本征半导体

1.1 半导体基础知识
一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的伏安特性 五、PN结的电容效应
一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？ 、什么是半导体？什么是本征半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体－－ －－铁 铜等金属元素等低价元素， 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等， －－惰性气体 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强， 子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。 半导体－－ －－硅 ）、锗 ），均为四价元素 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原 ）、 ），均为四价元素， 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体 是纯净的晶体结构的半导体。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。 无杂质 稳定的结构
为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？ 为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？
半导体的导电机理不同于其它物质， 半导体的导电机理不同于其它物质，所以它 的导电机理不同于其它物质 具有不同于其它物质的特点。例如： 具有不同于其它物质的特点。例如： 当受外界热和光的作用时， 当受外界热和光的作用时， 它的导电能力明显变化。 它的导电能力明显变化。
说明： 说明：
PN 结总的结电容 Cj 包括势垒电容 Cb 和扩散电容 Cd 两部分。 两部分。 一般来说，当二极管正向偏置时， 一般来说，当二极管正向偏置时，扩散电容起主要 作用，即可以认为 Cj ≈ Cd； 作用， 当反向偏置时，势垒电容起主要作用， 当反向偏置时，势垒电容起主要作用，可以认为 Cj ≈ Cb。 Cb 和 Cd 值都很小，通常为几个皮法 ~ 几十皮法， 值都很小， 几十皮法， 有些结面积大的二极管可达几百皮法。 有些结面积大的二极管可达几百皮法。

一、本征半导体的导电特性1.导体、绝缘体和半导体自然界中的物质从其电结构和导电性能上区分，可分为导体、绝缘体和半导体。

如金、银、铜、铝、铁等金属材料很容易导电，我们称它们为导休。

导体的电阻率小于10-6cm。

如陶瓷、云母、塑料、橡胶等物质很难导电，我们称它们为绝缘体。

绝缘体的电阻率大于108cm。

有一类物质，如硅、锗、硒、硼及其一部分化合物等，它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，故称之为半导体。

半导体的电阻率在10-6～108之间。

众所周知，导体具有良好的导电性，绝缘体具有良好的绝缘性，它们都是很好的电工材料。

我们用导体制成电线，用绝缘体来防止电的浪费和保障安全。

而半导体却在很长时间被人们所不齿，因为它的导电性能不好，绝缘性能又差。

然而它的不公正待遇随着人们对它所产生的愈来愈浓厚的兴趣消失了，它终于登上了大雅之堂！这是为什么呢？这是因为它具有一些可以被人们所利用的奇妙特性。

半导体在不同情况下，导电能力会有很大差别，有时犹如导体。

在什么情况下呢？①掺杂：在纯净的半导体中适当地掺入极微量（百万分之一）的杂质，就可以引起其导电能力成百万倍的增加。

②温度：当温度稍有变化，半导体的导电能力就会有显著变化。

如温度稍有增高，半导体的电阻率就会显著减小。

同理光照也会影响半导体的导电能力。

2.本征半导体的原子结构本征半导体——非常纯净且原子排列整齐的半导体。

（纯度约为99.999999999%。

即杂质含量为10的9次方分之一。

）硅原子一14个带负电的电子围绕带正电的原子核运动，并按一定的规律分布在三层电子轨道上。

锗原子一32个带负电的电子围绕带正电的原子核运动，并按一定的规律分布在四层电子轨道上。

由于原子核带正电与电子电量相等，正常情况下原子呈中性。

由于内层电子受核的束缚较大，很少有离开运动轨道的可能。

所以它们和原子核一起组成惯性核。

外层电子受原子核的束缚较小。

叫做价电子。

硅、锗都有四个价电子，故都是四价元素，其简化图见电子课件。

半导体基础知识（详细篇）2.1.1概念根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。

1.导体：容易导电的物体。

如：铁、铜等2.绝缘体：几乎不导电的物体。

如：橡胶等3.半导体：半导体是导电性能介于导体和半导体之间的物体。

在一定条件下可导电。

半导体的电阻率为10-3～109Ω·cm。

典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。

半导体特点：1)在外界能源的作用下，导电性能显著变化。

光敏元件、热敏元件属于此类。

2)在纯净半导体内掺入杂质，导电性能显著增加。

二极管、三极管属于此类。

2.1.2本征半导体1.本征半导体本征半导体——化学成分纯净的半导体。

制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。

它在物理结构上呈单晶体形态。

电子技术中用的最多的是硅和锗。

硅和锗都是4价元素，它们的外层电子都是4个。

其简化原子结构模型如下图：外层电子受原子核的束缚力最小，成为价电子。

物质的性质是由价电子决定的。

2.本征半导体的共价键结构本征晶体中各原子之间靠得很近，使原分属于各原子的四个价电子同时受到相邻原子的吸引，分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。

共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。

如下图所示：硅晶体的空间排列与共价键结构平面示意图3.共价键共价键上的两个电子是由相邻原子各用一个电子组成的，这两个电子被成为束缚电子。

束缚电子同时受两个原子的约束，如果没有足够的能量，不易脱离轨道。

因此，在绝对温度T=0°K（-273°C）时，由于共价键中的电子被束缚着，本征半导体中没有自由电子，不导电。

只有在激发下，本征半导体才能导电。

4.电子与空穴本征激发电子与空穴的产生当导体处于热力学温度0°K时，导体中没有自由电子。

当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。

在了解本征层之前，我们先来了解本征得意思。

本征二字顾名思义，就是本身的特征！比如在半导体中，本征半导体的意思是纯净无杂质的半导体。

如果在半导体晶体结构中有杂质则就不能成为本征半导体。

本征半导体本征半导体（intrinsic semiconductor)）完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。

但实际半导体不能绝对的纯净，此类半导体称为杂质半导体。

本征半导体一般是指其导电能力主要由材料的本征激发决定的纯净半导体。

更通俗地讲，完全纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体或I型半导体。

主要常见代表有硅、锗这两种元素的单晶体结构。

特点:电子浓度=空穴浓度，随着温度的升高，其浓度基本上是按指数规律增长的。

（掺杂的半导体，在一定条件下（例如高温下）也可以具有本征半导体特点。

）缺点:载流子少，导电性差，温度稳定性差！在绝对零度温度下，本征半导体的价带（valence band）是满带复合导带中的电子会落入空穴，使电子－空穴对消失，称为复合（recombination）。

复合时产生的能量以电磁辐射（发射光子photon）或晶格热振动（发射声子phonon）的形式释放。

在一定温度下，电子－空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，此时本征半导体具有一定的载流子浓度，从而具有一定的电导率。

加热或光照会使半导体发生热激发或光激发，从而产生更多的电子－空穴对，这时载流子浓度增加，电导率增加。

半导体热敏电阻和光敏电阻等半导体器件就是根据此原理制成的。

常温下本征半导体的电导率较小，载流子浓度对温度变化敏感，所以很难对半导体特性进行控制，因此实际应用不多。

太阳电池的发射区、本征层？发射区就是注入载流子的区，一般为高掺杂区，除此以外就是本征区和收集区了，本征层就是没有掺杂的区域，你可以看看施敏写的半导体器件这本书，比较基础。

PN结与PIN结的区别？PN结和PIN结是两种最基本的器件结构，也是两种重要的二极管。

从结构和导电机理上来说，它们有许多共同点，但是也存在不少的差异。