2022-2023学年高二物理竞赛课件：杂质半导体

杂质半导体 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。 P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。 N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。 继续 温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。 本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。 本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。 杂质 一、N 型半导体 磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。 +4 +4 +5 +4 多余 电子 磷原子 在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代 继续 一、N 型半导体 +4 +4 +5 +4 多余 电子 磷原子 在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代 1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。 N 型半导体中的载流子是什么？ 掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。 继续 一、N 型半导体 +4 +4 +5 +4 多余 电子 磷原子 N型半导体的模型 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + N 型半导体 继续 1、在本征半导体中掺入三价元素的原子（受主杂质）而形成的半导体。 2、每一个三价元素的原子提供一个空穴作为载流子。 +4 +4 +3 +4 空穴 硼原子 3、P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。 二、P 型半导体 4. P型半导体的模型 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － 由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。 小结 小结 1、一定温度下，本征半导体因本征激发而产生自由电子和空穴对，故有一定导电能力。 2、本征半导体的导电能力主要由温度决定；杂质半导体的导电能力主要由所掺杂质的浓度决定。 3、P型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。N型半导体中自由电子是多子，空穴是少子。 4、半导体的导电能力与温度、光强等有关 杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。 继续 1、  扩散电流 载流子由于浓度的不均匀而从浓度大的地方向浓度小的地方扩散——扩散运动 形成的电流——扩散电流。 2、漂移电流 载流子在电场作用下有规则的运动-------漂移运动 形成的电流-------漂移电流。 扩散电流与漂移电流 1.2 漂移运动 P型半导体 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － N型半导体 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 扩散运动 内电场E 所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。 二、少子漂移 说明 P型半导体 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － N型半导体 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 扩散运动 内电场E 漂移运动 扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽，内电场越强。 内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。 空间电荷区， 也称耗尽层。 PN 结的形成 一、多子扩散 继续 PN 结的形成 说明 （1）空间电荷区（耗尽层、势垒区、高阻区）内几乎没有载流子，其厚度约为0.5μｍ。 （2）空间电荷区中内电场阻碍P区中的空穴、N区中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）。 （3）P 区中的电子和 N区中的空穴（都是少子），数量有限，因此由它们形成的电流很小。 （4）当两边的掺杂浓度相等时，PN结是对称的。当两边的掺杂浓度不等时，PN结不对称。 （5）从宏观上看，自由状态下，PN结中无电流。 特点 $