越大越好。宽带隙
半导体,是指室温下带隙大于2.0电子伏特的半导体材料。从物理学上带隙越宽,其物理化学性质就越稳定,抗辐射性能越好,寿命越长,与此相对应,带隙宽的一个缺点是这种材料对太阳光的吸收较少,光电转换效率低。 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。当温度升高时,热运动加剧,挣脱共价键束缚的自由电子增多,空穴也随之增多(即载流子的浓度升高),导电性能增强;当温度降低,则载流子的浓度降低,导电性能变差。 结论:本征半导体的导电性能与温度有关。半导体材料性能对温度的敏感性,可制作热敏和光敏器件,又造成半导体器件温度稳定性差的原因。 杂质半导体:通过扩散工艺,在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素,可得到杂质半导体。 N型半导体:在纯净的硅晶体中掺入五价元素(如磷),使之取代晶格中硅原子的位置,就形成了N型半导体。 多数载流子:N型半导体中,自由电子的浓度大于空穴的浓度,称为多数载流子,简称多子。 少数载流子:N型半导体中,空穴为少数载流子,简称少子。 施子原子:杂质原子可以提供电子,称施子原子。 N型半导体的导电特性:它是靠自由电子导电,掺入的杂质越多,多子(自由电子)的浓度就越高,导电性能也就越强。 P型半导体:在纯净的硅晶体中掺入三价元素(如硼),使之取代晶格中硅原子的位置,形成P型半导体。 多子:P型半导体中,多子为空穴。 少子:P型半导体中,少子为电子。 受主原子:杂质原子中的空位吸收电子,称受主原子。 P型半导体的导电特性:掺入的杂质越多,多子(空穴)的浓度就越高,导电性能也就越强。 结论: 多子的浓度决定于杂质浓度。 少子的浓度决定于温度。 PN结的形成:将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上,在它们的交界面就形成PN结。 PN结的特点:具有单向导电性。 扩散运动:物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动,这种由于浓度差而产生的运动称为扩散运动。 空间电荷区:扩散到P区的自由电子与空穴复合,而扩散到N区的空穴与自由电子复合,所以在交界面附近多子的浓度下降,P区出现负离子区,N区出现正离子区,它们是不能移动,称为空间电荷区。 电场形成:空间电荷区形成内电场。 空间电荷加宽,内电场增强,其方向由N区指向P区,阻止扩散运动的进行。 漂移运动:在电场力作用下,载流子的运动称漂移运动。 PN结的形成过程:如图所示,将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上,在无外电场和其它激发作用下,参与扩散运动的多子数目等于参与漂移运动的少子数目,从而达到动态平衡,形成PN结。 PN结的形成过程电位差:空间电荷区具有一定的宽度,形成电位差Uho,电流为零。 耗尽层:绝大部分空间电荷区内自由电子和空穴的数目都非常少,在分析PN结时常忽略载流子的作用,而只考虑离子区的电荷,称耗尽层。 PN结的单向导电性
首先是半导体是指室温下电导率介于导体和绝缘体之间的材料。半导体是指具有可控导电性的材料,范围从绝缘体到导体。从科学技术和经济发展的角度来看,半导体影响着人们的日常工作和生活,直到20世纪30年代,这种材料才得到学术界的认可。常见的半导体材料包括硅、锗、砷化镓等。硅是最有影响力的半导体材料之一。
其次是具有光伏的作用。半导体材料的光伏效应是太阳能电池工作的基本原理。目前,半导体材料的光伏应用已成为热点,是全球增长最快、发展最好的清洁能源市场。太阳能电池的主要材料是半导体材料,判断太阳能电池好坏的主要标准是光电转换率。光电转换率越高,太阳能电池的工作效率就越高。根据所用半导体材料的不同,太阳能电池分为晶体硅太阳能电池、薄膜电池和III-V族化合物电池。
再者是原理是接通电源后,发射结正向连接。在正向电场的作用下,发射区多数载流子(电子)的扩散运动加强。因此,发射区的电子在外电场的作用下很容易越过发射结进入基区,形成电子流IEN(注意电流的方向与电子运动的方向相反)。当然,基区的多数载流子(空穴)也会在外电场的作用下流向发射区,形成空穴电流IEP。然而,由于基区中的低杂质浓度,与来自发射区的电子流相比,
要知道的是在半导体的pn结上施加直流电压,P型区的空穴向N型区移动,N型区的电子向P型区移动。当电子和空穴在pn结界面附近结合时,将发射具有对应于半导体带隙的能量的光。使用带隙大的半导体可以获得高能光,比如可见光;低能光,如红外光,可以通过使用现代宽度小的半导体获得。
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