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同学好 这一节我们讲
首先我们介绍本征半导体
它是那些没有杂质或
缺陷的纯净的晶体
纯净度可以达到99.999...%
可以有11个9
比如硅 硅原子4个价电子
和另外4个其它硅原子
形成共价结合
和金刚石结构类似
这是硅半导体的示意图
此时所有电子都形成了共价键
常温下,由于热运动
某个共价电子脱离共价键
可以自由运动
而原来共价电子的位置
就出了一个空缺
少了一个电子
那个位置相当于多出了一个
正的电子电量
我们称它为空穴
研究表明
空穴相当于带正电的粒子
可以独立运动
我们也可以利用能带理论讨论
由于热激发
少量价带电子
可以越过不太宽的禁带
激发到上面的导带
导带中少量电子
和价带中少量空穴
就是本征半导体的导电载流子
所以有两种导电
电子和空穴导电
半导体导电性能
一般是随温度变好
或者我们说
半导体电阻随温度下降
原因是电子热激发概率
与玻耳兹曼因子成正比
由于禁带能隙基本不变
所以当温度上升时
这个因子很快变大
半导体的这种特性
可以用来制作热敏电阻
它的应用也很广泛
下面我们讨论光激发的问题
我们用一个例子来讨论这个问题
假设有一个半导体
这是硫化镉
那么它最高的这个满带
这是最低的那个空带
它们之间的禁带宽度有多少呢
是2.42电子伏特
假设现在有一个光子打进来了
那么电子吸收这个光能量以后
如果这个能量恰当的话
那么电子就可以激发到空带上面
假如说
打进来的光子数目很多
那么有很多电子就激发到空带上
那么空带上的这些电子
就可以导电
那满带里边的这些空穴
电子跑出去了
不就留下了空穴嘛
这些空穴也可以导电
就是这样
那么这个问题是问
要激发电子的话
这个光的最大波长应该等于多少
其实这个问题呢实际上是说
你打进来的这个光的能量
最少应该等于多少
是一个同样的问题 对吧
那很明显
这个光能量最少也得等于这个
禁带的这个宽度是吧
所以这个就是我们要
求的这个式子
那么换算成这个波长的话
这就是最大的波长
把你已经知道的这个数
代到里边 计算出来
514纳米
那么这是可见光的这个波段呢
也就是说对半导体来说
你用可见光照射的话
就会有电子
从这个满带激发到空带上
然后这些电子呢
就可以导电 对吧
你光的强度照得大了
那么这个激发的电子数目就多
那么载流子数目多了
那导电能力就强了
或者你也可以等效地说
这个半导体的这个电阻呢
就下降了
那么这个效应呢
我们可以用来做光敏电阻
光一照上去 这个半导体导电
光不照的时候
它的导电性能很差
那么光敏电阻也有很多应用
下面我们介绍杂质半导体
n型半导体
它是4价本征半导体中
掺入少量的5价杂质元素
形成电子为主要载流子的
电子型半导体
比如在本征硅半导体中
掺入5价磷
其4个价电子和周围
4个硅原子的电子形成共价键
多余出来的一个电子
成为自由电子
从能带理论的观点
这些多余出来的电子能级
紧靠上面的导带
距上面的导带底部很近
能隙只有0.01电子伏特这个量级
因为能隙很小
这个能级上电子很容易
热激发到上面的导带
它提供导带电子
所以叫施主能级
导电主要靠这些
激发上去的导带电子
所以是电子型半导体
或叫n型半导体
p型半导体
它是4价本征半导体中
掺入少量的3价杂质元素
形成空穴为主要载流子的
空穴型半导体
比如在本征硅半导体中
掺入3价硼
与周围4个硅原子的电子
形成共价键需要4个价电子
但硼是3价 缺一个电子
空缺电子的位子就是空穴
从能带理论的观点
这些空穴能级紧靠下面的价带
距下面的价带顶部很近
能隙只有0.01电子伏特量级
这个能级就叫受主能级
因为能隙很小
价带上电子很容易
热激发到这个能级上
填充空穴
而在价带留下空穴
导电主要靠这些
价带里面的空穴
所以是空穴型半导体
或叫p型半导体
还有一类是n型化合物半导体
比如
砷化镓化合物半导体中
掺杂碲
6价碲替代5价砷
多余出来的电子
形成施主能级
成为电子型砷化镓杂质半导体
如果是2价元素替代3价的
比如说
砷化镓化合物半导体中
掺杂锌
电子空缺或者空穴
形成受主能级
成为空穴型砷化镓杂质半导体
最后介绍一下杂质补偿作用
通常情况下
半导体既有施主杂质
也有受主杂质
互相有补偿作用
比如 引入少量的适当杂质
使施主电子增多
必然会使空穴减少
反过来也一样
如果施主电子浓度
比受主空穴浓度大
一般称为n型
反过来则是p型
好 这节内容就讲到这儿
谢谢
-电荷和库仑定律
--引言
--电荷
--库仑定律
-WEEK1--电荷和库仑定律
-电场及叠加原理,电偶极子
--电场和电场强度
-WEEK1--电场及叠加原理,电偶极子
-高斯定律
--电通量
--立体角*
--高斯定律的证明*
--高斯定律和电场线
--高斯定律的应用
-WEEK1--高斯定律
-WEEK1--本周作业
-静电场环路定理、电势和叠加原理
--环路定理
--电势和叠加原理
--电势梯度
--等势面
-WEEK2--静电场环路定理、电势和叠加原理
-静电能
--电荷系静电能
-WEEK2--静电能
-导体静电平衡
--物质中电场
--导体静电平衡
-WEEK2--导体静电平衡
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-WEEK3--导体周围电场
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--导体壳与静电屏蔽
-WEEK3--静电屏蔽
-电容及电容器
--电容及电容器
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-WEEK3--电介质
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--极化强度
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-WEEK3--极化强度矢量,极化电荷
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--电介质的极化规律
-WEEK4--极化规律、电位移矢量
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-电流密度、稳恒电流和稳恒电场
--电流密度
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-WEEK4--电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律
-电流微观图像和暂态过程
--电流微观图像
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-本周作业
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--电流磁效应
--磁场和磁感应强度
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-毕-萨-拉定律、磁场叠加原理和磁场高斯定理
--毕-萨-拉定律
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