半导体与PN结的基础知识[1]VIP免费

半导体与PN结的基础知识浏阳市职业中专钟杏电子技术是研究电子器件、电子电路及其应用的科学，因此，学习电子技术，必须了解电子器件。电子器件的类型很多，目前使用得最广泛的是半导体器件——二极管、稳压管、晶体管、绝缘栅场效应管等。本章主要简单介绍这些器件的外部特性。也就是，介绍它们作为一个电路元件从其出线端表现出的电压、电流关系——技术上叫作“伏安特性”。半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。制造半导体器件的常用材料有半导体单晶硅（Si）或单晶锗（Ge）,这种由单一的硅或锗原子的价电子构成的晶体称为本征半导体。当半导体两端加上外电压时，半导体中将会出现电荷的两种运动方式，一种是带负电的自由电子在电场作用下作定向运动，形成电子电流。另一种是在电场作用下，有空穴的原子吸引相邻原子中的价电子填补这个空穴，同时，失去一个价电子的相邻原子的共价键结构被破坏，出现了另一个空穴，它也可以由相邻原子中的价电子来递补。如此类推，形成了空穴的递补。所以这种仍被原子核束缚的价电子递补空穴形成了空穴运动，称为空穴电流。在半导体中，同时存在着电子导电和空穴导电二种导电方式，这是半导体导电方式的显著特点，也是半导体和金属在导电原理上的本质区别。运载电荷的带电粒子称为载流子，在半导体中由于存在着电子电流和空穴电流两种导电方式，所以自由电子和空穴都是载流子。在本征半导体中，自由电子与空穴都是成对出现的，在通常情况下，本征半导体中的载流子的数量是极其微弱的，其导电能力很差。当温度增加，或受其他能量的激励（如光照）电子的运动加剧，载流子的数目增加，导电性能也就愈好，所以温度对半导体器件的性能影响很大。在本征半导体（如硅）中用扩散等工艺掺入少量的五价元素（如磷）一个磷原子外层有五个价电子，它在晶体中替代硅原子的位置后，四个价电子与硅原子的价电子形成共价键，多出的一个价电子不受共价键的束缚，它很可能被激发为自由电子，这样，晶体中将产生大量多余的自由电子，自由电子的浓度大大增加，导电能力大大提高。在掺有五价元素的半导体中，自由电子的数量很多，称为多数载流子；而空穴的数量很少，称为少数载流子，因而这种半导体材料中主要靠电子导电。以自由电子导电作为主要导电方式的半导体称为电子型半导体，简称为N型半导体。在本征半导体（如硅）中，当掺入了少量的三价元素(如硼)，晶体中的硼原子就替代硅原子，由于硼原子外层只有三个价电子，在与硅原子的价电子组成共价键时，将出现一个空穴。这时晶体中空穴的浓度大大增加，导电能力提高，在这种半导体中，空穴的浓度很大，所以空穴是多数载流子；自由电子的浓度很小，所以自由电子是少数载流子。因而这种掺有三价元素的半导体材料中，其导电方式主要是空穴导电，这种半导体称为空穴型半导体，简称为P型半导体。P型半导体和N型半导体，虽然都有一种多数载流子和一种少数载流子。但整个晶体仍是中性的，不带电。它们是各种半导体器件的基本组成部分。