半导体的导电特性(精)

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。

半导体的导电特性杂质电子与导电性的关系半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，其导电特性与其内部的杂质电子密切相关。

在本文中，我们将探讨半导体的导电特性与杂质电子之间的关系，并介绍几种常见的半导体杂质掺杂类型及其导电性质。

一、掺杂对半导体导电特性的影响1. 杂质掺杂半导体通过潜在的杂质掺杂，即将少量的外来原子引入到晶体中来增强其导电性能。

杂质可以是五价的磷或三价的硅，分别称为N型和P型半导体。

这些杂质原子与半导体晶体原子形成化学键，引入额外的电子或空穴，从而改变其导电特性。

2. N型半导体在N型半导体中，磷原子的外层电子多于硅原子，磷原子取代硅晶格位置时，五价的磷原子将共价键与四个硅原子形成。

多余的第五个电子不与任何原子形成共价键，形成自由电子。

这些自由电子在半导体中流动，使N型半导体具有较高的电导率。

3. P型半导体在P型半导体中，硅原子的外层电子少于磷原子，因此P型半导体通过三价的硅原子掺杂。

这些三价硅原子与晶体硅原子形成共价键，但又有一个缺少的共价键。

这个缺少的位置称为空穴，因此半导体内出现了正电荷。

在P型半导体中，空穴被认为是载流子，通过与自由电子的复合，有效地传导电流。

二、半导体杂质掺杂类型及导电性质1. N型半导体掺杂N型半导体通过掺杂五价元素，如磷或砷，增加了半导体中的自由电子数量。

这些自由电子可从禁带穿过，在半导体中导电。

N型半导体具有较高的电导率，适用于制造晶体管和发光二极管（LED）等电子器件。

2. P型半导体掺杂P型半导体通过掺杂三价元素，如硼或铝，增加了半导体中的空穴数量。

这些空穴可以吸收自由电子并传导电流。

P型半导体也用于制造晶体管和LED等器件，与N型半导体结合使用以形成PN结。

3. 绝缘体杂质掺杂当掺杂浓度过高时，半导体的导电性能可能会减弱或消失。

这种情况下，半导体可能会表现出绝缘体的性质，导电能力很低，不可实际应用。

三、总结半导体的导电特性与杂质电子的存在密切相关。

半导体的特性半导体是一种材料，具有介于导体和绝缘体之间的电导特性。

它在电子学和计算机科学领域有着广泛的应用，是现代科技产业的重要基础之一。

本文将探讨半导体的特性，并着重介绍三个方面：禁带宽度、载流子和PN结。

一、禁带宽度禁带宽度是指半导体材料中电子能级的分布情况。

具体而言，半导体的能带结构分为价带和导带两个能带，之间被称为禁带。

价带中填满了价电子，而导带中则存在自由电子。

禁带宽度是指这两个能带之间的能量差，以电子伏特（eV）为单位。

不同的半导体材料具有不同的禁带宽度。

常见的硅（Si）和锗（Ge）等有机半导体材料，其禁带宽度较小，大约为1至1.5 eV。

而氮化镓（GaN）等宽禁带半导体材料的禁带宽度较大，可达3至4 eV。

禁带宽度的大小直接影响着半导体的导电特性和应用范围。

二、载流子载流子是指半导体中在电场作用下可以运动的带电粒子。

在半导体中，主要存在两种类型的载流子：电子和空穴。

电子是负电荷载流子，它在外电场的作用下从价带跃迁至导带。

而空穴则是价带中被电子跃迁后留下的正电空位，它可以看作是电子的反粒子，具有正电荷。

半导体中的载流子浓度和移动性是半导体材料电子导电性能的关键因素。

纯度较高的半导体材料中，电子和空穴的浓度相等，处于热平衡状态。

但通过杂质掺杂等方法，可以引入额外的电子或空穴，从而改变载流子的浓度，使半导体具有特定的导电性能。

三、PN结PN结是半导体器件中最基本的结构之一，由n型半导体和p型半导体组成。

n 型半导体中的载流子主要是电子，在p型半导体中则主要是空穴。

PN结的形成是通过掺入不同的杂质实现的。

在PN结中，n型半导体与p型半导体之间存在着电场。

当PN结施加正向偏置电压时，电子从n区向p区运动，空穴则从p区向n区运动，形成电流。

这时，PN结处于导通状态。

而当施加反向偏置电压时，电子和空穴被阻止穿越PN结，电流几乎为零，此时PN结处于截止状态。

PN结的特性使其在半导体器件中起到重要的作用。

半导体和超导体的特点半导体和超导体是两种不同类型的材料，它们都在电子和能量传导方面具有很特殊的性质，下面详细介绍它们的特点。

一、半导体的特点1.导电特性：半导体能够在一定条件下表现出良好的导电性能，当半导体中的电子数目增加时，它的导电性能也会相应提升。

2.能带结构：半导体的能带结构独特，其中包含了价带和导带，两者之间有一个带隙。

在带隙范围内，半导体是难以导电的。

3.热激发：半导体可以通过热激发的方式将电子从价带中提取出来，然后进入导带中，使其导电。

4.杂质掺杂：通过掺杂一些杂质元素，可以使半导体导电性发生变化。

n型半导体是通过掺杂五价元素（如磷等）来实现，p型半导体是通过掺杂三价元素（如硼、铝等）来实现的。

5.少数载流子：与金属导电形式不同，半导体的导电是通过少数载流子来实现。

n型半导体电子是载流子，p型半导体空穴是载流子。

二、超导体的特点1.无电阻：超导体的最大特点就是展现出了无电阻状态，电流可以不受电阻和能量损失的限制自由流动。

