半导体材料及其特性.ppt

1.1 半导体材料及其特性,1.1.1 本征半导体,1.1.2 杂质半导体,1.1.3 漂移和扩散电流,*1.1.4 过剩载流子,由导电能力的不同，物质可分为导体(Conductors)、绝缘体(Insulators)和半导体(Semiconductors) 。,1.1.1 本征半导体,Intrinsic Semiconductor,砷化镓GaAs,硅Si和锗Ge,半导体 导电特性,温敏,掺杂,光敏,1.1.1 本征半导体,Intrinsic Semiconductor,本征半导体是一种完全纯净、结构完整的半导体。,根据导电能力(电阻率)的不同，物质可分为导体(Conductors)、绝缘体(Insulators)和半导体(Semi-conductors) 。,1.1.1 本征半导体,Intrinsic Semiconductor,一、半导体的共价键(covalent bonds)结构,1.硅的原子结构简化模型,+4,2.硅晶体共价键结构,空间四面体结构,显示共价键形成的二维晶体结构,1.1.1 本征半导体,Intrinsic Semiconductor,1.1.1 本征半导体,Intrinsic Semiconductor,绝对温度 T= 0 K,1.1.1 本征半导体,Intrinsic Semiconductor,二、热激发,1.自由电子空穴对,1.1.1 本征半导体,电子,空位,x2,x1,x1,x2,x3,x3,半导体区别于金属导体的一个重要特点:在半导体中有自由电子和空穴两种载流子(carriers)。,结论：,2.空穴的导电作用,3.本征载流子浓度(intrinsic carrier concentrations),1.1.1 本征半导体,Intrinsic Semiconductor,本征半导体中虽然存在两种载流子，但因本征载流子的浓度很低，所以总的来说导电能力很差。,结论1：,本征半导体载流子浓度随着温度的升高，增加较快，因此与温度密切相关。,结论2：,end,1.1.2 杂质半导体,Extrinsic Semiconductor,在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电特性发生显著变化。,掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。,N型半导体掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。,P型半导体掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。,1.1.2 杂质半导体,Extrinsic Semiconductor,1. N型半导体,在N型半导体中自由电子（Negative）是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子,由本征激发形成。,1.1.2 杂质半导体,Extrinsic Semiconductor,1.1.2 杂质半导体,Extrinsic Semiconductor,2. P型半导体,在P型半导体中空穴(Positive)是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子， 由本征激发形成。,1.1.2 杂质半导体,Extrinsic Semiconductor,1.1.2 杂质半导体,Extrinsic Semiconductor,N型,P型,杂质半导体中载流子来源于两个方面： 一是由本征激发产生的自由电子空穴对； 另一方面是用掺杂的方法，由杂质原子提供的自由电子（ N型）或空穴（ P型）。,end,总结：,1.1.3 漂移和扩散电流,Drift and Diffusion Currents,一、漂移电流(drift currents),1.1.3 漂移和扩散电流,Drift and Diffusion Currents,二、扩散电流(diffusion currents ),在一块本征半导体的两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。,Semiconductor Materials and Properties,1.1 半导体材料及其特性,小 结,本征半导体、杂质半导体,自由电子、空穴,N型半导体、P型半导体,多数载流子、少数载流子,end,漂移电流、扩散电流,