1、
半导体基础
本节以三种最为通用的半导体：锗(ce)、硅(si)和砷化镓(GaAs)半导体为例，简明地介绍构筑半导体器件模型的基本
模块，特别是PN结的作用。
如右图(a)原理性地给出了纯硅的键价结构：每个硅原子有4个价电子与相邻原子共享，形成4个共价键。其中有一价键热分离(T>0K)，造成一个空穴和一个运动电子。
A、当不存在热能时，即温度为绝对零度(T=0K或T=-273.150C) ，所有电子都束缚在对应原子上，半导体不导电。
B、当温度升高时，某些电子得到足够的能量，打破共价键并穿越禁带宽度Wg=Wc — Wv，如图b所示(在室温T＝300K，Si的带隙能为1.12ev，Ge为o.62ev，GaAs为1.42ev)。这些自由电子形成带负电的载流子，允许电流传导。
在半导体中，用n表示传导电子的浓度。当一个电子打破共价键，留下一个带正电的空位，后者可以被另一电子占据。这种形式的空位称为空穴，其浓度用p表示。
在图6.1(a)中图示了平面晶体布置示意图，
在图6.1(b)显示了等效能带图示，图中在价带Wv中产生一空穴，在导带Wc中产生——电子，两个带之间的带隙能为Wg。
当存在热能(T＞0K)时，电子和空穴穿过半导体晶格作无规运动。如果一电子正好碰到一空穴，两者即结合，荷电互相抵消。在热平衡状态下电子和空六的结合数与产生数是相等的。其浓度遵从费米(Fermi)统计而有：
二、掺杂半导体：
通过引入杂质原子可以引发半导体的电特性作较大的改变。这种过程称为掺杂。
1、 N型半导体：为获得N型掺杂(提供附加电子到导带)，所引入的原子较之原来在本征半导体晶格上的原子有更多的价电子。如：将磷(P)原子
移植到si内，就在中性晶格内提供了弱束缚电子，如右图（b)
由直觉看出：“额外”电子的能级比其余4个价电子的能级更接近导带。当温度上升到高于绝对零度时．这个弱自由电子从原子中分离出，形成自由负电荷，留下固定的磷正离子。这样，当仍保持电中性时，该原子施舍一个电子到导带，而价带中没有产生空穴。
由于在导带中有了更多的电子，结果就导致Fermi的增高。成为N型半导体，其中电子浓度nn和少数空穴浓度Pn有如下关系：
2、 P型半导体：现在考虑添加的杂质原子比构成本征半导体品格的原子有更少价电子的情况。这种类型的元素称为受主．例如对于si晶格，硼(B)就属于这种元素。
由图(c)（上页）可看出：共价键之一出现空六。这一空穴在能带隙中引入附加能态，其位置靠近价带。当温度从绝对零度向上升时，一些电子得到额外能量去占据空键，但其能量不足以越过禁带。这样，杂质原子将接受附加电子，形成净负电荷。在电子被移去的位置上将产生空穴，这些空穴可自由迁移，并对半导体中的传导电流作出贡献。用受主原子对半导体掺杂，就产生P型半导体。
反向馈电见图6．6(a)增加空间电荷区并阻断电流流动，只是由少数载流子(N型半导体中的空穴和P半导体中的电子)造成的漏电流。与此相反，正向馈电由于在N型半导体中注入额外的电子和在P型半导体中注入额外的空穴，而使空间电荷区缩小。为表述这些情况，必须对上面给出的方程(6.27)和方程(6.28)加以修改，用Vdiff-VA代替原式中的阻挡层电压Vdiff：
可看出：空间电荷区或是增大或是缩小取决于VA的极性。
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发表于 2022-1-27 18:00:00
