《材料的导电性》课件.ppt

1.本征半导体电学性能2.杂质半导体电学性能3.PN结的形成及特性材料的导电性能 二、电子导电二、电子导电（金属的导电性；半导体的电学性能）1.本征半导体电学性能（1）本征导电：导带中的电子导电和价带中的空穴导电同时存在。（2）本征半导体：载流子为导电电子、空穴，只由半导体晶格本身提供（热激发产生）。（3）热激发（本征激发）：外界作用(如热、光辐射)，则价带中的电于获得能量，可能跃迁到导带中去。导带中出现导电电子，价带中出现电子留下的空穴。本征半导体中，通过控制温度来控制载流子的数量及其导电性。在绝对零度时，所有的电子都处于价带，导带中的所有能级都是空的。当温度升高时，电子占据导带能级的可能性也增加，半导体的导电性也随之增加。半导体中的导电性与温度的这种关系刚好与金属相反。在金属中，导电性是随着温度升高而降低的。本征半导体中载流子的浓度随禁带宽度增加而迅速减少。（4）本征半导体载流子浓度1.本征半导体电学性能（5）电导率在实际应用中，本征半导体由于两种载流在实际应用中，本征半导体由于两种载流子的数量相等，显示不出它们彼此的特性。子的数量相等，显示不出它们彼此的特性。所以不能用来制作晶体管之类的电子器件。所以不能用来制作晶体管之类的电子器件。但是本征半导体对光、射线、温度的作用但是本征半导体对光、射线、温度的作用非常敏感，使半导体的载流子数量随之发非常敏感，使半导体的载流子数量随之发生明显变化，因此可用来制作一些探测器。生明显变化，因此可用来制作一些探测器。由于温度会影响本征半导体的导电性，所以很由于温度会影响本征半导体的导电性，所以很难严格控制本征半导体的性能。但是，如果在难严格控制本征半导体的性能。但是，如果在半导体材料中加入杂质，可以得到非本征半导半导体材料中加入杂质，可以得到非本征半导体。非本征半导体的导电性主要取决于添加的体。非本征半导体的导电性主要取决于添加的杂质原子的数量，而在一定温度范围内与温度杂质原子的数量，而在一定温度范围内与温度关系不大。关系不大。如果在硅或锗中添加的施主是像锑或磷一样如果在硅或锗中添加的施主是像锑或磷一样的的5价元素，那么锑或磷中的价元素，那么锑或磷中的4个价电子会参个价电子会参加共价键结合。富余的那个价电子有可能进加共价键结合。富余的那个价电子有可能进入导带，参加导电。向本征半导体提供电子入导带，参加导电。向本征半导体提供电子作为载流子的杂质元素称为施主。掺入了施作为载流子的杂质元素称为施主。掺入了施主杂质的非本征半导体以负电荷（电子）作主杂质的非本征半导体以负电荷（电子）作为载流子，所以称为为载流子，所以称为N（negative，表示负，表示负电荷的意思）型半导体。电荷的意思）型半导体。(1)N(1)N型半导体型半导体2.杂质半导体电学性能施主的富余价电子所处的杂质原子的电子能级低施主的富余价电子所处的杂质原子的电子能级低于半导体的导带。这个富余价电子并没有被施主于半导体的导带。这个富余价电子并没有被施主原子束缚得很紧，只要有一个很小的能量原子束缚得很紧，只要有一个很小的能量Ed就可就可以使这个电子进入导带。施主的这个价电子进入以使这个电子进入导带。施主的这个价电子进入导带后，不会在价带中产生空穴。随着温度的升导带后，不会在价带中产生空穴。随着温度的升高，越来越多的施主电子越过禁带高，越来越多的施主电子越过禁带Ed进入导带，进入导带，最后所有的施主的电子都进入导带，此时称为施最后所有的施主的电子都进入导带，此时称为施主耗尽。如果温度继续升高，电导率将维持一个主耗尽。如果温度继续升高，电导率将维持一个常量。在更高的温度下，才会出现本征半导体产常量。在更高的温度下，才会出现本征半导体产生的导电性。生的导电性。N型半导体结构N型半导体载流子浓度及电导率如果在硅或锗中添加的杂质是像镓（如果在硅或锗中添加的杂质是像镓（Ga）一样的）一样的3价价元素，没有足够的电子参与共价键的结合。