自由电子的定向运动形成了电子电流,空穴的定向运动也可形成空穴电流,因此,在半导体中有自由电子和空穴两种承载电流的粒子(即载流子),这是半导体的特殊性质。空穴导电的实质是:相邻原子中的价电子(共价键中的束缚电子)依次填补空穴而形成电流。由于电子带负电,而电子的运动与空穴的运动方向相反,因此认为空穴带正电。 5、杂质半导体
掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。杂质半导体是半导体器件的基本材料。在本征半导体中掺入五价元素(如磷),就形成N型(电子型)半导体;掺入三价元素(如硼、镓、铟等)就形成P型(空穴型)半导体。杂质半导体的导电性能与其掺杂浓度和温度有关,掺杂浓度越大、温度越高,其导电能力越强。
在N型半导体中,电子是多数载流子,空穴是少数载流子。
多子(自由电子)的数量=正离子数+少子(空穴)的数量 在P型半导体中,空穴是多数载流子,电子是少数载流子。
多子(空穴)的数量=负离子数+少子(自由电子)的数量
6、PN结的形成及其单向导电性
半导体中的载流子有两种有序运动:载流子在浓度差作用下的扩散运动和电场作用下的漂移运动。同一块半导体单晶上形成P型和N型半导体区域,在这两个区域的交界处,当多子扩散与少子漂移达到动态平衡时,空间电荷区(亦称为耗尽层或势垒区)的宽度基本上稳定下来,PN结就形成了。
当P区的电位高于N区的电位时,称为加正向电压(或称为正向偏置),此时,PN结导通,呈现低电阻,流过mA级电流,相当于开关闭合;
当N区的电位高于P区的电位时,称为加反向电压(或称为反向偏置),此时,PN结截止,呈现高电阻,流过μA级电流,相当于开关断开。
PN结是半导体的基本结构单元,其基本特性是单向导电性:即当外加电压极性不同时,PN结表现出截然不同的导电性能。
PN结加正向电压时,呈现低电阻,具有较大的正向扩散电流;PN结加反向电压时,呈现高电阻,具有很小的反向漂移电流。这正是PN结具有单向导电性的具体表现。 7、PN结伏安特性
T
i IS e 1
PN结伏安特性方程:
i ISe当u>0且u >>UT时,
当u<0且︱u︱>>UT时,
T
式中:Is为反向饱和电流;UTT=300K时,UT≈26mV u
,伏安特性呈非线性指数规律;
i IS 0,电流基本与u无关;由此亦可说明PN结具有
单向导电性能。
PN结的反向击穿特性:当PN结的反向电压增大到一定值时,反向电流随电压数值的增加而急剧增大。PN结的反向击穿有两类:齐纳击穿和雪崩击穿。无论发生哪种击穿,若对其电流不加以限制,都可能造成PN结的永久性损坏。 8、PN结温度特性
当温度升高时,PN结的反向电流增大,正向导通电压减小。这也是半导体器件热稳定性差的主要原因。 9、PN结电容效应