2.零电阻带：当温度降到超导临界温度以下时，超导体可以形成一条零电阻带，这条带会对电磁波产生反射作用，并导致绕返波的出现。

3.鸣振波：超导体在过渡时通过鸣振波的形式来恢复电阻，当电流超管超过超导体的临界电流时，静态电场会引起振动，从而产生鸣振波。

4.磁场排斥作用：磁场对超导体具有排斥作用，在超导体中，磁场的介入会限制其超导性能。

5.临界温度：超导体的临界温度是它能够表现出超导性的最高温度。

对于高温超导体而言，它们的临界温度要高于-100°C，而对于低温超导体而言，它们的临界温度要低于-100°C。

总体而言，半导体和超导体都是一个致力于推动人类技术进步发挥重要作用的材料。

半导体广泛使用于半导体电子学、信息科技等领域，而超导体则在高速列车、轨道交通等领域有广泛的应用。

随着科技的不断进步，这些材料的应用前景也会更加广阔。

6-1 半导体二极管半导体元器件是现代电子技术的重要组成部分，是构成各种电子电路的核心，常用的半导体元器件有二极管、晶体管、场效应管等。

半导体元器件由半导体材料制成，因此，学习电子技术应首先了解半导体材料的特性，这将有助于对半导体元器件的学习、掌握和应用。

6-1-1 半导体的导电特性1. 半导体的导电机理导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体，这类材料大都是三、四、五价元素,主要有：硅、锗、磷、硼、砷、铟等，他们的电阻率在10-3～107欧.厘米。

绝对纯净的硅、锗、磷、砷、硼、铟叫做本征半导体。

（1）本征半导体及特点半导体材料的广泛应用，并不是因为它们的导电能力介于导体与绝缘体之间，而是它们具有一些重要特性：1）当半导体受到外界光和热的激发（本征激发）时，其导电能力发生显著的变化；2）若在本征半导体中加入微量的杂质（不同的本征半导体）后，其导电能力显著的增加；半导体的这些特点取决于这类物质的化学特性。

（2）半导体的共价键结构1)半导体的化合价物质的化学和物理性质都与物质的价电子数有密切的关系，半导体材料大都是三、四、五价元素。

硅、锗（四价）、磷、砷（五价）、硼、铟（三价）。

2)化学键物质化学键分离子键、共价键和金属键三种，半导体物质的化学键都属于共价键的晶体结构，同时它们的键长一般很长，故原子核对价电子的束缚力不象绝缘物质那样紧，当价电子获得一定的能量后，就容易挣脱原子核的束缚成为自由电子。

+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4可见半导体中的载流子有两种，即自由电子（●）和空穴(○)。

本征半导体的载流子是由本征激发而产生的，其自由电子与空穴是成对出现，即有一个自由电子，就一定有一个空穴，故称电子空穴对。

由于空穴带正电，容易吸引邻近的价电子来填补，从而形成了共有价电子的运动，这种运动无论从效果上，还是从现象上，都好象一个带正电的空穴在移动，它不同于自由电子的运动，故称之为空穴运动。

物质的导电是靠物体内带电粒子的移动而实现的，这种粒子称作载流子。

半导体导电特性及应用场合半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，具有特殊的导电特性。

其导电特性可以通过在半导体中夹杂少量杂质来调控。

半导体的电导率介于导体和绝缘体之间，在常温下表现为非常低的电导率，但在特定条件下可以被激活，表现出良好的导电特性。

半导体的导电特性与它的能带结构有关。

半导体的能带是指带电粒子（如电子）在固体内的能量分布规律，分为价带和导带。

在绝缘体中，价带与导带之间存在能隙，而在半导体中，价带和导带之间的能隙相对较小，只需通过少量外界能量就可以激发电子从价带跃迁到导带。

半导体导电特性的调控主要通过杂质掺入实现。

杂质分为施主和受主两类。

当掺入的杂质中含有多余的电子时，称为施主杂质，它们能够向价带贡献自由电子，从而增加半导体的导电性能。

常见的施主杂质有磷、砷等元素。

而当掺入的杂质中缺少电子时，称为受主杂质，它们能够捕获在半导体中自由运动的电子或产生缺电子的空穴，从而增加半导体的导电性能。

常见的受主杂质有硼、铟等元素。

半导体导电特性的调控也可以通过温度的改变来实现。

在室温下，半导体主要表现出绝缘体的导电性，但随着温度的升高，半导体中的载流子（电子或空穴）会增多，电导率也会增加。

当温度升高到一定程度时，半导体可以表现出导体的导电性。

半导体导电特性的应用场合非常广泛。

以下是一些常见的应用场合：1. 光电器件：半导体材料的带隙结构使其具有光电转换的特性，常用于光电二极管、太阳能电池、光导纤维等光电器件。

2. 半导体激光器：通过在半导体中施加电流，激发载流子跃迁，产生光子的辐射，实现激光的输出。

半导体激光器广泛应用于通信、医疗设备、材料加工等领域。

3. 半导体集成电路：半导体材料优异的导电特性和能带结构使其成为集成电路的核心材料。

集成电路是电子信息技术的重要基础，广泛应用于计算机、通信、电子设备等领域。

4. 半导体传感器：半导体材料对温度、压力、光强等物理量有敏感性，通过利用半导体材料的导电特性的变化来测量物理量的变化，实现传感功能。