给半导体供应了,自由电子这个载流子,因此称这种原子叫施主原子
参入之后,五个电子用四个电子构成共价键,还有一个就变得非常容易逃脱,原子的束缚,几乎就是参进去一个磷就多了一个自由电子,,虽然参的少,但是依旧比原来的浓度高,甚至高上百万倍,导电性能瞬间上升,就会导致导致大量的自由电子存在,因此自由电子就是多数载流子,简称多子,空穴是少子,所以它主要的导电离子就是自由电子,自由电子带负电,所以是N型半导体,n=negative,
结论,N型半导体带负电
温度对N型半导体里面的多子影响不大,甚至忽略没有,因为参入之和所产生的自由电子是之前没参入的几百万倍,温度所产生的热运动,所产生出来的自由电子没多少,所以不影响,但是温度对少子的影响非常大,而且非常敏感,少子跟多子的增加的数量实际上是一样的,但是对于基数的不同,它的浓度变化就非常大,对少子的浓度非常大,,所以如果以后半导体器件中的某一个特性跟少子相关,那么它受温度的影响就很大大,如果仅仅与多子相关,按摩温度对它的影响就很小
参入3价元素硼,由于是三阶元素,参一个硼就多一个空穴,空穴就变成了多数载流子,自由电子就变成少数载流子,
当把这两种杂质半导体放在一起的时候就产生了一个奇迹,PN结
大圆圈带正号是磷离子,配了一个自由电子,离子不会动,负号是硼离子也不会动,配了一个空穴,空穴和自由电子会动
扩散运动;粒子都有一种能能力,从浓度高的地方,向浓度低的地方运动,这种运动叫扩散运动
所以P区的空穴会向N区扩散,N区的自由电子会向P区扩散,因为N区空穴为少子,浓度低,P区自由电子为少子,浓度低,n区的自由电子当它扩散到P区的时候,就犹如羊入狼群一般,它过去之和全是空穴在等着它,它过来一个就被消灭一个,同样的道理,P区进入N区的地盘,也被迅速消灭,然后就在交界处进行惨烈的交战,这种交战绝对是一对一的抵消,如果没东西阻止它,我们得到的结果就是,自己消耗光了,没了,但是大自然是平衡的,它自然就产生一种利益,要阻止它这么干,在打完之后那块区域实际上是无人区,然后看下图的空间电荷区,虽然图上没画离子里面还是有离子,但是非常非常少,载流子在这里全部消耗殆尽了,一旦消耗殆尽之后,这个空间电荷区就变得非常可爱,,就形成了空间电场,电场方向是从右指向左的,这个空间电场方向是在阻止这些无谓的牺牲在发生,它起了一个阻挡作用,一个阻挡层的作用,因此这个空间电荷区,又叫,耗尽层,阻挡层,又叫PN结
在这种条件下,多子的扩散运动和少子的漂移运动就会达到动态平衡
对称结:左边右边宽度一样,电荷区的宽度一样,因为两边参杂的浓度一样。
如果参杂浓度不一样,那么会一边高一变低,空间电荷区宽窄就不一样,因为电荷是一样的,浓度高的地方就会窄,浓度低的那边就会宽,这种结叫不对称结
势垒
扩散运动是一直再发生的,只不过因为有势垒阻挡了扩散运动的发生
右边是自由电子,左边是空穴,扩散运动可以进行,多数是冲到这里就势垒挡回去了,个别能冲过去,所以扩散运动非常非常非常小,同样的道理左边也是一样,水滴石穿,早晚会耗尽,但是不要忘记我们还有少子,势垒对多子是一个阻挡的山,对于少子就是一个坑,左边自由的电子,会移动,一旦进入电荷区,就会被拉过去,直接就飘过去了,右边空穴过来,也飘过去了,少子在空间电荷电场力的作用下,飘过去的运动,称之为漂移运动
在PN结的条件下,半导体材料从导电变成了不导电,因为有PN结的阻挡层的出现,它就不到电了,但是PN结有一个非常重要的的特性,单向导电性
PN结外加正向电压,P区结电源正极,N区接电源负极,注意还加了一个电阻,
外电场是从左往右,外电场削弱内电场的作用,就是在削弱势垒,这样扩散运动就会大大提高,所以就导通了
如果可以调节V的话,从零开始往上升,刚开始升的时候,没有电流,一点电流都没有,升了有一快区域都没有,就跟死了一样,所以那里有一个区域,我们在特性上称之为死区,但是升升升,突然有一下就出现电流了,但电流出现之后,,在往上升电压的时候,会发现这个电流跟这个电压几乎成一个指数关系,往上升,电流会欻就上去,实际上就是外电场削弱内电场的作用,使得扩散运动重新恢复,然后电流迅速增大,,所以这里对这个电流加以限制,如果不限制就会烧掉PN接,所以加了给电阻,电阻的作用就是限定了这里最大通过的电流,所以他在做这样一个保护的作用以,以后再用二极管这样正向导通的时候,一定要考虑限流电阻的存在,在使用他的时候
PN接加反向电压,
加了反向电压之后,外电场和内电场一致了,PN接会越变越厚,阻挡作用越来越强,几乎不导电,所以反向的时候加法相电压从N到P的时候,截至,但是还是会有电流的,会产生漂移运动,但是又因为漂移运动是少子构成的,所以这个电流很小,可以忽略不计,这个电流对温度很敏感,这个电流叫反向饱和电流,
PN结的电流方程:
其中IS是反向饱和电流,图上没画反向电流
UT是一个温度当量,他跟温度有关,用温度把温度转化成电压的这样一个东西,在室温下UT=26毫伏
U就是PN结上的电压
一般来说PN结的导通电压,锗管的话大约是0.2-0.3,硅管0.6-0.7,
1几乎可以忽略
反向饱和电流IS
电场方向由场源决定
电场方向与正电荷受力方向相同。 电场的特性是对电荷有作用力,即电场力,正电荷受力方向与电场方向相同,负电荷受力方向与电场方向相反。
物理上规定,电场线从正电荷或无穷远出发,终止于无穷远或负电荷。
电场线如果是直线,某点的电场方向就是电场线的方向;