第一章 晶体二极管及应用电路
一、半导体知识
1.本征半导体
·单质半导体材料是具有4价共价键晶体结构的硅(Si)和锗(Ge)(图1-2)。前者是制造半导体IC的材料(三五价化合物砷化镓GaAs是微波毫米波半导体器件和IC的重要材料)。
·纯净(纯度>7N)且具有完整晶体结构的半导体称为本征半导体。在一定的温度下,本征半导体内的最重要的物理现象是本征激发(又称热激发或产生)(图1-3)。本征激发产生两种带电性质相反的载流子——自由电子和空穴对。温度越高,本征激发越强。
·空穴是半导体中的一种等效载流子。空穴导电的本质是价电子依次填补本征晶格中的空位,使局部显示电荷的空位宏观定向运动(图1-4)。
·在一定的温度下,自由电子与空穴在热运动中相遇,使一对自由电子和空穴消失的现象称为载流子复合。复合是产生的相反过程,当产生等于复合时,称载流子处于平衡状态。
2.杂质半导体
·在本征硅(或锗)中渗入微量5价(或3价)元素后形成N型(或P型)杂质半导体(N型:图1-5,P型:图1-6)。
·在很低的温度下,N型(P型)半导体中的杂质会全部电离,产生自由电子和杂质正离子对(空穴和杂质负离子对)。
·由于杂质电离,使N型半导体中的多子是自由电子,少子是空穴,而P型半导体中的多子是空穴,少子是自由电子。
·在常温下,多子>>少子(图1-7)。多子浓度几乎等于杂质浓度,与温度无关;两少子浓度是温度的敏感函数。
·在相同掺杂和常温下,Si的少子浓度远小于Ge的少子浓度。
3.半导体中的两种电流
在半导体中存在因电场作用产生的载流子漂移电流(这与金属导电一致);还存在因载流子浓度差而产生的扩散电流。
4.PN结
·在具有完整晶格的P型和N型材料的物理界面附近,会形成一个特殊的薄层——PN结(图1-8)。
…… …… 余下全文