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半导体材料很多,按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。
锗和硅是较常用的元素半导体;化合物半导体包括3-5族化合物(砷化镓、磷化镓等)、2-6族化合物(硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由3-5族化合物和2-6族化合物组成的固溶体(镓铝砷、镓砷磷等)。
除上述晶态半导体外,还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。
半导体(东北方言):意指半导体收音机,因收音机中的晶体管由半导体材料制成而得名。
本征半导体
不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。
在极低温度下,半导体的价带是满带(见能带理论),受到热激发后,价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带,空带中存在电子后成为导带,价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位,称为空穴。
导带中的电子和价带中的空穴合称电子-空穴对,均能自由移动,即载流子,它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流,分别称为电子导电和空穴导电。
这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。
导带中的电子会落入空穴,电子-空穴对消失,称为复合。
复合时释放出的能量变成电磁辐射(发光)或晶格的热振动能量(发热)。
在一定温度下,电子-空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡,此时半导体具有一定的载流子密度,从而具有一定的电阻率。
温度升高时,将产生更多的电子-空穴对,载流子密度增加,电阻率减小。
无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大,实际应用不多。
功能特点
半导体五大特性∶电阻率特性,导电特性,光电特性,负的电阻率温度特性,整流特性。
在形成晶体结构的半导体中,人为地掺入特定的杂质元素,导电性能具有可控性。
在光照和热辐射条件下,其导电性有明显的变化。
晶格:晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵,称为晶格。
共价键结构:相邻的两个原子的一对最外层电子(即价电子)不但各自围绕自身所属的原子核运动,而且出现在相邻原子所属的轨道上,成为共用电子,构成共价键。
自由电子的形成:在常温下,少数的价电子由于热运动获得足够的能量,挣脱共价键的束缚变成为自由电子。
空穴:价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。
电子电流:在外加电场的作用下,自由电子产生定向移动,形成电子电流。
空穴电流:价电子按一定的方向依次填补空穴(即空穴也产生定向移动),形成空穴电流。
本征半导体的电流:电子电流+空穴电流。
自由电子和空穴所带电荷极性不同,它们运动方向相反。
载流子:运载电荷的粒子称为载流子。
导体电的特点:导体导电只有一种载流子,即自由电子导电。
本征半导体电的特点:本征半导体有两种载流子,即自由电子和空穴均参与导电。
本征激发:半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。
复合:自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴,使两者同时消失,这种现象称为复合。
动态平衡:在一定的温度下,本征激发所产生的自由电子与空穴对,与复合的自由电子与空穴对数目相等,达到动态平衡。
载流子的浓度与温度的关系:温度一定,本征半导体中载流子的浓度是一定的,并且自由电子与空穴的浓度相等。
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