BBIN半导体基础知识

　　导体－－银、铜、铁、铝等金属元素，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。

　　绝缘体－－皮革、干燥的木头、惰性气体、橡胶等材料，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，一般强度的电场，不会形成电流（或者非常微弱），只有在外电场强到一定程度时才可能导电。

　　半导体－－硅（Si）、锗（Ge）等材料，均为四价元素，它们原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：是指完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体，一般是指其导电要由材料的本征激发决定的纯净半导体。它在物理结构上有多晶体和单晶体两种形态，制造半导体器件必须使用单晶体（材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”）。单晶体不但纯度高，在晶格结构上也是没有缺陷的，用这样的单晶体制造的器件才能保证质量。

　　典型的本征半导体有硅(Si)、锗(Ge)及砷化镓(GaAs)等。特点：纯净、无杂质（不掺杂）；结构稳定。

　　但是共价键中的电子并不像绝缘体中的电子结合的那样紧，由于能量激发（如光照、温度变化），一些电子就能挣脱原有的束缚而成为自由电子。与此同时，某处共价键中失去一个电子，相应地就留下一个空位，称为空穴。自由电子和空穴总是成对出现的。

　　一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定，能够达到动态平衡；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大，达到新的平衡。

　　当给本征半导体材料外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数目很少，故导电性很差。

　　在四价的本征半导体材料中掺入五价的磷（P）、砷、锑。自由电子成为多数载流子。N型半导体主要依靠自由电子导电

　　由于N型半导体中正电荷量与负电荷量相等，故N型半导体呈电中性。自由电子主要由杂质原子提供，空穴由热激发形成。掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度就越高，导电性能就越强。

　　以带正电的空穴导电为主的半导体。“P”表示正电的意思，取自英文Positive的第一个字母。

　　在四价的本征半导体材料中掺入三价的硼（B）。空穴成为多数载流子。P型半导体主要依靠空穴导电。

　　由于P型半导体中正电荷量与负电荷量相等，故P型半导体呈电中性。空穴主要由杂质原子提供，自由电子由热激发形成。掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能就越强。

　　杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。

　　在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少子与多子变化的数目相同吗？少子与多子浓度的变化相同吗？

　　随着温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，材料的导电性增强。载流子密度会随温度变BBIN bbin化而变化，导致电学性能变化。少子浓度受温度影响变化倍数更多，例如本身100电子1空穴，增加了1电子1空穴，电子浓度几乎不变，空穴浓度翻倍了。

　　1.扩散运动：物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、固体均有这种现象。

　　扩散运动使的P区靠近接触面的空穴浓度降低、N区靠近接触面的自由电子浓度降低，从而产生一个内电场。

　　由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，内电场会阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、自由电子从P区向N 区运动。因内电场作用所产生的运动称为漂移运动。

　　当参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同时，达到动态平衡，在两种材料的结合部就形成了PN结（空间电荷区 耗尽层）。

　　耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。

　　耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流很小，故可近似认为其截止。

　　PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。

　　PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。

　　因为结电容的影响，如果外加电压频率高到一定程度，PN结将会失去单向导电性！