半导体：本征、P型、N型

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。

P型和N型半导体P型和N型半导体如果杂质是周期表中第Ⅲ族中的⼀种元素──受主杂质，例如硼或铟，它们的价电⼦带都只有三个电⼦，并且它们传导带的最⼩能级低于第Ⅳ族元素的传导电⼦能级。

因此电⼦能够更容易地由锗或硅的价电⼦带跃迁到硼或铟的传导带。

在这个过程中，由于失去了电⼦⽽产⽣了⼀个正离⼦，因为这对于其它电⼦⽽⾔是个“空位”，所以通常把它叫做“空⽳”，⽽这种材料被称为“P”型半导体。

在这样的材料中传导主要是由带正电的空⽳引起的，因⽽在这种情况下电⼦是“少数载流⼦”。

如图1所⽰。

N型半导体如果掺⼊的杂质是周期表第V族中的某种元素──施主杂质，例如砷或锑，这些元素的价电⼦带都有五个电⼦，然⽽，杂质元素价电⼦的最⼤能级⼤于锗（或硅）的最⼤能级，因此电⼦很容易从这个能级进⼊第Ⅳ族元素的传导带。

这些材料就变成了半导体。

因为传导性是由于有多余的负离⼦引起的，所以称为“N”型。

也有些材料的传导性是由于材料中有多余的正离⼦，但主要还是由于有⼤量的电⼦引起的，因⽽（在N型材料中）电⼦被称为“多数载流⼦”。

如图2所⽰。

P型和N型半导体的应⽤由P型半导体或N型半导体单体构成的产品有热敏电阻器、压敏电阻器等电阻体。

由P型与N型半导体结合⽽构成的单结半导体元件，最常见的是⼆极管；此外，FET也是单结元件。

PNP或NPN以及形成双结的半导体就是晶体管。

（1）⽤于LEDLED在20世纪60年代诞⽣后就被认定是荧光灯管、灯泡等照明设备的终结者，甚⾄有⼈认为LED将会开创⼀个新的照明时代，最终出现在所有需要照明的场合。

LED的⼯作原理和我们常见的⽩炽灯、荧光灯完全不同，LED从本质上来说是⼀种半导体器件。

LED的核⼼部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶⽚，在P型半导体和N型半导体的交界⾯就会出现⼀个具有特殊导电性能的薄层，也就是常说的PN结(PN Junction Transistors)。

PN结可以对P型半导体和N型半导体中多数载流⼦的扩散运动产⽣阻⼒，当对PN结施加正向电压时，电流从LED的阳极流向阴极，⽽在PN结中少数载流⼦与多数载流⼦进⾏复合，多余的能量就会转变成光⽽释放出来。

共有化运动:在半导体中，由于原子之间的相互作用，电子不再局限于某个原子，而是可以在整个晶体中自由运动的现象能带特点：分裂的每一个能带称为允带。

允带间的能量范围称为禁带内层原子受到的束缚强，共有化运动弱，能级分裂小，能带窄，外层原子受束缚弱，共有化运动强，能级分裂明显，能带宽价带是指晶体中最低能量的，能带其中的电子通常被束缚在原子或分子中，不能自由移动导带是指晶体中能量较高的，能带其中的电子可以自由移动并参与导电禁带是指晶体中价带和导带之间的能量区域，其中不存在允许的电子能量状态允带是指晶体中允许电子存在的能量状态所组成的能带本征激发：价带上的电子被激发成为准自由电子，即价带电子激发成为导带电子的过程有效质量体现了晶格周期性势场的影响能带底部的有效质量大于零，能带顶部的有效质量小于零有效质量具有方向性能带宽，有效质量小，能带窄，有效质量大空穴:半导体中，由于电子的运动而形成的空位满带中的电子不导电施主杂质:为半导体材料提供导电电子的杂质受主杂质:为半导体材料提供导电空穴的杂质杂质电离:价电子脱离杂质原子成为自由电子的过程施主能级：被失主杂质束缚的电子的能量状态（多余电子的杂质能级）受主能级:被受主杂质所束缚的空穴的能量状态(多余空穴的杂质能级)N型半导体:依靠导带电子导电的半导体P型半导体:依靠空穴导电的半导体浅能级杂质:施主或受主能级离导带底或价带顶很近,杂质电离能很小深能级杂质:杂质电离能大,施主能级远离导带底,受主能级远离价带顶。

杂质的补偿作用：半导体中同时存在施主杂质和受主杂质时，施主杂质和受主杂质之间有相互抵消的作用ND＞NA，ND-NA为有效施主浓度ND＜NA，NA-ND为有效受主浓度弗伦克尔缺陷:间隙，原子和空位是成对出现的肖特基缺陷:只在晶体内形成空穴而无间隙原子空穴和替位原子都是点缺陷位错是线缺陷状态密度:在能带中能量E附近，每单位能量间隔内的量子态数有效质量大的能带状态密度大费米分布函数f（E）:描述每个量子态被电子占据的几率随E的变化，f（E）＝1/［1+exp（（E-EF）/k0T）］费米能级EF是系统的化学势：指温度为绝对零度时固体能带中充满电子的最高能级载流子的复合:电子从高能量的量子态跃迁到低能量的量子态，并向晶格放出一定能量，从而使导带中的电子和价带中的空穴不断减少热平衡状态:在一定的温度下，电子从低能量的量子态跃迁到高能量的量子状态及电子从高能量的量子态跃迁到低能量的量子态这两个相反过程之间建立起动态平衡。

