同学们好，今天我们来学习半导体的基本特性，我们将从以下四个方面进行学习。第一，半导体的特性及概念。第二本身半导体。第三杂质半导体。第四偏执的特性。首先看第一部分，半导体的概念及特性。半导体指的是导电能力介于导体和绝缘体之间。我们知道自然界的物质可以分为导体、绝缘体和半导体三类。半导体的导电能力是介于导体和绝缘体之间的。目前用来制造半导体的材料主要是硅和锗，它们对应的都是4价元素，而且都具有晶体结构。就像这个图里面，在常温下大多数的下电子都被束缚在原子周围，不容易移动，所以导电能力也比较差。半导体之所以得到广泛的应用，是因为人们发现半导体具有以下三个奇妙且可贵的特性，第一个是热敏性，热敏性指的是半导体的导电能力随着温度的升高而迅速增加的特性，利用这种特性可以制作各种热敏元件，比如说热敏电阻等。第二个是光敏性，光敏性这种特性指的是半导体的导电能力随光照的变化有显著改变的特性，利用这种特性可以制作成为光电二极管或者是光电三极管以及光敏电阻等。第三个特性是掺杂性，指的是半导体的导电能力因为掺入微量杂质而且会发生很大变化的特性，利用这种特性可以制作成二极管、三极管以及我们后面即将学习到的场效应管等等。接着我们来学习本征半导体。首先得明确本征半导体是指纯净的半导体，比如纯净的硅或者是者。我们先来看看它的结构，以硅为例，硅原子的最外层有四个价电子，在形成晶体时，每个硅原子会和周围四个硅原子形成共价键，这样大家共享价电子就形成了稳定的晶体结构。但在一定温度下，情况会发生变化，由于热运动，有些下电子会获得足够的能量，挣脱共价键的束缚，成为可以移动，可以自由移动的电子，我们就把它叫做自由电子。而价电子离开后，共价键里就会留下一个空位，这个空位就叫做空缺。这里有一个重要的过程叫复合。自由电子在运动过程中有可能会和朱雀相遇，然后两者同时消失，这就是负荷。在一定温度下，自由电子和空穴的产生与负荷会达到一个平衡状态，所以此时自由电子和空穴对的浓度是一定的。但如果温度升高，热运动变得更剧烈，挣脱共价键的电子会更多，自由电子和空缺度的浓度也会随之增大。接下来要介绍的是本征半导体当中的两种载流子。什么是载流子呢？简单来说就是运载电荷的粒子。在本征半导体当中，载流子有两种，带负电的自由电子和带正电的空缺。当我们给本身半导体加一个电场时，自由电子会随着电场的反方向运动，空气则会顺着电场方向运动，它们都参与导电，而且运动方向相反。不过在本身半导体中，载流子的数目很少，所以它的导电性其实是很差的。另外还有一个关键点，温度对本质半导体的导电性能影响很大。温度升高，载流子浓度增大，导电性就会增强。而当温度降到热力学温度0K时，所有价电子都被束缚在共价键里，没有自由电子和空缺，这时本身半导体就不导电了。讲完了本征半导体，我们再来看看第三部分杂质半导体。本身半导体导电性能差，在实际应用中不太方便，所以人们通常会在本身半导体当中掺入微量的杂质元素来改变它的导电性能，这样形成的半导体就是杂质半导体。根据参入杂志的不同，杂志半导体主要分为N型半导体和P型半导体两种。首先先看N型半导体，它是在本征半导体中掺入微量的5价元素，比如鳞或者是砷。我们以零为例，邻原子最外层有五个价电子，当磷原子和周围的硅原子形成共价键时，四个价电子会和硅原子的价电子形成共价键，还剩下一个价电子，这个多余的价电子很容易摆脱磷原子的束缚，成为自由电子。在N型半导体当中，自由电子的数目远远多于空缺的数目，所以它的导电主要靠自由电子。正因为如此，N型半导体也被称为电子型半导体。在N型半导体里面，我们把数量多的载流子自由电子叫做多子，数量少的载流子孔雀称为勺子。再来看看P型半导体，它是在本征半导体当中掺入微量的3价元素，比如彭或者是铝。我们以朋为例，硼原子最外层只有三个价电子，当硼原子和周围的硅原子形成共价键时，因为只有三个价电子，所以会缺少一个价电子，这样就形成一个空缺，相邻硅原子的价电子很容易填补到这个空缺里，而填补之后，相邻硅原子的共价键理又会形成一个新的空缺。在P型半导体中，空穴的数量远远多于自由电子的数量，所以它的导电主要靠空穴。因此，P型半导体也被称为空缺。空缺型半导体和N型半导体类似，在P型半导体中，空缺是多子，自由电子是少子。最后我们来学习第四部分，偏节的特性。这部分包括偏结的形成和它的单向导电性。首先是偏的结的形成，我们把一块P型半导体和一块N型半导体紧密结合在一起，就会发生一些有趣的现象。