如果价带元素，没有足够的电子参与共价键的结合。如果价带上的其他电子过来填充这个空穴，在价带上就会产生上的其他电子过来填充这个空穴，在价带上就会产生一个新的空穴，参加导电。向本征半导体提供空穴作一个新的空穴，参加导电。向本征半导体提供空穴作为载流子的杂质元素称为受主。掺入了受主杂质的非为载流子的杂质元素称为受主。掺入了受主杂质的非本征半导体以正电荷（空穴）作为载流子，所以称为本征半导体以正电荷（空穴）作为载流子，所以称为p（positive，表示正电荷的意思）型半导体。，表示正电荷的意思）型半导体。价带上的电子只有获得能量价带上的电子只有获得能量Ea，才能跃迁上去填充受，才能跃迁上去填充受主的空穴而在价带上产生空穴。价带上的空穴可以移主的空穴而在价带上产生空穴。价带上的空穴可以移动，传导电流。动，传导电流。(2)P型半导体型半导体P型半导体结构P型半导体载流子浓度及电导率本征半导体中的电子载流子和空穴载流子的本征半导体中的电子载流子和空穴载流子的数量相等，而非本征半导体中的电子载流子和数量相等，而非本征半导体中的电子载流子和空穴载流子的数量是不相等的。空穴载流子的数量是不相等的。非本征半导体中的由于杂质原子而形成的载非本征半导体中的由于杂质原子而形成的载流子称为多数载流子，虽然掺入的杂质原子的流子称为多数载流子，虽然掺入的杂质原子的数量与半导体原子数量相比只是少数。而本征数量与半导体原子数量相比只是少数。而本征半导体中由于热激发等产生的载流子称为少数半导体中由于热激发等产生的载流子称为少数载流子。载流子。(3)本征半导体和非本征半导体的主要区本征半导体和非本征半导体的主要区别别半导体热电仪。半导体的导电性与温度有关。半导体热电仪。半导体的导电性与温度有关。利用这一特性可以制成半导体热电仪，用于利用这一特性可以制成半导体热电仪，用于火灾报警器。火灾报警器。压力传感器。能带结构和禁带结构与材料中压力传感器。能带结构和禁带结构与材料中的原子之间的距离有关。处于高压下的半导的原子之间的距离有关。处于高压下的半导体材料，其原子间距离变小，禁带也随之变体材料，其原子间距离变小，禁带也随之变小，电导率增大。所以通过测量电导率的变小，电导率增大。所以通过测量电导率的变化，就可以测量压力。化，就可以测量压力。(4)半导体的应用半导体的应用 PN结阻挡层的形成过程3.PN结的形成及特性p-n结的伏安特性结的伏安特性 p-n结的整流效应结的整流效应 P-N结的反向击穿结的反向击穿 在在P-N结处于反向偏压时，一般只有很小的结处于反向偏压时，一般只有很小的漏电流，这是由于热激发的少量电子和空穴漏电流，这是由于热激发的少量电子和空穴引起的。但是，如果反向偏压太大，通过引起的。但是，如果反向偏压太大，通过P-N结的绝缘区的漏电流的载流子将会被大大结的绝缘区的漏电流的载流子将会被大大加速，从而激发出其他的载流子，导致在反加速，从而激发出其他的载流子，导致在反向偏压下也产生一个很大的电流。这种现象向偏压下也产生一个很大的电流。这种现象称为称为p-n结的反向击穿结的反向击穿 可以通过调节半导体掺杂和可以通过调节半导体掺杂和P-N结的结构结的结构来改变来改变P-N结的反向许可电压。当电路上结的反向许可电压。当电路上的电压超过反向许可电压时，的电压超过反向许可电压时，P-N结的反结的反向电流将迅速增加，其结果不仅有可能损向电流将迅速增加，其结果不仅有可能损坏坏P-N结，也会对电路的其他部分产生影结，也会对电路的其他部分产生影响。响。利用利用P-NP-N结的反向电流特性制备稳压二极管结的反向电流特性制备稳压二极管或齐纳（或齐纳（Zener）二极管，可以用来保护）二极管，可以用来保护电路不受突然出现的过高电压的危害。电路不受突然出现的过高电压的危害。