材料的导电性.ppt

1.本征半导体电学性能,2.杂质半导体电学性能,3.PN结的形成及特性,4.2材料的导电性能,二、电子导电（金属的导电性；半导体的电学性能）,1.本征半导体电学性能,（1）本征导电：导带中的电子导电和价带中的空穴导电同时存在。（2）本征半导体：载流子为导电电子、空穴，只由半导体晶格本身提供（热激发产生）。（3）热激发（本征激发）：外界作用(如热、光辐射)，则价带中的电于获得能量，可能跃迁到导带中去。导带中出现导电电子，价带中出现电子留下的空穴。,本征半导体中，通过控制温度来控制载流子的数量及其导电性。在绝对零度时，所有的电子都处于价带，导带中的所有能级都是空的。当温度升高时，电子占据导带能级的可能性也增加，半导体的导电性也随之增加。半导体中的导电性与温度的这种关系刚好与金属相反。在金属中，导电性是随着温度升高而降低的。本征半导体中载流子的浓度随禁带宽度增加而迅速减少。,（4）本征半导体载流子浓度,1.本征半导体电学性能,（5）电导率,在实际应用中，本征半导体由于两种载流子的数量相等，显示不出它们彼此的特性。所以不能用来制作晶体管之类的电子器件。但是本征半导体对光、射线、温度的作用非常敏感，使半导体的载流子数量随之发生明显变化，因此可用来制作一些探测器。,由于温度会影响本征半导体的导电性，所以很难严格控制本征半导体的性能。但是，如果在半导体材料中加入杂质，可以得到非本征半导体。非本征半导体的导电性主要取决于添加的杂质原子的数量，而在一定温度范围内与温度关系不大。,如果在硅或锗中添加的施主是像锑或磷一样的5价元素，那么锑或磷中的4个价电子会参加共价键结合。富余的那个价电子有可能进入导带，参加导电。向本征半导体提供电子作为载流子的杂质元素称为施主。掺入了施主杂质的非本征半导体以负电荷（电子）作为载流子，所以称为N（negative，表示负电荷的意思）型半导体。,(1)N型半导体,2.杂质半导体电学性能,施主的富余价电子所处的杂质原子的电子能级低于半导体的导带。这个富余价电子并没有被施主原子束缚得很紧，只要有一个很小的能量Ed就可以使这个电子进入导带。施主的这个价电子进入导带后，不会在价带中产生空穴。随着温度的升高，越来越多的施主电子越过禁带Ed进入导带，最后所有的施主的电子都进入导带，此时称为施主耗尽。如果温度继续升高，电导率将维持一个常量。在更高的温度下，才会出现本征半导体产生的导电性。,N型半导体结构,N型半导体载流子浓度及电导率,如果在硅或锗中添加的杂质是像镓（Ga）一样的3价元素，没有足够的电子参与共价键的结合。如果价带上的其他电子过来填充这个空穴，在价带上就会产生一个新的空穴，参加导电。向本征半导体提供空穴作为载流子的杂质元素称为受主。掺入了受主杂质的非本征半导体以正电荷（空穴）作为载流子，所以称为p（positive，表示正电荷的意思）型半导体。,价带上的电子只有获得能量Ea，才能跃迁上去填充受主的空穴而在价带上产生空穴。价带上的空穴可以移动，传导电流。,(2)P型半导体,P型半导体结构,P型半导体载流子浓度及电导率,本征半导体中的电子载流子和空穴载流子的数量相等，而非本征半导体中的电子载流子和空穴载流子的数量是不相等的。非本征半导体中的由于杂质原子而形成的载流子称为多数载流子，虽然掺入的杂质原子的数量与半导体原子数量相比只是少数。而本征半导体中由于热激发等产生的载流子称为少数载流子。,(3)本征半导体和非本征半导体的主要区别,半导体热电仪。半导体的导电性与温度有关。利用这一特性可以制成半导体热电仪，用于火灾报警器。,压力传感器。能带结构和禁带结构与材料中的原子之间的距离有关。处于高压下的半导体材料，其原子间距离变小，禁带也随之变小，电导率增大。所以通过测量电导率的变化，就可以测量压力。,(4)半导体的应用,PN结阻挡层的形成过程,3.PN结的形成及特性,p-n结的伏安特性,p-n结的整流效应,P-N结的反向击穿,在P-N结处于反向偏压时，一般只有很小的漏电流，这是由于热激发的少量电子和空穴引起的。但是，如果反向偏压太大，通过P-N结的绝缘区的漏电流的载流子将会被大大加速，从而激发出其他的载流子，导致在反向偏压下也产生一个很大的电流。这种现象称为p-n结的反向击穿,可以通过调节半导体掺杂和P-N结的结构来改变P-N结的反向许可电压。当电路上的电压超过反向许可电压时，P-N结的反向电流将迅速增加，其结果不仅有可能损坏P-N结，也会对电路的其他部分产生影响。利用P-N结的反向电流特性制备稳压二极管或齐纳（Zener）二极管，可以用来保护电路不受突然出现的过高电压的危害。,谢谢！,