大家还记得扩散运动吧，物质会因为浓度差而产生运动，对应的是由高浓度向低浓度运动，这就是扩散运动，在气体、液体、固体中都存在这种运动。同样在P型半导体当中，孔雀是多子，浓度很高，而在N型半导体当中，孔雀是少子，浓度很低。反过来N型半导体当中自由电子是多子，浓度很高。P型半导体当中自由电子是少子浓度很低，所以P区的空气会因为浓度差向N区扩散，N区的自由电子会因为浓度差向P区扩散，这就是对应的扩散运动，它们对应的都是由高浓度区向低浓度区扩散，随着扩散运动的进行，P区的空穴扩散到N区后会和N区的自由电子复合，N区的自由电子扩散到P区后也会和P区的空穴复合。这样一来，靠近接触面的P区就会因为失去空缺而留下带负电的离子，靠近接触面的N区就会因为失去自由电子而留下带正电的离子。这些正负离子会在接触面形成一个特殊的区域，我们把它叫做空间电荷区。同时也会产生一个内电场，这个内电场的方向是由N区指向P区，它会阻碍P区的空气继续向N区扩散，也会阻碍N区的自由电子继续向P区扩散，所以内电场对扩散运动起到了抑制作用，不过内电场也会带来另外一种运动，叫做漂移运动，那么什么是漂移运动呢？就是因为电场作用而产生的运动，在内电场的作用下，P区的自由电子会向N区运动，N区的空气会向P区运动，这对应的就是漂移运动。一开始扩散运动比较强，漂移运动比较弱。随着扩散运动的进行，空间电荷区会变宽，力在场会增强，漂移运动也会随之增强。当扩散运动和漂移运动的强度达到相等，也就是参与扩散运动和漂移动的漂移运动的载流子数目相同的时候，就达到了动态平衡。这个时候空间电荷区的宽度不再变化，内电场的强度也不再变化，那么这个时候结就正式形成了。接下来是偏结的单向导电性，这是偏节非常重要的一个特性，也是很多电子元件工作的基础。我们分来分析两种情况，给偏结加正向电压和加反向电压。第一种情况偏结加正向电压，也就是正向偏置。我们把电源的正极接P区。把电源的负极接N区，这时外电场的方向和内电场的方向是相反的。外电场会削弱内电场，内电场被削弱后，空间电荷区会变窄，对扩散运动的抑制作用就会减弱，扩散运动因此加剧，P区的多子会大量向N区扩散，N区的多子会大量向P区扩散，这些扩散过来的多子会在电源的作用下形成持续的电流，这个电流叫做扩散电流。此时偏皆处于导通状态，导通时的电流比较大，而且偏结两端的正向电压比较小。第二种情况，偏结加反向电压，也就是反向偏置。我们把电源的正极接区P极接负极，这时外电场的方向和内电场的方向是相同的，外电场会增强内电场，内电厂增强后，空间电荷区也可以叫做耗尽层，会变宽，对扩散运动的抑制作用会大大增强，扩散运动几乎无法进行。不过内电场的增强会让漂移运动下去，P区的勺子会向N去运动，N区的勺子也就是空缺，会像PC运动形成漂移电流。但是由于勺子的浓度非常低，所以漂移电流的数值很小，近似可以近似近似可以认为偏见处于截止状态。而且当温度不变时，勺子的浓度基本不变，所以漂移电流的大小也基本不变，我们把这个电流叫做反向饱和电流。为了巩固今天所学的知识，我们来做几个练习题。第一题，以下关于半导体的概念，正确的是A选项导电性能介于导体和绝缘体之间的材叫做半导体。A选项表述正确。我们刚才讲过半导体的定义就是导电能力介于导体和群体之间的物质。B选项所有的金属都是半导体。B选项错误，金属是导体不是半导体，所以B错误。C选项，半导体的导电性能比导体好，半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，比导体差，所以错误。D选项，卷曲在任何条件下都不能导电。绝缘体在某些特殊条件下，比如高温高压也可能导电。所以D选项错误，这道题答案是选择A选项。第二题，半导体的主要特性不包括。我们根据前面所学的内容知道热敏性对应的是。温度变化影响导电性本质半导体温度升高，导电性增强，这就是热敏性的体现。光敏性是指光照会影响导电性，很多半导体材料受光照后载流子浓度变化，导电性改变。掺杂性就是我们讲的半导体杂质，半导体掺入杂质改变导电性能。而超导性是指某些材料在特定条件下电阻为零的特性，不是半导体的特性。所以这道题选择D选项。第三题，P型半导体的多数载流子是我们学过P型半导体是掺入3价元素，空穴是多子，自由电子是少子，所以多数载流子是空缺。答案选择B选项。今天我们的内容就讲到这里，大家要重点掌握半导体的分类本身，半导体和杂质，半导体的特点，以及偏结的形成和单向导电性。健身失事是后续学习二极管、三极管等电子元件的基础，一定要理解透彻。好了，今天的课就到这里结束，下课。