半导体的物理特性的概念

半导体，指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。

半导体五大特性∶掺杂性，热敏性，光敏性，负电阻率温度特性，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。

【n型半导体】“n”表示负电的意思,在这类半导体中,参与导电的主要是带负电的电子,这些电子来自半导体中的“施主”杂质.所谓施主杂质就是掺入杂质能够提供导电电子而改变半导体的导电性能.例如,半导体锗和硅中的五价元素砷、锑、磷等原子都是施主杂质.如果在某一半导体的杂质总量中,施主杂质的数量占多数,则这种半导体就是n型半导体.如果在硅单晶中掺入五价元素砷、磷.则在硅原子和砷、磷原子组成共价键之后,磷外层的五个电子中,四个电子组成共价键,多出的一个电子受原子核束缚很小,因此很容易成为自由电子.所以这种半导体中,电子载流子的数目很多,主要kao电子导电,叫做电子半导体,简称n型半导体.

【p型半导体】“p”表示正电的意思.在这种半导体中,参与导电的主要是带正电的空穴,这些空穴来自于半导体中的“受主”杂质.所谓受主杂质就是掺入杂质能够接受半导体中的价电子,产生同数量的空穴,从而改变了半导体的导电性能.例如,半导体锗和硅中的三价元素硼、铟、镓等原子都是受主.如果某一半导体的杂质总量中,受主杂质的数量占多数,则这半导体是p型半导体.如果在单晶硅上掺入三价硼原子,则硼原子与硅原子组成共价键.由于硼原子数目比硅原子要少很多,因此整个晶体结构基本不变,只是某些位置上的硅原子被硼原子所代替.硼是三价元素,外层只有三个价电子,所以当它与硅原子组成共价键时,就自然形成了一个空穴.这样,掺入的硼杂质的每一个原子都可能提供一个空穴,从而使硅单晶中空穴载流子的数目大大增加.这种半导体内几乎没有自由电子,主要kao空穴导电,所以叫做空穴半导体,简称p型半导体.

【p－n结】在一块半导体中,掺入施主杂质,使其中一部分成为n型半导体.其余部分掺入受主杂质而成为p型半导体,当p型半导体和n型半导体这两个区域共处一体时,这两个区域之间的交界层就是p-n结.p-n结很薄,结中电子和和空穴都很少,但在kao近n型一边有带正电荷的离子,kao近p型一边有带负电荷的离子.这是因为,在p型区中空穴的浓度大,在n型区中电子的浓度大,所以把它们结合在一起时,在它们交界的地方便要发生电子和空穴的扩散运动.由于p区有大量可以移动的空穴,n区几乎没有空穴,空穴就要由p区向n区扩散.同样n区有大量的自由电子,p区几乎没有电子,所以电子就要由n区向p区扩散.随着扩散的进行,p区空穴减少,出现了一层带负电的粒子区；n区电子减少,出现了一层带正电的粒子区.结果在p－n结的边界附近形成了一个空间电荷区,p型区一边带负电荷的离子,n型区一边带正电荷的离子,因而在结中形成了很强的局部电场,方向由n区指向p区.当结上加正向电压（即p区加电源正极,n区加电源负极）时,这电场减弱,n区中的电子和p区中的空穴都容易通过,因而电流较大；当外加电压相反时,则这电场增强,只有原n区中的少数空穴和p区中的少数电子能够通过,因而电流很小.因此p－n结具有整流作用.当具有p－n结的半导体受到光照时,其中电子和空穴的数目增多,在结的局部电场作用下,p区的电子移到n区,n区的空穴移到p区,这样在结的两端就有电荷积累,形成电势差.这现象称为p－n结的光生伏特效应.由于这些特性,用p－n结可制成半导体二极管和光电池等器件.如果在p－n结上加以反向电压（n区加在电源正极,p区加在电源负极）,电压在一定范围内,p－n结几乎不通过电流,但当加在p－n结上的反向电压越过某一数值时,发生电流突然增大的现象.这时p-n结被击穿.p－n结被击穿后便失去其单向导电的性能,但结并不一定损坏,此时将反向电压降低,它的性能还可以恢复.根据其内在的物理过程,p－n结击穿可分为雪崩击穿和隧道击穿两种.

首先咱们得弄清楚有电阻的原因,一个原因是晶格振动(晶体总有温度)这样晶格偏离规则的排列(BRAVIAS点阵排列),造成电子的BLOCH波有散射,形成电阻另一个原因是金属晶体不纯净,有杂质,这样也参与破坏了这个BRAVIAS点阵排列,对BLOCH波有散射.温度越高,晶格振动越激烈,对点阵的偏离越大,这样对BLOCH波的散射越厉害.这样,电阻率就增大了,随着温度的升高.

1、金属没有禁带,未成对电子全部是自由电子,即载流子浓度是恒定的,当温度升高时,自由电子热运动速度变大,其被晶格散射概率变大,故电阻变大；

2、半导体可分为本征半导体和杂质半导体讨论,对于本征半导体,随着温度的升高,电子浓度和空穴浓度增加幅度大于晶格散射减小幅度,所以电阻减小；而杂质半导体随着温度的升高,刚开始以杂质电离为主,电阻减小；然后等杂质全部电离完,以晶格散射占主要因素（载流子浓度基本不增加）,电阻增加；最后以本征半导体载流子增加为主,电阻减小（同本征半导体一样）.

详细的原因,你参考刘恩科的《半导体物理学》吧!

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