2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体的基本知识

半导体的基本知识 导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。 半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。 一、什么是半导体 半导体之所以能制成半导体器件，并不是因为它的导电性能介于导体和绝缘体之间，而是因为它具有一些独特的导电性能。 半导体的基本知识 在物理学中，根据材料的导电能力，可以将他们划分导体、绝缘体和半导体 继续 常用半导体器件 半导体基础知识 半导体二极管 半导体三极管（晶体管） 场效应管 继续 3 半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如： 当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化。 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变。 继续 硅原子 锗原子 硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。 通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。 现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。 继续 一、本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。 硅和锗的晶体结构： 继续 6 硅和锗的共价键结构 共价键共 用电子对 +4 +4 +4 +4 +4表示除去价电子后的原子 继续 共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。 形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。 共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。 +4 +4 +4 +4 继续 二、本征激发 在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为 0，相当于绝缘体。 在常温下，由于热激发（本征激发），使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。 1.载流子、自由电子和空穴 继续 +4 +4 +4 +4 自由电子 空穴 束缚电子 继续 2.本征半导体的导电机理 +4 +4 +4 +4 在其它力作用下，空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子 本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。 继续 $