半导体导体绝缘体含义
半导体导体绝缘体含义 2.1.1 概念 根据物体导电能力(电阻率)的不同,来划分导体、绝缘体和半导体。 1. 导体:容易导电的物体。如:铁、铜等 2. 绝缘体:几乎不导电的物体。如:橡胶等 3. 半导体:半导体是导电性能介于导体和半导体之间的物体。在一定条件下可导电。 半导体的电阻率为10-3~109 Ω·cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。 半导体特点: 1) 在外界能源的作用下,导电性能显著变化。光敏元件、热敏元件属于此类。 2) 在纯净半导体内掺入杂质,导电性能显著增加。二极管、三极管属于此类。 2.1.2 本征半导体 1.本征半导体——化学成分纯净的半导体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%,常称为“九个9”。它在物理结构上呈单晶体形态。电子技术中用的最多的是硅和锗。 硅和锗都是4价元素,它们的外层电子都是4个。其简化原子结构模型如下图: 外层电子受原子核的束缚力最小,成为价电子。物质的性质是由价电子决定的 。 外层电子受原子核的束缚力最小,成为价电子。物质的性质是由价电子决定的 。 2.本征半导体的共价键结构 本征晶体中各原子之间靠得很近,使原分属于各原子的四个价电子同时受到相邻原子的吸引,分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。共价键中的价电子为这些原子所共有,并为它们所束缚,在空间形成排列有序的晶体。如下图所示: 硅晶体的空间排列与共价键结构平面示意图 3.共价键 共价键上的两个电子是由相邻原子各用一个电子组成的,这两个电子被成为束缚电子。束缚电子同时受两个原子的约束,如果没有足够的能量,不易脱离轨道。因此,在绝对温度T=0°K(-273°C)时,由于共价键中的电子被束缚着,本征半导体中没有自由电子,不导电。只有在激发下,本征半导体才能导电 4.电子与空穴 当导体处于热力学温度0°K时,导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时,价电子能量增高,有的价电子可以挣脱原子核的束缚,而参与导电,成为自由电子。这一现象称为本征激发,也称热激发。 自由电子产生的同时,在其原来的共价键中就出现了一个空位,原子的电中性被破坏,呈现出正电性,其正电量与电子的负电量相等,人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。 电子与空穴的复合 可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的,称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去,称为复合,如图所示。本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。 空穴的移动 由于共价键中出现了空穴,在外加能源的激发下,邻近的价电子有可能挣脱束缚补到这个空位上,而这个电子原来的位置又出现了空穴,其它电子又有可能转移到该位置上。这样一来在共价键中就出现了电荷迁移—电流。 |