半导体技术名词解释题1、半导体：半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。

2、本征半导体：本征半导体是完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体。

3、直接带隙半导体：直接带隙半导体是导带底和价带顶在k空间中处于同一位置的半导体。

4、间接带隙半导体：间接带隙半导体材料导带底和价带顶在k空间中处于不同位置。

5、极性半导体：在共价键化合物半导体中，含有离子键成分的半导体为极性半导体。

6、能带、允带、禁带：当N个原子相互靠近结合成晶体后，每个电子都要受到周围原子势场的作用，其结果是每个N度简并的能级都分裂成N个彼此相距很近的能级，这N个能级组成一个能带。

此时电子不再属于某个原子而是在晶体中做共有化运动，分裂的每个能带都称为允带，允带包含价带和导带两种。

允带间因为没有能级称为禁带。

7、半导体的导带：半导体的导带是由自由电子形成的能量空间。

即固体结构内自由运动的电子所具有的能量范围。

8、半导体的价带：价带是指半导体或绝缘体中，在0K时能被电子占满的最高能带。

9、禁带宽度：禁带宽度是指导带的最低能级和价带的最高能级之间的能。

10、带隙：带隙是导带的最低点和价带的最高点的能量之差。

11、宽禁带半导体材料：一般把禁带宽度E g≥ 2.3 eV的半导体材料归类为宽禁带半导体材料。

12、绝缘体的能带结构：绝缘体中导带和价带之间的禁带宽度比较大，价带电子难以激发并跃迁到导带上去，导带成为电子空带，而价带成为电子满带，电子在导带和价带中都不能迁移。

13、杂质能级：杂质能级是指半导体材料中的杂质使严格的周期性势场受到破坏，从而有可能产生能量在带隙中的局域化电子态,称为杂质能级。

14、替位式杂质：杂质原子进入半导体硅以后，杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处，称为替位式杂质。

15、间隙式杂质：杂质原子进入半导体以后，杂质原子位于晶格原子间的间隙位置，称为间隙式杂质。

16、施主杂质比晶格主体原子多一个价电子的替位式杂质，它们在适当的温度下能够释放多余的价电子，从而在半导体中产生非本征自由电子并使自身电离。

n型半导体和p型半导体是半导体物理学中常见的两种类型。

它们在电子学和光电子学中具有重要的应用，因此对它们的性质和特性进行深入的研究具有重要意义。

在这篇文章中，将重点探讨n型半导体和p型半导体的极化曲线，以帮助读者更好地理解它们的特性。

1. n型半导体的极化曲线n型半导体是指在其晶格中掺入了杂质，使得半导体材料中存在着很多自由电子。

在n型半导体的极化曲线中，我们可以看到电子的浓度随着温度的升高而增加，而电子迁移率随着温度的升高而减小。

这是由于温度升高会导致半导体晶格振动增强，影响了电子的迁移能力。

在n型半导体的极化曲线中，我们还可以观察到在低温下，电子迁移率呈线性增加，而在高温下呈指数减小。

这一现象与半导体中电子-声子相互作用有关。

2. p型半导体的极化曲线p型半导体是指在其晶格中掺入了杂质，使得半导体材料中存在着很多空穴。

在p型半导体的极化曲线中，空穴的浓度随着温度的升高而增加，而空穴迁移率随着温度的升高而减小。

这也是由于温度升高会导致半导体晶格振动增强，影响了空穴的迁移能力。

与n型半导体类似，p型半导体的极化曲线中也可以观察到在低温下，空穴迁移率呈线性增加，而在高温下呈指数减小。

3. n型半导体和p型半导体的比较在比较n型半导体和p型半导体的极化曲线时，我们可以发现它们在电子迁移率和空穴迁移率方面存在一些明显的差异。

在n型半导体中，电子迁移率通常比空穴迁移率高，而在p型半导体中，空穴迁移率通常比电子迁移率高。

这一差异与半导体材料的本征性质有关，即n型半导体中电子是主要载流子，而p型半导体中空穴是主要载流子。

4. 应用对n型半导体和p型半导体的极化曲线进行深入的研究可以为半导体器件的设计和制造提供重要的参考。

在太阳能电池中，了解n型半导体和p型半导体的极化曲线可以帮助优化器件的性能和效率。

在光电子器件中，了解这些曲线也可以帮助设计更高性能的半导体激光器和光电探测器。

总结n型半导体和p型半导体的极化曲线是研究半导体材料特性和应用的重要工具。

怎么判断p型和n型半导体
P型半导体和N型半导体可以通过以下两种方式进行区分：
1.根据原理区分：P型半导体中的多数载流子是空穴，而N型
半导体中的多数载流子是自由电子。

由于P型半导体中的空穴浓度大，而N型半导体中的自由电子浓度大，因此P型半导体中的电子很容易被空穴补充，形成电流，而N型半导体中的自由电子很难被空穴补充，形成电流。

2.根据电流关系区分：由于P型半导体中的空穴浓度大，电子很容易被空穴补充而形成电流；而N型半导体中的自由电子浓度大，自由电子很难被空穴补充而形成电流。

因此，通过观察两种半导体之间的电流关系，也可以区分出P型半导体和N型半导体。

请注意，以上两种方法都需要一定的专业知识和实验技能才能准确判断。

如果您对半导体材料不熟悉，建议咨询专业人士或参考相关书籍和资料。