半导体基础知识

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

基本的半导体器件主要有以下几种：pn结二极管，金属氧化物场效应晶体管（MOS）,双极晶体管（BJT）,结型场效应晶体管。pn结二极管结构：其中pn结二极管由n型半导体和p型半导体接触产生。工作原理：由于二者接触后产生由n型半导体指向p型半导体的内建电场，当外加电压由n型半导体指向p型半导体时进一步增强了其内建电场，因而其电流会很小，当外加电压由p型指向n型时，内建电场降低，电流可顺利通过pn结，形成单向导电的特性。MOS结构：主要由栅极，漏极及源极三部分构成。工作原理：通过栅极控制沟道载流子浓度实现对源极及漏极电流的控制。BJT结构：由发射极，基极，集电极构成。基本原理：通过控制发射极与基极之间的电压以及集电极与基电极之间的电压实现电流的放大，截至等效应。结型场效应晶体管：与MOS构成类似，不同点仅在于其栅极位于沟道的上下两侧。工作原理：上下栅极同时控制沟道的载流子浓度及沟道的宽度实现对电流的控制。

所谓半导体，是指其导通电流的能力不如金属那样好，但却又不如绝缘体那样差的物质。所谓“电流”实质就是这种自由电子在导线中的移动，由于电子带负电荷，故电子移动方向与电流方向相反，在图下中，电流从阳极流向阴极，电子当然从阴移向阳极，虽然多数国家(如日本、中国等>是这样规定电流方向的，也有些国外书籍，把电子移动方向约定为电流方向的。

半导体的种类有本征半导体，P型半导体，N型半导体，半导体工程学是基础，若不理解半导体工程学，就不能理解二极管，当然也不能完全理解晶体管和场效应管(FET)等半导体器件。(1)本征半导体，硅和锗都是半导体，而纯硅和锗(11个9的纯度)晶体称本征半导体，硅和锗为4价元素，其晶体结构稳定。

(2)P型半导体、P型半导体是在4价的本征半导体中混入了3价原子，极少量〈一千万份之一以下)的铟作成的晶体，由于3价原子进入4价原子中，因此作为晶体管结构就产生缺一个电子的部分，由于缺少电子，所以带正电，P型的“P”，正是取“Positive(正)”一词的第一个字母。

(3)N型半导体、若把5价的原子，砷混入4价的本征半导体中，会变得怎样？与上述相反，将产生多余1个电子状态的结晶，并显出带负电。这就是N型半导体，“N”便是从“Negative(负)”中取的第一个字母。

半导体器件种类、半导体虽然有本征半导体，N型半导体、P型半导体三类，但实际上只使用了P型和N型半导体，由P型半导体或N型半导体单体构成的产品，有热敏电阻器，正温度系数热敏电阻器、压敏电阻器等电阻体，由P型与N型半导体结合而构成的单结半导体元件，最常见的便是二极管，此外，FET也是单结元件，PNP或NPN以及形成双结的半导体元件就是晶体管，除单结、双结器件外，还有PNPN4层厂结构(如晶闸管)甚至也可形成NPNPN的5层结构。

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