怎样看元件符号及电路图.docx
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1、半导体导电特性一、导体、绝缘体和半导体自然界的各种物质就其导电性能来说、可以分为导体、绝缘体和步等体三大类。导体具有乩好的导电特性,常温下,其内部存在着大量的自由电子,它们在外电场的作用下做定向运动形成较大的电流.因而导体的电阻率很小,只有IOJ1.Oacm金属一般为导体,如铜、铝、银等.绝缘体J1.乎不导电,如橡胶、陶及、塑料等。在这类材料中,几乎没有自由电子,即使受外电场作用也不会形成电流,所以,绝缘体的电阻率很大,在IoiOaE以上。半导体的导电实力介丁导体和绝缘体之间,如硅、铸、硒等,它们的电阻率通常在10JioKcm之间.半导体之所以得到广泛应用,是因为它的导电实力受掺杂、温度和光照
2、的影响特别显著.如纯净的半导体单晶硅在室温下电阻率约为214X1.P0.Cm,若按百万分之一的比例掺入少员杂版(如磷)后,其电阻率急剧下降为2X03Qcm,儿乎降低了百万倍.半导体具有这种性能的根本缘由在于半导体原子结构的特殊性.二、本征半导体的导电特性常用的半导体材料是维晶联(Si)和单晶铝(Ge)。所谓维晶,是指整块晶体中的原子按肯定规则整齐地排列着的晶体.特别纯净的单晶半导体称为本征半导体.KZO1.O1.ftffifS一、本征半导体的原子结构半导体铝和硅都是四价元素,其原子结构示意图如图ZO1.o2所示。它们的最外层都有4个电了,带4个单位负电荷。通常把原子核和内层电了看作-个整体,称
3、为惯性核.如图ZOIO1.所示。惯性核带有4个单位正电荷.最外层有4个价电子带有4个中位负电荷,因此,整个原子为电中性。二、本征激发一般来说,共价键中的价电子不完全象绝缘体中价电子所受束缚那样强,假如能从外界获得肯定的能量(如光照、升温、电磁场激发等),一些价电了就可能摆脱共价键的束缚而成为自由电子。理论和试验表明:在常温(T=300K)下,硅共价键中的价电子只要获得大于电掰能氏(=1。IcV)的能盘便可激发成为自由电了.本征错的电离能更小,只有0。72eV。当共价键中的一个价电子受激发摆脱原子核的束缚成为自由电子的同时,在共价键中便留下了一个空位子,称为“空穴”.当空穴出现时,相邻原子的价电
4、子比较筒洁离开它所在的共价键而填补到这个空穴中来使该价电了原来所在共价键中出现个新的空穴,这个空穴乂可能被相邻原子的价电子填补,再出现新的空穴.价电子填补空穴的这种运动无论在形式上还是效果上都相当于带正电荷的空穴在运动.且运动方向及价电子运动方向相反.为了区分于自由电子的运动,把这种运动称为空穴运动,并把空穴看成是种带正点荷的我流子。J1.AU1.导体的具伶使蚣的及,孕体中的我2于:::电子一空穴对本征激发复合:当自由电子在运动过程中遇到空穴时可能会填充进去从而更原一个共价键,及此I可时消逝一个“电子一空穴”对,这一相反过程称为第合。动态平衡:在肯定温度条件下.产生的“电子一空穴对和更合的”电
5、子一空穴对1数量相等时,形成相对平衡,这种相对平衡属于动态平衡,达到动态平衡时“电子i空穴对“维持肯定的数目。因ZO1.02琏本征丰可见,在半导体中存在着自由电子和空穴两种簌流子.而金属导体中只有自由电子一种载流子,这也是半导体及导体导电方式的不同之处。三、杂质半导体的导电特性本征半导体的导电实力很弱,热稳定性也很差,因此,不宜干脆用它制造半导体器件。半导N型半导体因ZOIo3N型半导体体器件多数是用含有肯定数量的某种杂质的半导体制成,依据掺入杂财性后的不同,杂质半导体分为N型半导体和P型半导体两种.一、N型半导体在本征半导体硅(或铝)中掺入微量的5价元素,例如磷,则磷原子就取代/硅晶体中少量
6、:的硅原子,占据品格上的某些位理。如图ZO103所示。由图UJ见,璘原子球外层有5个价电子,其中4个价电子分别及邻近4个硅原了形成共价键结构.多余的I个价电子在共价键之外,只受到磷原子对它微弱的束缚,因此在室温下,即可获得摆脱束缚所须要的能儆而成为自由电子,游离于晶格之间.失去电子的磷原子则成为不能移动的正离子。璘原子由于可以释放1个电子而被称为施主原子,又称施主杂前。在本征半导体中每掺入1个磷原子就可产生1个自由电子,而本征激发产生的空穴的数目不变。这样,在掺入璘的半导体中,自由电子的数目就远远超过了空穴数目,成为多数羲流子(简称多于),空穴则为少数载流子(简称少子)0明显,参及导电的主要是
7、电子,故这种半导体称为电子型半导体,筒称N型半导体.二、P型半导体在本征半导体硅(或错)中,若掺入微量的3价元素,如硼,这时硼原子就取代了晶体中的少量硅原子,占据品格上的某些位置.,如图ZO104所示.由图可知.硼原子的3个价电子分别及其邻近的3个睢原子中的3个价电子组成完整的共价键,而及其相邻的另1个硅原子的共价键中则缺少I个电子,出现了1个空穴.这个空穴被旁边硅原子中的价电子来填充后,使3价的硼原子获得rI个电子而变成负离子。同时.邻近共价键上出现1个空穴,由于硼原子起若接受电子的作用,故称为受主原子,又称受主杂质在本征半导体中每掺入I个硼原子就可以供应I个空穴,当掺入肯定数量的硼原子时,
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